В ритме jactatio capitis nocturna
Сомнамбулизм — сочетание патологии и нормы, уже относится к аномалиям сна. Явление это удивительно в высшей степени. Но не менее, пожалуй, удивительны и jactatio capitis nocturna (буквально — ночные броски головы), свойственные детям, но встречающиеся и у взрослых. Чаще всего люди ритмично качают головой из стороны в сторону, но бывает, раскачиваются и всем телом. Освальд наблюдал двух молодых людей, физически и психически вполне нормальных. "Ничего более необычайного, чем то, что мне демонстрировал этот огромный двадцатилетний парень, я не видел, — пишет он. — Погруженный в сон, он внезапно начинал бросать свою голову и тело то вправо, то влево, а тринадцатилетний подросток так же внезапно переворачивался на руки и на колени и ритмично ударял головой в подушку". Покачавшись таким образом раз по сто, оба продолжали спокойно спать. Каждый из юношей совершал в минуту 60-70 движений. Освальд пытался повторить это "упражнение" в таком же темпе, но у него ничего не получилось.
Освальд думал сначала, что молодые люди укачивают себя после короткого периода бодрствования, но никакого бодрствования, как показала электроэнцефалограмма, не было. Иногда броски начинались во время быстрых движений глаз, а иногда и в дельта-сне, когда глаза неподвижны. Во всех случаях жизни укачивание является успокоительной реакцией; в нем ищут прибежища от страха, одиночества и печали. Может быть, это бессознательная реакция на плохой сон? А может быть, отражение каких-то ранних психологических конфликтов? Как бы то ни было, отметим пока тот факт, что раскачивание бывает как в быстром сне, так и в медленном. Факт этот, так же как и возникающий в медленном сне сомнамбулизм, свидетельствует о том, что психическая деятельность свойственна обеим фазам сна.
"Сонное опьянение"
Несколько слов о пробуждении. Во многих отношениях это процесс, обратный засыпанию.
К концу ночи сон становится беспокойным и неглубоким: увеличивается доля быстрого сна, сопровождаемая сновидениями; возрастает поток импульсов из переполненного мочевого пузыря и пустого желудка, от уставших от долгой неподвижности мышц. Ко всему этому прибавляется свет и шум проснувшегося дня. Одним пробуждение дается легко, другим тяжело, но оно никогда не затягивается так, как засыпание.
Сразу после сна работоспособность невелика, но постепенно она нарастает; этой постепенностью отчасти и объясняется тот факт, что, проснувшись, мы чаще склонны утверждать, будто не выспались, чем выразить удовлетворение сном. Само пробуждение и появление биопотенциалов, характерных для бодрствования, по времени не совпадают, между ними лежит исчисляемый секундами промежуток, во время которого мы говорим и действуем спросонок. Этот феномен часто называют "сонное опьянение".
Гипногенные зоны
В предыдущей главе мы нарисовали внешнюю картину сна. Если не считать такие явления, как сомнамбулизм и броски-раскачивания, картина эта хорошо знакома каждому. Теперь перед нами стоит более сложная задача — представить себе, что происходит во время сна внутри нашего организма.
М.М. Манассеина, автор одной из первых монографий о сне, вышедшей в 1892 году, справедливо подчеркивала, что "во время сна прекращается только сознание в человеке, все же остальные функции если не усиливаются, то во всяком случае продолжаются, хотя бы в ослабленном виде..." С некоторыми оговорками можно сказать, что эта мысль ничуть не устарела; особенно убеждаешься в ее справедливости, когда наблюдаешь за вегетативной сферой.
Как только мы начинаем засыпать, вегетативная система наша перестраивается — именно перестраивается, а не "ослабевает". Дыхание делается более редким (превращаясь у мужчин из брюшного в грудное), выдох становится пассивным и долгим. Дышим мы громче, чем во время бодрствования, но не так глубоко. Количество углекислого газа в альвеолах увеличивается, но содержание кислорода остается прежним. В дельта-сне дыхание замедляется еще больше; иногда оно бывает неритмичным; возможно, это отражение психической деятельности, а возможно, и работы внутренних органов. Но вот уже и быстрый сон — дыхание неритмичное, с остановками, то медленное, то частое. Тут уж причина перебоев ясна: мы смотрим сон, мы увлечены.
Сходные перемены наблюдаются и в сердечнососудистой системе. При погружении в медленный сон пульс становится реже, артериальное давление ниже, кровь замедляет свое течение. Относительным постоянством эти показатели отличаются лишь в глубоком сне, а в стадиях дремоты и сонных веретен колеблются; давление же изменяется при переходе от одной стадии к другой. Начало дельта-сна знаменуется учащением пульса, а начало быстрого — аритмией, давление подскакивает вверх. У динамики кровотока более сложный "сюжет": кровенаполнение мозга усиливается в быстром сне, но в некоторых отделах мозга кровь циркулирует довольно интенсивно и во время медленного; возможно, это связано с локальным повышением мозгового метаболизма.
Температура тела выпадает из общей схемы: не колеблясь и не реагируя на смену фаз сна, она ночью снижается так же неумолимо, как и у первых амфибий, выползших из океана наружу. У женщин она достигает 35,7° С, а у мужчин 34,9° С.
Исследования ученых показали, что в формировании процесса сна участвуют все или почти все глубокие структуры мозга.
Зато температура мозга неукоснительно следует за фазами сна: в медленном сне она снижается, а в быстром повышается и часто превосходит температуру, присущую мозгу в состоянии бодрствования. Одни считают, что причина тому усиленный мозговой метаболизм в быстром сне; другие думают, что благодаря сжатию периферических сосудов в мозг поступает больше крови и она приносит с собой избыток тепла.
Во сне прекращается потоотделение на ладонях, которое, как всем хорошо известно, служит верным признаком волнения (в бодрствовании!), а потоотделение на всей прочей поверхности тела увеличивается пропорционально глубине сна. Но как только наступает быстрый сон, оно начинает уменьшаться. Любопытно, что в быстром сне человек потеет меньше даже во время жары. Упомянем также о кожно-гальванической реакции, отражающей всевозможные внутренние волнения. В дельта-сне она становится почти непрерывной. Без нее не обходятся ни миокло-нические подергивания, ни крупные движения тела. Ослабевает кожно-гальваническая реакция лишь в быстром сне. Не правда ли странно, что самый главный показатель взволнованности покидает сцену в разгар сновидений? Что ж, быстрый сон недаром прозвали парадоксальным.
Изучая вегетатику сна, физиолог обращает внимание и на ширину зрачков спящего. В медленном сне зрачки сужены, в быстром расширены. Во сне меньше выделяется слез; вот отчего, когда нам хочется спать, мы трем глаза, а утром их продираем. Уменьшается и выделение слюны; во рту становится сухо, и ночью нам часто хочется пить. А желудок? Он, конечно, не остается в стороне от общих перемен. В медленном сне его двигательная активность снижается, в быстром повышается: пища переваривается под аккомпанемент сновидений. Впрочем, тут, кажется, преобладает иная закономерность: часа через три после начала сна начинаются так называемые большие движения желудка, а дальше они только усиливаются.
Исследования регулирующих механизмов вегетативной деятельности во сне начались сравнительно недавно. Кое-что удалось выяснить. Снижение артериального давления, например, и сердечную аритмию связывают с уменьшением активности симпатического отдела нервной системы и с повышением тонуса блуждающего нерва. Изменения частоты пульса и ширины зрачка зависят от вестибулярных ядер. Но феноменологическая картина пока еще несравнимо полнее и красочнее аналитической. Регуляция вегетативных перестроек чрезвычайно сложна; сложна и связь вегетативной деятельности с психической активностью; немало еще лет уйдет, прежде чем в этой области исследований все станет ясно. Существует, например, мнение, что во сне действует одна система регуляции вегетативных функций, а в бодрствовании другая.
Остромысленский писал, что во сне не спят центры дыхания и кровообращения, находящиеся в мозге, не спят центры речи, ибо во сне мы разговариваем, не спят центры внимания, слуха, обоняния, не спит, наконец, мозжечок, о чем свидетельствуют чудеса эквилибристики, проявляемые лунатиками. Что же тогда спит? Только центры, "в которых сосредоточено наше сознание". Простим автору неловкое по нынешним временам слово "сосредоточено" и поищем "центр", который бы спал во время сна. Вряд ли мы найдем его, даже отделы, имеющие непосредственное отношение к сознанию, не спят. Да и само сознание — спит ли оно? В противном случае все образы наших сновидений были бы достоянием лишь бессознательной памяти. Похоже на то, что в терминах сна или бодрствования наши "центры" описывать нельзя: спим или бодрствуем мы, а они в этом участвуют. Лучше говорить о той или иной степени их активности.
В Петербурге в Институте экспериментальной медицины Н.И. Моисеева и ее сотрудники провели серию опытов, в которых изучалась биоэлектрическая активность шестнадцати важных отделов мозга. В ходе этих опытов стало ясно, что в формировании процесса сна участвуют все или почти все глубокие структуры мозга. Но степень их участия, конечно, неодинакова. Давайте приглядимся поближе ко всем структурам, занимающимся организацией цикла бодрствование — сон.
С одной структурой мы уже знакомы. Это восходящая активирующая система, расположенная в верхних отделах ствола и задних отделах гипоталамуса. Когда ее раздражают электрическим током, на энцефалограмме появляется картина десинхронизации ритмов, спящее животное пробуждается, а бодрствующее настораживается. Если же верхние отделы ствола повреждены, животное погружается в сон. Сообщалось, правда, что у кошек, которым повреждения наносили с особой тщательностью, через несколько недель после операции появлялись признаки бодрствования. Означало ли это, что им разрушали не всю восходящую систему или что восходящая система включает в себя не только верхушку ретикулярной формации и заднюю часть гипоталамуса? Скорее всего, второе. В связанной с этими структурами лимбической системе вполне могут найтись аппараты, которые в обычных условиях заняты своими делами, а в критических способны взять на себя роль активирующей системы.
Сложнее построена синхронизирующая, гипногенная система. Та же перерезка ствола мозга, только в другом месте, заставляет кошку бодрствовать по 18 часов в сутки — столько, сколько она до этого спала.
Введение наркотика в сосуд, снабжающий нижнюю часть мозгового ствола кровью, приводит к тем же результатам, что и перерезка: время бодрствования увеличивается втрое. Находящаяся там гипногенная система, названная, как уже говорилось, аппаратом Моруцци, тесно связана с каротидным синусом, расположенным в развилке наружной и внутренней сонных артерий и сигнализирующим в мозг об уровне артериального давления и о некоторых химических показателях. Сонные артерии недаром были названы сонными: индонезийские знахари и по сей день умеют усыплять людей, массируя им каротидный синус.
В 1965 году неподалеку от аппарата Моруцци, тоже в нижней части ствола, была обнаружена еще одна синхронизирующая система. Гипногенную зону в области переднего гипоталамуса и перегородки нашел когда-то Гесс. Потом такая же зона обнаружилась в медиальных ядрах таламуса. Многие считают эту зону ведущей гипногеннои структурой, так как сон, наступающий при ее раздражении, долог и глубок и вызвать его легче, чем при раздражении других структур. Затем выяснилось, что и определенный участок медио-базальной коры отвечает за сон и что сон, наконец, можно вызвать, воздействуя током низкой частоты даже на периферические нервы.
"Центров" сна что-то многовато. Неужели у всех у них равные права? Нет. Главную ответственность за возникновение сна несет таламо-кортикальная система. Она все-таки ведущая. Другие зоны оказывают на нее регулирующее влияние, зависящее от состояния гуморальных и физиологических систем, а также от внешних обстоятельств. Кстати, все эти зоны имеют отношение к медленному сну. У быстрого сна свое представительство в мозге — структуры средних отделов ствола (ретикулярные ядра варолиева моста). Если их разрушить, быстрый сон исчезнет, а медленный останется.
Химия сна
Активность структур, организующих наш сон и бодрствование, складывается из активности отдельных нейронов. Их деятельность — предмет пристального внимания нейрофизиологов. В мозг подопытного животного вводят микроэлектроды и передвигают их там с помощью микроманипулятора с дистанционным управлением. Когда тончайший кончик электрода подойдет к нейрону, экспериментатор сможет зарегистрировать его импульсный разряд.
Когда наступает медленный сон, частота импульсных разрядов в большинстве структур уменьшается, а когда медленный сон уступает место быстрому, увеличивается вновь. Перемены в нейронной активности отражаются не только на частоте, но и на рисунке, то есть на последовательности импульсов.
Нейрофизиологи выделили несколько типов изменения нейронной активности в цикле бодрствование-сон. Каждый тип соответствует анатомическим объединениям мозговых структур: у нижних этажей сенсорных систем, вроде сетчатки или обонятельной луковицы, один характер изменения нейронной активности, у стволовых образований — другой, у гиппокампа и перегородки — третий, у коры и таламуса — четвертый. Особенно интересен последний, четвертый тип.
Во время быстрого сна и во время бодрствования нейроны коры и таламуса ведут себя совершенно одинаково — разряжаются в основном одиночными импульсами, выдерживая между разрядами нерегулярные интервалы. Как только начинаются быстрые движения глаз, частота импульсов усиливается — точь-в-точь как в состоянии бодрствования, когда мы начинаем всматриваться во что-нибудь. То ли кора и таламус во время быстрого сна и бодрствования работают одинаково, а психологические различия между этими фазами определяются другими структурами, то ли работают они неодинаково, но разница в их работе еще не открыта. Будущее покажет, какая из этих точек зрения верна, а может быть, на дело придется посмотреть как-нибудь совсем по-другому.
Однако нейронами не исчерпывается иерархия мозговых систем. Ниже уровня нервных клеток, вернее в самих клетках, протекают бесчисленные химические процессы, от которых во многом зависит вся работа мозга. Нервные импульсы передаются с помощью медиаторов (переносчиков); эти вещества выделяются в синапсах — промежутках между двумя нейронами. Одни синапсы выделяют ацетилхолин, другие — норадреналин, третьи — серотонин, четвертые — гамма-аминомасляную кислоту и так далее.
Активирующая восходящая система по своей химической природе оказалась адренергической — после пробуждения в мозге возрастает содержание норадреналина. Во время бодрствования норадреналина в мозге больше всего, в быстром сне поменьше, а в медленном совсем мало. Если животному ввести адреналин, оно тут же насторожится. Холиномиметики вызывают чаще всего обратный эффект. Положив кристаллик ацетилхолина кошке на кору больших полушарий, можно погрузить ее в сон. Внутри-брюшинное введение гамма-аминомасляной кислоты тоже вызывает сон, хотя и короткий, а внутривенное вливание перед сном способствует раннему появлению сонных веретен и дельта-ритма.
Для исследования роли серотонина в мозговых процессах, чаше всего используются его биологическими предшественники. К ним относится L-триптофан. Выяснилось, что он увеличивает долю быстрого сна. Такой же результат получен и от введения в вену другого предшественника серотонина — 5-ок-ситриптофана. С другой стороны, введение серотонина во внутреннюю сонную артерию свидетельствует о том, что он имеет скорее отношение к медленному сну. Жуве вводил кошкам вещества, способствующие накоплению в мозге серотонина и норадреналина, и у них укорачивался быстрый сон, а медленный становился длиннее. В мозге больше всего серотонина содержится в ядрах шва, расположенных в нижних отделах ствола головного мозга. Разрушение этих ядер вызывает бессонницу.
Факты, как мы видим, весьма противоречивы и отрывочны, сложить их в стройную картину нелегко. То, что обнаружено у животных, не обнаруживается у людей. Тем не менее Жуве в 1969-72 годах попытался обобщить эти факты. Серотонин играет большую роль в возникновении и поддержании медленного сна. Но и быстрый сон тоже от него зависит — в основном, в начальной стадии. Серотонин его как бы запускает, затем в процесс включаются другие вещества. Словом, у медленного сна своя химия, а у быстрого своя. Своя химия и у бодрствования.
Между прочим, мы не упомянули и половины веществ, участвующих в организации сна и бодрствования, и ничего не сказали о гормональных и метаболических превращениях. Тут тоже у каждой фазы своя химия. Гормоны надпочечников выделяются преимущественно во вторую половину ночи, когда возрастает доля быстрого сна, а соматотропный гормон (гормон роста), продуцируемый гипофизом, выделяется больше всего в медленном сне и в первую половину ночи. Можно сказать, что в медленном сне мы растем быстрее, чем в быстром.
Представим, что в ядрах шва усилилась выработка серотонина, а в синем ядре и среднем мозге стала ослабевать выработка норадреналина. Мозг переходит на режим альфа-ритма. Вот-вот утихнет активирующая система и включатся системы сна. Но что побуждает нейронные фабрики к усиленной выработке серотонина? Что включает механизмы, включающие сон?
В первую очередь — циркадный ритм. К циркадному ритму тысячелетиями приспосабливалась вся химия организма, отыскивая лучшие катализаторы и ингибиторы для всех его состояний. Циркадные сдвиги гуморального фона и уровня метаболизма в мозге ослабляют деятельность активирующей системы. Этому способствует уменьшение потока сенсорной и мышечной информации и общее умеренное утомление. Мы начинаем засыпать. На электроэнцефалограмме у нас появляются медленные волны: повышается активность синхронизирующих механизмов. Они подавляют остатки активирующих влияний и перестраивают работу мозга. Накопление серотонина, главным образом в структурах ствола, способствует развитию медленного сна. Мы уже во власти сонных веретен.
Часа через полтора, когда активность синхронизирующих систем достигает предела, оживает центр быстрого сна. В стволе уменьшается содержание серотонина, а содержание норадреналина увеличивается. Начинается перестройка нейронной активности. Во многих отделах мозга усиливается кровоток, повышается температура, активизируются обменные процессы. Оживление в коре и в лимбической системе создает благоприятные условия для сновидений. И вот мы уже смотрим первый сон. Постепенно деятельность механизмов, организующих быстрый сон, ослабляется и подавляется усиливающимися влияниями синхронизирующей системы, которая быстро реорганизует биохимические и физиологические процессы в мозге. Развивается медленный сон. Затем все повторяется: через несколько десятков минут наступает период быстрого сна. Наконец, воздействие гипногенных систем ослабевает, мы просыпаемся.