Долгое время считалось, что мозг полностью отдыхает в то время, когда мы спим, однако с изобретением электроэнцефалографа стало возможным фиксировать электрическую активность нейронов головного мозга. И оказалось, что электрическая активность нейронов коры во время сна всего лишь видоизменяется 1. Исследования, показали, что мозг человека практически никогда не отдыхает, остается активным даже во время выполнения повторяющихся или уже знакомых ранее задач.
А что делает мозг, когда человек спит?
Известный российский ученый Иван Пигарев, доктор биологических наук и главный научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН, предлагает так называемую «висцеральную» теорию сна 2, которая гласит, что во сне мозг обрабатывает информацию, поступающую от внутренних органов, и координирует их работу.
Например, нейроны, отвечающие за зрение, во время сна переключаются на работу кишечника. Как бы ни казалась эта теория парадоксальной, она частично подтверждается данными электроэнцефалографии, полученными в результате исследований на животных. Помимо этого, науке известны эксперименты, когда у животных, лишенных сна несколько суток, образовывались язвы в желудочно-кишечном тракте.
Не менее интересные исследования деятельности мозга во время сна показали, что он даже в спящем состоянии способен принимать адекватные решения 3. Участники эксперимента сортировали слова на две категории, нажимая на кнопку, эксперимент был непрерывным, но испытуемые могли спать, так вот, во время сна электроэнцефалограф регистрировал импульсы, свидетельствующие о том, что мозг и во сне принимал правильные решения. Оказывается, мозг даже во сне продолжает обрабатывать новую информацию, анализируя ее на основании старых воспоминаний.
Что еще интересного узнали с почти полной достоверностью?
Доктор Мэтью Уокер из Калифорнийского университета с коллегами 4 в экспериментах показали, что во время сна мозг способен выявлять ассоциации между странными на взгляд неспящего человека вещами. Может, эта ассоциативная способность мозга и помогла Менделееву?
Имеет право на существование и теория о том, что во время сна мозг очищается от токсинов. Ученые из Бостонского университета США наблюдая за процессами, происходящими в мозге во время глубокого сна, сделали открытие, которое, по их мнению, может дать новое понимание старения и неврологических расстройств, связанных с нарушениями сна. Результаты исследования опубликованы в журнале Science 5.
Группа ученых обнаружила, что во время сна нейроны уменьшаются в размерах, а освободившееся пространство занимает спинномозговая жидкость. Это усиливает ее приток и позволяет выводить токсины из мозга. Высказывается предположение, что при нарушении этого механизма токсичные белки не удаляются и могут вызывать болезни мозга.
Все эти и прочие аналогичные исследования позволяют говорить о том, что мозг полностью никогда не отдыхает: часть нейронов головного мозга “уходит в сон”, а бодрствующая часть поддерживает организм, контролирует работу систем и органов. Одни участки головного мозга снижают активность, например, префронтальная кора, отвечающая за эмоции, другие же активизируются, и это не обязательно для поддержания только функциональных рутинных процессов. Если у человека какие-то проблемы, то во сне просыпается так называемое подсознание, которое попробует решить их за него.
Теорий много, они все интересные. А как мы сами можем увидеть, что мозг не отдыхает и во сне?
Существует несколько стадий сна. Так вот, в первой, фазе быстрого сна, глаза очень быстро движутся из стороны в сторону. Затем движение глаз замедляется - человек плавно переходит в фазу медленного сна. И эти фазы многократно чередуются в течении ночи, свидетельствуя о разном ритме и темпе работы мозга спящего человека.
Но даже если мозг никогда и не отдыхает, он нуждается в отдыхе, и получает его во время сна, медленной его фазы, когда активность нейронов максимально снижена.
Литература.
-
Nir et al. Interhemispheric correlations of slow spontaneous neuronal fluctuations revealed in human sensory cortex. Nature Neuroscience, 2008; 11 (9): 1100 DOI: 10.1038/nn.2177
-
Пигарев И. Н. Висцеральная теория сна //Журнал высшей нервной деятельности им. ИП Павлова. – 2013. – Т. 63. – №. 1. – С. 86-86.
-
S. Kouider et al. Inducing task-relevant responses to speech in the sleeping brain. Current Biology. September 22, 2014, p. 11388. doi: 10.1016/j.cub.2014.08.016
-
Walker M. Why we sleep: the new science of sleep and dreams. – Penguin UK, 2017.
-
Fultz NE, Bonmassar G, Setsompop K, Stickgold RA, Rosen BR, Polimeni JR, Lewis LD. Coupled electrophysiological, hemodynamic, and cerebrospinal fluid oscillations in human sleep. Science. 2019 Nov 1;366(6465):628-631. doi: 10.1126/science.aax5440. PMID: 31672896; PMCID: PMC7309589.