«Лучшее лекарство»: Зачем мы спим

Вы наверняка слышали, что с новыми знаниями надо «переспать», чтобы на следующее утро все стало понятнее. Сон имеет ключевое значение для консолидации памяти — перевода кратковременной памяти в долговременную. Консолидацию памяти можно сравнить с записью данных на жесткий диск компьютера; пренебречь сном — все равно что закрыть файл, не нажав на кнопку «сохранить».

Во сне мозг очень занят: он интерпретирует и структурирует новую информацию. Фаза быстрых движений глаз (БДГ-фаза), когда мы видим сны, порождает новые нейронные связи и необходима для творчества. Хорошо известны легенды о том, что Дмитрий Менделеев увидел во сне свою знаменитую таблицу элементов, а Август Кекуле — циклическую структуру молекулы бензола. Кит Ричардз из Rolling Stones рассказывал, что услышал во сне гитарный рифф, который лег в основу «(I Can’t Get No) Satisfaction».

Важность БДГ-фазы для консолидации памяти была много раз проверена учеными. В 2016 году в журнале Science был описан эксперимент, в котором у лабораторных мышей подавили активность нейронов, необходимых для БДГ-фазы. На следующий день лабораторные мыши демонстрировали признаки нарушения памяти: они не пугались в клетке, где вчера пережили стресс, а также не изучали передвинутый предмет (обычно любые изменения в окружающей среде вызывают у мышей интерес).

Консолидации памяти — сложный процесс, связанный не только с БДГ-фазой. В исследовании 2014 года ученые наблюдали под двуфотонным микроскопом за мозгом мышей, обучающихся новому упражнению. У животных, которые спали полноценно, формировалось намного больше новых синапсов — связей между нейронами двигательной коры мозга. Прицельное нарушение разных фаз сна у лабораторных мышей показало, что для обучения новому навыку необходим медленный сон. В это время мозг «проигрывает» нейронную активность, связанную с освоением нового опыта, — по сути, тренируется во сне.

Таким образом, для консолидации памяти необходимы как быстрый, так и медленный сон. В фазе медленного сна «записанная» днем информация активируется и подготавливается к дальнейшей обработке; в БДГ-фазе формируются стабильные долговременные воспоминания.

Быстрый сон важен для обработки и сохранения эмоционально окрашенного опыта. Каждый замечал, что тронувшие нас события запоминаются намного лучше, чем нейтральные. Во время БДГ-фазы активна лимбическая система мозга, участвующая в регуляции эмоций.

В 2009 году Мэтью Уолкер из Калифорнийского университета в Беркли предложил гипотезу «сон для забвения и сон для запоминания» («sleep to forget and sleep to remember»). По его мнению, во время БДГ-фазы запоминаются факты пережитого опыта, но одновременно снижается яркость его эмоциональной окраски. Процесс длится несколько ночей. Нарушение обработки эмоциональных воспоминаний во сне может быть причиной посттравматического синдрома и депрессии.

«Больше» в случае быстрого сна не означает «лучше»: важно, как информация обрабатывается. Так, люди, страдающие депрессией, после засыпания быстрее входят в БДГ-фазу и дольше в ней остаются; частота БДГ-фаз у них увеличивается. При депрессии быстрый сон занимает много времени, но протекает неправильно, интенсивно консолидируя негативные воспоминания. Многие антидепрессанты подавляют БДГ-фазу, что может объяснять их эффективность.

Зачастую бессонница — не следствие депрессии, а ее предвестник: люди, страдающие бессонницей, имеют в два раза больший риск заболеть депрессией. Хроническое недосыпание может нарушать формирование позитивных и нейтральных воспоминаний, не мешая консолидации негативных. Со временем это приводит к искаженному восприятию собственной жизни как наполненной только несчастьями.

Cон также необходим для очищения мозга от метаболитов, образующихся в процессе активности нейронов. В 2012 году команда ученых из Рочестерского университета обнаружила в мозге ранее неизвестную систему (названную глимфатической), образованную каналами вдоль кровеносных сосудов. По ним течет спинномозговая жидкость, которая омывает ткани мозга и выводит образовавшиеся токсины.

Нарушение работы глимфатической системы может быть причиной таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера. Это заболевание сопровождается накоплением в мозге определенных белков, большая часть которых выводится через глимфатическую систему. Если она не может полноценно очистить головной мозг из-за возрастных изменений или травмы, токсические вещества накапливаются и постепенно разрушают нейронные сети.

Во время сна активность глимфатической системы увеличивается в 10 раз. Клетки мозга «сжимаются» на 60%, чтобы спинномозговая жидкость могла свободно омывать ткани. Ночью головной мозг потребляет практически столько же энергии, сколько и в бодрствующем состоянии, — он занят важной работой по выводу токсинов. Мозг не может работать «на две ставки» — только или бодрствовать, или очищаться.

Нехватка сна связана с ожирением и сахарным диабетом 2-го типа. У человека, который недостаточно спит, уровень гормона сытости падает, а гормона голода — растет. Уменьшается чувствительность тканей к инсулину, что вызывает рост уровня глюкозы в крови. Более того, в мозге активируются участки, которые реагируют на высококалорийную пищу.

Сон необходим для правильной работы иммунной системы: постоянное недосыпание делает человека уязвимым перед простудой. В 2015 году было проведено исследование, в котором добровольцам капали в нос жидкость с вирусом. Выяснилось, что люди, которые мало или плохо спят, после контакта с вирусом чаще заболевают, чем те, кто нормально высыпается.

Сном и бодрствованием управляют биологические часы, работу которых регулирует гипоталамус. Суточный ритм активности задает свет. Когда садится солнце, сигнал «отбой» передается от зрительных рецепторов в шишковидную железу, а она выделяет мелатонин, вызывающий сонливость.

Искусственный свет снижает выработку мелатонина и препятствует нормальному сну. Особенно вреден синий спектр, который излучают экраны смартфонов и компьютеров. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско установили, что использование гаджетов в течение часа перед отходом ко сну сильнее всего нарушает его качество.

Недостаток сна многими считается поводом для гордости: чем меньше спим, тем больше работаем, учимся и развлекаемся. Но сон — это не потерянное время. Качественный сон необходим для здоровья, настроения и остроты ума. Правила просты: ложиться и вставать приблизительно в одно время, спать в полной темноте, за час до отхода ко сну выключать гаджеты и приглушать свет в комнате.

Все фото — из проекта Роберта Найта «Sleepless».