Текст книги "Сон под микроскопом. Что происходит с нами и мозгом во время сна"

Глава VI
Мозг во сне

Объективный подход к субъективному явлению

Традиционный подход к изучению явлений, наблюдению за развитием того или иного опыта заключается в том, что исследователь и объект его исследования разделены в пространстве и, главное, субъект – исследователь – не являются одновременно объектом познания. В этом состоит основополагающий принцип объективной науки, фундамент, на котором выстраивается многогранная система знаний о законах природы – по крайней мере, так принято считать. Научный процесс начинается с установления фактов, на основании которых формируется гипотеза, которую исследователь должен попытаться опровергнуть. Если это не получается после более или менее упорных попыток – чем упрямее ученый и чем больше попыток используется для опровержения гипотезы, тем более вероятно, что это произойдет, – то гипотеза становится теорией. Теории тоже не вечны. Их можно опровергнуть, но до той поры они успевают попасть в учебники и становятся в некотором роде общепринятой истиной, фактами и точкой отсчета для формирования знания, на котором зиждется наше представление о реальности.

Сон трудно, если не невозможно, изучать сознательно, систематически и объективно или даже фрагментарно и субъективно, в момент, когда он происходит.

Наука о сне – не исключение, однако требует довольно щепетильного подхода. Очевидно, что сон – это явление, которое переживается субъективно, а этот факт бросает тень сомнения на объективность выводов, которые делаются в процессе его изучения. «Когда кто-то говорит, что его выводы объективны, он подразумевает, что они основаны на предрассудках, которые разделяют другие», – считает британский философ Циля Грин. Такова цена объективности! Прогресс в нашем понимании сна зависит напрямую от способности отставить предрассудки в сторону и выработать беспристрастное отношение к предмету исследования, каких бы усилий это нам ни стоило.

Мы должны знать ровно столько, сколько нам положено, а чтобы совладать с соблазном познания ненужного, приходит сон, во время которого сбор информации просто невозможен.

Следующая, практически непреодолимая и в некотором роде уникальная в отношении сна проблема состоит в том, что сон трудно, если не невозможно, изучать сознательно, систематически и объективно или даже фрагментарно и субъективно, в момент, когда он происходит. Речь здесь идет, естественно, об изучении собственного сна: когда мы спим, мы находимся в состоянии, которое – по определению и по факту – препятствует получению новых знаний. Ученые оксфордского факультета зоологии Майкл Бонсэлл и его аспирант Джаред Филд недавно выдвинули любопытную гипотезу о том, что эволюция сна в некотором роде диктовалась существованием тонкого баланса между усилиями, которые требуются для получения новой информации, и связанными с этим энергетическими и прочими затратами, – и пользой знаний для выживания организма. Авторы идеи пришли к неожиданному выводу: в интересах организма, оказывается, часто удобно оставаться в неведении. Иными словами, эволюционный смысл сна заключается в том, чтобы сократить время бодрствования, когда индивидуум тратит энергию и рискует в процессе поиска и обработки информации. Чем меньше риска, тем лучше! Мы должны знать ровно столько, сколько нам положено, а чтобы совладать с соблазном познания ненужного, приходит сон, во время которого сбор информации просто невозможен.

Естественно, как и любая гипотеза, вышеупомянутый сценарий, каким бы он ни был элегантным, ждет эмпирического подтверждения или точнее – опровержения. Но факт остается фактом: исследователь не может изучать сон на себе, однако подход к эксперименту и попытки объяснить результаты неизбежно проходят через призму собственных представлений об изучаемом явлении – сне, – которые получены, опять же, опосредованно, в виде более или менее вольной его интерпретации.

Конфликт в области исследования сна

«Сон исходит из мозга, создается мозгом и служит ему»[84]84
  С англ.: Sleep is of the brain, by the brain and for the brain.


[Закрыть] – вольный перевод фразы американского нейрофизиолога Аллана Хобсона, известного своими исследованиями быстрой фазы сна. Иван Петрович Павлов считал, что во сне мозг погружается в состояние разлитого торможения, но сегодня известно, что мозг активен во сне в значительной степени так же, как во время бодрствования. Впрочем, следует сразу оговориться: существуют качественные и количественные отличия между тем, что происходит в мозге, когда мы спим и когда не спим, – в настоящий момент это довольно хорошо изученная тема, но несколько важных вопросов все же остаются неразрешенными.

Мозг активен во сне в значительной степени так же, как во время бодрствования.

Первый из них формулируется так: насколько изменения активности мозга во сне содержат в себе полезную информацию о самом процессе сна – что такое сон и как он возникает? Иными словами, если мы наблюдаем, что определенный тип активности мозга А в бодрствовании меняется на тип активности B во сне, значит ли это, что переход от А к B необходим и достаточен для наступления сна, и каковы отношения между сменой активности мозга и сном? Этот момент особенно важен в силу того, что корреляция не подразумевает причинную связь. Возникает ли сон потому, что А становится B, или B наступает просто потому, что мозг погружается в сон? Для разрешения этого вопроса ученые пытаются манипулировать активностью мозга, чтобы определить, как это влияет на последующие состояния.

Второй важный вопрос следует из первого: насколько такого рода редукционистский принцип помогает понять сон, помимо объяснения отдельных его аспектов? Опять же, традиционный научный подход заключается в анализе феномена путем упрощения: разложения или разделения общего явления на составляющие части, что ученые применяют и в практиках исследования сна, и не всегда без оснований. Но факт остается фактом: сон – это явление, которое происходит на самых разных уровнях, начиная с молекулярного и клеточного до уровня взаимодействий между нейронами в разных отделах мозга и заканчивая адаптациями и взаимодействием всего организма с предсказуемыми и непредсказуемыми изменениями внешней среды. Это утверждение уже не вызывает споров в научной среде.

В лингвистике для объединения языков в «семьи» в зависимости от их происхождения и родства существуют понятие «ламперов»[85]85
  От англ. lumper – «портовые грузчики», все сваливающие в одну кучу; в классификациях понятий, нас интересующих: допущение большого количества вариаций в определенном диапазоне.


[Закрыть] и «сплиттеров»[86]86
  Splitters – раскалывающие (англ.); в наших классификациях: создание отдельных категорий для каждого нового случая.


[Закрыть]. Введение этих терминов помогает определиться с принятием двух взглядов при распределении или классифицировании понятий или предметов, что также уместно в свете нашей дискуссии о сне.

Один подход – это рассмотрение сна в его целостности, используя холистический[87]87
  Холизм (от др. – греч.) – целый, цельный.


[Закрыть] прием, с помощью которого сон может быть понят или не понят весь целиком, как он есть. Крайний случай при таком рассмотрении – это исследование сна не просто на уровне организма и даже не над– или сверхиндивидуальном уровне, а как явление экологического масштаба; как процесс, который можно постичь только с позиций экологии и только в связке взаимодействия одного организма с другими того же вида, иными остальными обитателями экосистемы и окружающей средой[88]88
  Принципиально важное положение! См. послесловие. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Бесспорно, что возникновение сна и бодрствования у животных, разделяющих среду обитания, оказывает большое влияние на характеристики взаимодействия между особями, видами и окружающей средой. Сон, можно сказать, формирует структуру сообщества; влияет на зависимости между видами; определяет, как эти биотические (воздействующие друг на друга) взаимодействия (одних организмов на жизнедеятельность других) преобразуются во времени и пространстве; он изменяет окружающую среду; создает новые и преображает существующие временные ниши; минимизирует или оптимизирует конкуренцию за ресурсы и так далее, и тому подобное. Верхнего предела «ламперства» в данном случае практически не существует: уровень организации можно повышать неограниченно, практически до космических масштабов и геологических эпох, на временнóй шкале которых происходит возникновение новых видов и эволюция экосистем. Считаете, что это просто фантазия? Тогда посмотрите на ночные снимки земного шара из космоса, где видно, какие континенты спят, а какие нет, и представьте, как это влияет на динамику всей жизни на планете. Сон – это явление планетарного масштаба, и сон отдельных индивидов – всего лишь часть более глобального процесса.

Отчасти сон – это в первую очередь лингвистическая проблема.

Но также очевидно, что рассматривать отдельные уровни организации – второй подход – также необходимо, и ничем не ограниченная фантазия «сплиттеров» вполне может помочь в процессе познания. Речь в этом случае идет о том, что даже отдельные нейроны в мозге могут спать независимо от всего организма и мозга. Это лишь вопрос времени, когда наши коллеги-ученые заговорят о сне клеточных органелл и молекул. Скажете: невозможно?! Порой наше пренебрежительное отношение или высокомерие не только к окружающим, но и к сути явлений, диктуется нашим невежеством – мы часто путаем факты и истину с гипотезами и догмами и часто находимся в плену наших невесть откуда взявшихся убеждений, в которых мы абсолютно уверены. Циля Грин подмечала, что факты нужно атаковать в момент величайшего изумления – но кто любит это делать? Поток вопросов может выбить почву из-под ног, запутать, отвлечь от главной мысли. Сон на уровне молекул невозможен? Не вытекает ли этот вопрос из традиционного представления о сне, уместного только на уровне (нашего) организма: мы закрываем глаза, перестаем следить за окружающим миром и теряем сознание. Именно в этом и заключается проблема области исследования сна – очень трудно избавиться от субъективного восприятия этого явления и освободиться от общепринятых «объективных» истин. Отчасти сон – это в первую очередь лингвистическая проблема.

От летаргического энцефалита к поиску «центра сна»

Парадоксальный факт заключается в том, что прогресс в развитии новых технологий и методов для изучения мозга не столько приближает нас к пониманию природы сна, сколько открывает доселе неизвестные уровни сложности этого процесса. Их часто называют «революционными», хотя существует соблазн заметить, что революции не всегда привносят желаемый порядок в положение вещей, а иногда, наоборот, откладывают истинный прогресс на десятилетия, если не больше. Нельзя сказать, что это было неведомо раньше, но каждое открытие новой мозговой области, которая, оказывается, также чрезвычайно необходима для сна, скорее отдаляет нас от получения окончательных ответов на интересующие вопросы.

Одним из самых важных этапов в формировании наших представлений о сне стала эпидемия летаргического энцефалита, или «сонной болезни», которая вспыхнула около ста лет назад, отняла жизнь у сотен тысяч людей и оставила многих инвалидами[89]89
  Эпидемии испанки и летаргического энцефалита отняли жизнь у десяти миллионов человек, больше, чем погибло на фронтах Первой мировой войны. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Эта загадочная болезнь существовала и раньше, но самая массовая эпидемия началась во время Первой мировой войны. Пациенты, выжившие после нее, часто обнаруживали ярко выраженные двигательные симптомы, которые свойственны болезни Паркинсона и характеризуются полной или частичной неподвижностью, которая могла длиться десятилетиями. Это состояние отличалось предельной заторможенностью и сонливостью, хотя у некоторых наблюдалась и бессонница. Константин фон Экóномо[90]90
  Константин фон Экóномо (1876–1931) – выдающийся невролог и нейроанатом, греческий аристократ по происхождению, родившийся в Румынии, но проживший бóльшую часть жизни в Вене. Его работы вызвали непонимание и резкую критику со стороны ряда физиологов и медиков, в том числе Павлова, но в самом конце XX века все открытия фон Экономо были блестяще подтверждены. – Прим. науч. ред.


[Закрыть], австрийский невролог, впервые описал сонную болезнь в 1917 году, внимательно следя за первыми заболевшими пациентами в Австрии в течение двух лет. Профессор фон Экономо, выделив характерные для острой стадии симптомы болезни, в полном названии которого осталось и его имя – эпидемический летаргический энцефалит Экономо, – определил вовлеченность в дегенеративные поражения определенных частей мозга и в итоге стимулировал развитие идей о центрах сна и бодрствования. Он писал: «Поиски так называемого центра сна могут на первый взгляд показаться парадоксальной идеей. Таким же образом, как состояние бодрствования, сон является крайне сложным биологическим состоянием… Действительно, вся наша жизнь происходит в чередовании двух биологических условий, состояния бодрствования и сна, и, таким образом, проблема поиска центра сна является сродни поиску самого центра жизни. Проблема центра жизни в нервной системе часто обсуждалась в прошлые века. Но поиск ответа откладывался, поскольку жизнь – слишком сложное явление, чтобы быть локализованным в одном месте. То же самое относится и ко сну».

Сон и его поведенческие проявления

Прочитайте еще раз утверждение: «Сон исходит из мозга, создается мозгом и служит ему». Не кажется ли вам это логическим парадоксом? В математике и логике существует понятие непредикативности, точнее, непредикативности определения, которое используется в случаях, когда определение объекта или явления включает (или требует наличия и участия в том или ином смысле) самого определяемого объекта или явления. Легко представить, что характеристики, используемые в настоящее время для определения сна – механистические и физиологические: отсутствие движения, сниженная реакция на стимуляцию и так далее, – напрямую связаны с мозговой активностью. Но довольно давно и хорошо известно, что сон ассоциируется не только с процессами, которые происходят в мозге, но и с изменениями уровня гормонов, метаболического статуса и статуса иммунной системы, экспрессии генов не только в самом мозге, но и на «периферии» – это установленные факты, и приведенный их перечень далеко не полный. Однако, в отличие от нейрофизиологических проявлений сна, изменения нейроэндокринной, метаболической или иммунной систем менее доступны для непосредственного наблюдения и именно поэтому часто игнорируются. Тем не менее в лабораторных экспериментах лишение сна – основной использующийся для изучения сна подход – достигается с помощью манипуляций, которые направлены на стимулирование именно мозга, непосредственное или опосредованное. Опять же, эффективность лишения сна определяется с помощью прямого или косвенного отслеживания активности мозга, типа двигательной активности, или с помощью проверки способности «экспериментального субъекта» реагировать. Мы неслучайно напомнили выше об эпидемическом энцефалите Константина фон Экономо. Когда профессор изучал этот вопрос, классификации стадий сна и бодрствования не существовало; записывать электроэнцефалограмму человека еще не умели – Ханс Бергер[91]91
  Ханс Бергер – немецкий физиолог и психиатр. О нем мы еще расскажем в отдельной главе.


[Закрыть] сделает первую запись только в 1924 году. Так почему за недугом в разговорной речи закрепилось название «сонная болезнь»? В какой степени наличие или отсутствие определенного поведения или типа активности мозга автоматически подразумевает наступление сна?

Начнем с поведения, к которому можно подойти с позиций теории бихевиоризма. В ее основе лежит философия науки человеческого поведения, заложенная Берресом Скиннером, влиятельным американским психологом XX века. По его словам, предметом исследования бихевиоризма выступает человеческое поведение, которое тонко реагирует на внешние влияния, в то время как роль ментальной (внутренней, духовной) активности отрицается или игнорируется. Обсуждая понятие «поведение», иногда прибегают к так называемому «тесту мертвеца», построенному на понятном каждому явлении: то, на что способен мертвец, не является поведением[92]92
  С англ.: If a dead man can do it, it is not behavior.


[Закрыть]. Когда мы рассматриваем сон и его поведенческие проявления, какая совокупность действий приходит в голову в первую очередь? Конечно, неподвижность. И эта самая яркая характеристика сна немедленно разбивается о строгие рамки определения поведения, которые используются радикальными бихевиористами. Конечно, можно возразить, что мертвеца невозможно разбудить, в отличие от спящего организма, и отсутствие движения не говорит ничего о его состоянии. Но, может быть, для определения сна все-таки стóит принимать во внимание и «внутренние события»?

Сонная болезнь в таком случае – скорее торпидное или заторможенное состояние, она характеризуется неспособностью пациента произвольно двигаться, в отличие от сна, как мы его обычно переживаем. Оливер Сакс[93]93
  Об американском враче и писателе Оливере Саксе поговорим в отдельной главе.


[Закрыть] в своей многократно изданной знаменитой книге «Пробуждение»[94]94
  М.: АСТ, 2019. – Прим. ред.


[Закрыть] описывает свой опыт лечения пациентов, переживших летаргический энцефалит. Пройдя курс леводопы[95]95
  Аминокислота L-ДОФА (L-DOPA), L-Диоксифенилаланин – молекулярный предшественник гормона дофамина, дефицит которого обычно определяет развитие болезни Паркинсона.


[Закрыть], большинство пациентов «пробуждалось» из «сна», который часто длился долгие годы и даже десятилетия; выздоравливающие могли снова двигаться, говорить и в некоторых случаях возвращались к полноценной жизни. Часто оказывалось, что они находились в полном сознании все эти годы, но просто не могли или не хотели двигаться, а их представление о времени и пространстве отличалось от привычного здоровым людям. Например, удивительная причина неподвижности, которую объяснила одна из пациенток, заключалась в том, что ей – в ее воображении – просто не хватало места для движения.

Сакс описывает удивительный случай, когда два пациента, соседи по палате, провели в полной неподвижности и совершенно без каких-либо попыток к общению и взаимодействию около двадцати лет, а в один день, к крайнему изумлению персонала больницы, они устроили потасовку.

В этот момент они выглядели совершенно нормальными людьми, если, конечно, драку можно считать нормальным человеческим поведением. Дерущихся разняли и усадили в кресла, и те успокоились и снова застыли в неподвижности на следующие пятнадцать лет. Интересно, что у пациентов, у которых смогли записать ЭЭГ, обнаружили характерное замедление волн мозга, в некотором роде напоминающее нормальный физиологический сон. Однако с «пробуждением», то есть началом движения, их мозговая активность «оживала» и сменялась паттернами, которые принято наблюдать во время бодрствования, например наличием так называемого альфа-ритма, соответствующего частотам в 10–12 Герц.

Ритмы мозга во сне

Отцом электроэнцефалографии принято считать вышеупомянутого Ханса Бергера – немецкого психиатра, имя которого, помимо вклада в развитие науки, связывают с коллаборационизмом с Третьим рейхом. В первой четверти XX века Бергеру удалось получить записи электроэнцефалограммы мозга человека: он задокументировал альфа-ритм в бодрствующем состоянии с закрытыми глазами, который исчезал и сменялся более активным паттерном, когда глаза открывались. Регистрация этих сигналов стала убедительной демонстрацией электрической активности мозга и, что очень важно, показала зависимость мозговой активности от состояния, в котором находится человек. Другим известным ученым, который внес вклад в описание характерных для сна паттернов ЭЭГ, таких как К-комплексы и сонные веретена, стал Альфред Ли Лумис. Американский ученый, адвокат, банкир, Лумис был всесторонне образованным человеком, полиматом[96]96
  Много знающий человек, эрудит, энциклопедист.


[Закрыть]; в 1942–1946 годы он участвовал в известной американской программе по разработке ядерного оружия «Манхэттенский проект». Примерно в то же время, в конце 30-х годов прошлого века, Лумис опубликовал несколько статей, касающихся ритмов мозга во сне.

Современная классификация стадий сна началась именно с описаний Бергера и Лумиса и их интерпретации полученных записей ЭЭГ, затем и других электрографических сигналов, таких как мышечная активность, сердечный ритм и движения глаз. Сон начинается с самой поверхностной стадии, когда фиксируемые ЭЭГ колебания замедляются, их быстрый ритм сменяется так называемыми тэта-волнами (тэта-ритм, приблизительно четыре – восемь колебаний в секунду). Если разбудить в эту фазу сна, то заснувший, скорее всего, будет отрицать, что вообще спал. Затем наступает вторая стадия сна, когда ЭЭГ характеризуется появлением К-комплексов, которые представляют собой высокоамплитудные медленные волны. Они наблюдаются произвольно, легко могут быть вызваны звуковыми стимулами и раздражителями других сенсорных модальностей, например тактильными или световыми. К-комплексы перемежаются с другим типом активности, который называется «сонные веретена». Каждое сонное веретено представляет собой вспышку активности, состоящую из нескольких последовательных волн на частоте около 10–15 Герц (или 10–15 колебаний в секунду), и в течение каждой такой вспышки, длящейся одну-две секунды, амплитуда волн нарастает и затем убывает, что визуально и напоминает веретено, упомянутое в названии ритма. Далее сон углубляется, сменяется более-менее постоянным паттерном медленной активности, в своей крайней форме напоминающей ритмы мозга под наркозом или даже в коме. Медленные волны глубоких фаз сна не стереотипны, а удивительно разнообразны, крайне чувствительны к сенсорным раздражениям и динамичны в пространстве и времени, а также имеют свойства «блуждающих волн»!

Эксперименты, в которых испытуемые спали со множеством (до 256) электродов на голове, обнаружили, что каждая волна начинается в определенной точке мозга и оттуда распространяется по своей уникальной траектории. В некотором роде активность мозга во сне можно сравнить с оркестром (действительно было сделано много попыток переложить ритмы мозга на музыку). Интересный момент заключается также в том, что волнами сна можно с удивительной легкостью манипулировать, например усиливать с помощью стимуляции на определенной их фазе или, наоборот, препятствовать их появлению и развитию. Исследования в этой области приобрели невиданную популярность в последние годы, и количество патентов на изобретение девайсов, «улучшающих» сон с помощью стимуляции медленных волн, возрастает чуть ли не по дням.

Переключатель сна

Что же отвечает за возникновение радикальных изменений активности мозга при засыпании и, в конечном счете, – за переходы из сна в бодрствование и обратно? Мы засыпаем, а затем просыпаемся и снова засыпаем десятки тысяч раз в течение всей жизни, и обычно это происходит вполне естественно и непринужденно. Что же заставляет мозг так регулярно – как часы – и практически в мгновение ока переключать нас из одного состояния в радикально другое?

Наблюдения фон Экономо за пациентами в последние дни их жизни, а также изучение их мозга и характерных неврологических нарушений позволили предположить, что центр сна может быть локализован в области гипоталамуса – структуры мозга, также вовлеченной во многие другие гомеостатические функции, включая гормональный баланс, мотивацию и поддержание постоянной температуры тела. Голландский ученый, ведущий мировой авторитет в области анатомии мозга, один из основоположников современной нейробиологии Валле Наута в начале своей научной карьеры довольно критично замечал: «Решающая роль нервной системы в регуляции сна и бодрствования высших животных в настоящее время широко признана». Однако сам фон Экономо обращал внимание на то, что явление сна нельзя объяснить простым функциональным изменением центральной нервной системы… «Это действительно важный факт: функция сна не характерна только для высших животных, она также наблюдается у организмов, которые не обладают центральной нервной системой, и сон даже можно обнаружить у некоторых растительных организмов. Поэтому невозможно приписать эту загадочную функцию какому-либо особому органу», – писал Наута. Логические выводы не остановили ученого, и он провел ряд экспериментов на лабораторных крысах, у которых сон и бодрствование изучали после систематического разрушения разных областей гипоталамуса. В целом эксперименты на крысах Науты подтвердили наблюдения фон Экономо на пациентах и позволили заключить, что гипоталамус содержит нейроны, которые играют важную, если не первостепенную, роль в возникновении сна. Стоит упомянуть, впрочем, что у крыс после экспериментов Науты также развивались некоторые физиологические нарушения: они прекращали самостоятельно употреблять пищу, их температура тела падала, и в итоге они умирали. «Слишком сложное явление, чтобы быть локализованным в одном месте», – как писал фон Экономо.

Сон даже можно обнаружить у некоторых растительных организмов.

В первой половине прошлого века бельгийский ученый Фредерик Бремер, используя разнообразные методы исследования «топографии» функций мозга, установил, что область, которая поддерживает его обладателя в бодрствующем состоянии, находится в стволе мозга, то есть в са мом относительно примитивном его отделе. Бремер считал – впрочем, ошибочно, – что перерезка ствола мозга прекращает поступление сенсорной информации извне, что критически важно для того, чтобы оставаться в бодрствующем состоянии. Хоть, несомненно, внешняя стимуляция и важна, внутренних, эндогенных механизмов, скорее всего, достаточно для поддержания бодрствования. Так, даже в условиях полной сенсорной депривации сон не наступает немедленно.

Итальянский нейрофизиолог Джузеппе Моруцци, который с 1948 года и до конца своей жизни руководил Институтом физиологии Пизанского университета, в свою очередь, применял разнообразные методики стимуляции ствола мозга. Его исследования легли в основу современных представлений о так называемой восходящей активирующей системе мозга, которая находится в стволе головного мозга и отвечает за бодрствование. Последующие эксперименты, в основном использующие методики разрушения, перерезки, химической, фармакологической или электрической стимуляции различных областей мозга, в целом подтвердили заключения фон Экономо и Науты о том, что передний гипоталамус оказывает тормозящее влияние на области мозга, которые поддерживают бодрствование, приближая таким образом наступление сна, и наоборот. Именно на этом основании гарвардский невролог Клиффорд Сэйпер предложил гипотезу переключателя сна-бодрствования, также называемую «гипотезой триггера сна»[97]97
  В английском языке используют выражение flip-flop switches, по аналогии с электронными триггерными переключателями.


[Закрыть]. Эта гипотеза основана на представлении о взаимотормозящем влиянии двух главных центров в мозге: один из них активен в состоянии сна, другой – бодрствования, и окончательное наше состояние, спим мы или бодрствуем, в каждый данный момент диктуется тем, какая система доминирует.

Как зажигаются и гаснут нейроны

Быстро развивающиеся современные технологии позволяют творить чудеса. Сегодня можно не только следить за тем, что происходит в мозге, но и управлять мозговыми процессами «точечным» методом. Все благодаря тому, что разные типы нейронов в определенных структурах мозга часто обладают индивидуальными генетическими маркерами, которые позволяют их стимулировать направленно и обособленно. «Если мы могли бы заглянуть сквозь череп в мозг сознательно мыслящего человека и если место оптимального возбуждения было бы светящимся, – фантазировал в свое время Иван Павлов, – то мы увидели бы игру на поверхности мозга, яркое пятно с фантастическими волнообразными границами, которые постоянно меняются по размеру и форме, окруженной более или менее глубоким мраком». Красивая метафора превратилась в быль: не прошло и ста лет, как были открыты флуоресцирующие молекулы, которые можно встраивать в нейронную оболочку[98]98
  Обычно у специально выведенных линий мышей.


[Закрыть] и в буквальном смысле следить за тем, как нейроны зажигаются и гаснут в зависимости от уровня их активности. Использование таких оптических методов оказалось полезным не только для наблюдения активности мозга, но и для его направленного стимулирования.

Обнаружение другого класса молекул (родопсина), похожих по структуре и функции на опсины, которые присутствуют в сетчатке глаз и участвуют в передаче световых сигналов, позволило разработать технологию экспрессирования отвечающих на свет ионных каналов в нейронной оболочке (так называемой клеточной мембране, или плазмалемме), что помогло направленным образом их «открывать» и «закрывать» с помощью света. Открытие ионных каналов освобождает путь, чтобы транспортировать кальций или хлор, что в конечном счете приводит к возбуждению или торможению стимулируемого светом нейрона. Способ активации нейронов светом был предсказан еще британским биофизиком и нейробиологом Фрэнсисом Криком в 1970 году, и в последнее десятилетие подход, названный оптогенетикой, произвел настоящую революцию в нейронауке. Теперь стало возможным удаленно запускать или тормозить активность мозга с невероятной точностью и под временны́м контролем; наблюдать за изменениями в функции определенных структур мозга и даже поведения – что прежде всего подтвердило ранние исследования, в которых использовались примитивные методики перерезки или удаления частей мозга или электрической стимуляции. Однако эти эксперименты, увы, также обнаружили ожидаемую сложность в организации центров сна и бодрствования.

Каждые несколько месяцев выходит в свет очередная статья, которая рассказывает о стимуляции или торможении той или иной области мозга, что способствует пробуждению лабораторной мыши из сна или, наоборот, приводит к засыпанию.

Как бы это ни было интересно и значимо, но мы возвращаемся к вопросу, с которого начинали: что же это за состояние, которым мы пытаемся манипулировать, даже используя самые современные технологии? Мы имеем дело со сном, как мы его понимаем, довольно поверхностно и субъективно, и вопрос остается открытым, независимо оттого, движемся ли мы в правильном направлении или просто следуем нашей склонности поддерживать собственную точку зрения.

Тест Тьюринга для сна

Алан Тьюринг[99]99
  Алан Тьюринг (1912–1954) – британский математик, философ.


[Закрыть], известный своим вкладом в развитие информатики, в 50-х годах прошлого века опубликовал в журнале по аналитической философии Mind важную в области искусственного интеллекта работу «Вычислительные машины и разум»[100]100
  Computing Machinery, and Intelligence, 1950, на русский язык работа не переведена.


[Закрыть]. Тест, названный впоследствии его именем и описанный в той статье, позволяет определять мыслительные способности компьютера, робота или любой искусственной системы, программы или приспособления, которые претендуют на наличие сознания. Испытание по Тьюрингу (игра – имитация) состоит в том, что человек вступает в произвольную беседу, не зная, разговаривает он с другим человеком или машиной. Если человек определяет, что его собеседник компьютер, то тест считается проваленным.

Настало время для того, чтобы разработать такого же рода тест, чтобы установить, является ли искусственно вызванный сон (или бодрствование) настоящим, то есть неотличимым от произвольного, физиологического сна или бодрствования соответственно. Представьте, что мы стимулируем некоторую область мозга лабораторной мыши и она засыпает. После ее пробуждения мы «спрашиваем» мышь о том, как ей спалось и был ли ее сон натуральным или неестественным: конечно же, не вербально, а с помощью объективных тестов. Проблема заключается в том, что спонтанные и искусственно вызванные состояния организма и мозга могут выглядеть неотличимо для исследователя, так что остается ждать до тех пор, пока сам экспериментальный субъект не сможет заявить о различиях. Пока он не окажется неспособным отличить искусственный сон от настоящего, тест Тьюринга на центр сна не может считаться пройденным.