Текст книги "Ритм Вселенной. Как из хаоса возникает порядок"

Чейзлер решил испытать другой подход. Он представил на одном графике циклы температуры тела и сна в двумерном формате, который называется растровым графиком. Биологи с Оркнейских островов уже не один десяток лет пользуются этим типом графиков. Это стандартный способ представления ритма раскрытия листьев растений или ритма мыши, которая вертится в беличьем колесе, но еще никто не пытался использовать такие графики для исследования ритмов в организме человека. Термин «растровый» применяется по аналогии с растровой разверткой в телевидении, когда в ходе процесса, называемого наложением растра, осуществляется преобразование непрерывного потока электронной информации в двумерное изображение. Аналогично, при построении растрового графика поток данных, образующихся на выходе эксперимента, преобразуется в двумерный график. В процессе наложения растра этот поток данных разделяется на 24-часовые блоки, которые затем укладываются один на другой в виде штабеля кирпичей.

День 1 находится на самом верху такого штабеля, день 2 находится непосредственно под днем 1, и т. д. вплоть до последнего дня эксперимента, который находится на самом дне штабеля. Чтобы подытожить циркадные ритмы участника эксперимента в какой-то определенный день, черный квадрат отображает часы, когда этот участник спал, а серый квадрат показывает, когда температура его тела опускалась ниже своего среднего значения. Достоинство растрового графика заключается в том, что любые повторяющиеся картины в данных буквально бросаются вам в глаза. Строгий 24-часовой ритм распознается сразу же как вертикальная полоса, состоящая из квадратов, причем все они начинаются и заканчиваются в одно и то же время суток. Ритм, более продолжительный, чем 24 часа, выглядит как диагональная полоса с наклоном вправо.

Когда Чейзлер построил растровый график для одного из рассинхронизированных участников эксперимента, он сразу же заметил, что все эпизоды продолжительного сна – которые выглядели весьма загадочно – выстроились по диагонали. То же самое произошло с эпизодами короткого сна, которые выстроились вдоль другой диагонали, причем обе эти диагонали были параллельны диагональной полосе, образованной впадиной ритма температуры тела.

Из этого следовал потрясающий вывод. Несмотря на то что цикл сна и бодрствования, на первый взгляд, не был связан с температурным циклом, налицо была постоянная, устойчивая связь между ними: эпизоды продолжительного сна всегда начинались при высокой температуре тела, а эпизоды короткого сна всегда начинались при низкой температуре. Чейзлер сверил эти результаты с результатами других участников эксперимента и оказалось, что обнаруженная им закономерность соблюдается во всех случаях. Он повторно проанализировал старые данные, опубликованные группами исследователей во Франции, Германии и Англии, и оказалось, что во всех случаях соблюдается та же закономерность.

Чейзлер разгадал циркадный код! Изучая сон в его связи с циклом температуры тела (а не в связи со временем суток или какой-либо другой внешней переменной), он выявил естественную систему отсчета, естественную меру внутреннего времени организма человека. Если вопрос рассматривать с этой точки зрения, то данные, которые ранее казались «рваными» и «случайными», внезапно продемонстрировали стройность и организованность. Продолжительность сна человека не зависела от того, как долго он бодрствовал перед этим; она зависела от соотношения между моментом, когда этот человек уснул, и циклом температуры его тела.

Чтобы конкретизировать математическую форму этого соотношения, Чейзлер построил еще один график – график зависимости продолжительности десятков разных эпизодов сна от фазы цикла температуры человеческого тела во время сна. Другими словами, он взял все эпизоды сна, которые начинались, когда температура тела была низкой, и сгруппировал их вместе. Затем он проделал то же самое для эпизодов сна, которые начинались вблизи максимума температуры, и т. д. Это дало ему возможность сравнивать, образно говоря, яблоки с яблоками; его растровый график уже показал ему, что эпизоды сна, начинающиеся при одних и тех же фазах цикла температуры человеческого тела, должны быть одинаковыми по своей продолжительности. Чейзлер собрал данные по всем рассинхронизированным участникам своего эксперимента – кто-то из них был молодым, кто-то старым, для кого-то из них были характерны 30-часовые циклы, для кого-то 40-часовые. Несмотря на существенные индивидуальные различия во всех остальных отношениях между этими участниками эксперимента, продолжительность их сна группировалась в достаточно узком диапазоне, образуя слегка размытую версию некой универсальной математической кривой.

Каждый раз, когда участники эксперимента укладывались спать вблизи пика своего температурного цикла, последующий эпизод сна всегда оказывался очень продолжительным, составляя в среднем 15 часов. И наоборот, когда они укладывались спать вблизи времени минимальной температуры, они спали гораздо меньше – в среднем около 8 часов. «Облако» продолжительностей сна, рассматриваемое по всем фазам, было похоже на волну в форме зубца пилы[71]71
  В оригинальной публикации Czeisler et al. (1980) об этой асимметричности не было сказано ничего вразумительного. Авторы усреднили данные по каждой фазе, прежде чем представить их в графическом виде. В результате был сделан ошибочный вывод о том, что соответствующая кривая имеет синусоидальную форму. Представленные здесь исходные данные были собраны с более крупной выборки участников эксперимента; см. Steven H. Strogatz, Richard E. Kronauer, and Charles A. Czeister, “Circadian regulation dominates homeostatic control of sleep length and prior wake length in humans,” Sleep 9 (1986), pp. 353–364.


[Закрыть].

Такой результат оказался весьма неожиданным. В отличие от температурного цикла тела, который имеет более привычный для нас вид синусоидальной кривой, «облако» продолжительностей сна было на удивление асимметричным. Продолжительность сна совершала вертикальный скачок с 7 часов до 18 часов для эпизодов, начинавшихся примерно через 9–10 часов после наступления минимальной температуры, затем следовало постепенное снижение по линейному закону с возвращением к коротким эпизодам сна.

Такое снижение по линейному закону представляется несколько нелогичным. Когда участники эксперимента укладывались спать с большим запаздыванием по сравнению с температурными циклами своего тела, они фактически спали меньше, несмотря на то что бодрствовали дольше. Столь же специфическая картина присутствовала в иррегулярном сне машинистов поездов и других людей, которым приходится работать в ночную смену[72]72
  J. Foret and G. Lantin, “The sleep of train drivers: An example of the effects of irregular work schedules on sleep,” в сборнике Aspects of Human Efficiency, под редакцией W. P. Colquhoun (London: English University Press, 1972), pp. 273–282. Такой же парадоксальный эффект (если вы уснули позже, то спите меньше) был также задокументирован у испытуемых, которые жили по нормальному графику, то есть были вовлечены в обычные 24-часовые сутки: T. Akerstedt and M. Gillberg, “The circadian variation of experimentally displaced sleep,” Sleep 4 (1981), pp. 159–169.


[Закрыть]; то же самое явление вы можете наблюдать, когда сами возвращаетесь домой после вечеринки, затянувшейся далеко заполночь. Оказавшись в конце концов в постели и пытаясь поскорее уснуть в надежде на продолжительный, восстанавливающий силы сон, вы встаете уже через 5 или 6 часов, на протяжении которых тщетно пытались уснуть, беспокойно ворочаясь с боку на бок. Проблема в срабатывании внутреннего будильника вашего организма. Участники эксперимента, изолированные от времени, почти всегда просыпаются в первые несколько часов после того, как начнет повышаться температура их тела, примерно в то время, когда в организм выбрасывается максимальное количество гидрокортизона (гормон стресса в нашем организме) и нарастает наша готовность к действию. То же самое происходит в течение 24-часового вовлечения, о котором мы упоминали выше. Поэтому, если мы укладываемся спать позже, мы склонны просыпаться раньше: дело в том, что внутренний будильник нашего организма начинает звенеть независимо от того, удалось нам выспаться или нет.

Это было весьма приблизительное объяснение упоминавшегося выше наклона вниз. Чтобы понять вертикальный скачок, когда продолжительность сна может быть либо очень короткой, либо очень длительной, либо где-то в промежутке между этими крайностями, представьте, что вы не спали всю ночь, вплоть до наступления второй половины следующего дня. Затем, если вы позволите себе короткий послеобеденный сон, то может оказаться, что вы действительно просто вздремнете, а может так получиться, что вы проспите всю вторую половину дня, а затем и весь вечер и даже всю ночь.

Это объяснение основывается на подразумеваемом переходе между временем суток и так называемой аркадной фазой (фаза температурного цикла тела, единственный показатель времени, который имеет физиологическое значение в условиях продолжительной изоляции от времени). Чтобы экстраполировать этот результат на реальный мир, где как цикл сна и бодрствования, так и температурный цикл тела вовлекаются в 24-часовой суточный цикл, нам нужно привязать все биологические события к нижней точке температуры тела. Соответствующая формула перехода стала результатом дальнейших исследований, проведенных Чейзлером. У людей, которые вовлечены в 24-часовой, суточный цикл, температура тела обычно достигает своего минимума примерно за 1 или 2 часа до привычного для них времени пробуждения. Например, большинство тех, кто регулярно ходит на работу, просыпаются в 6 или 7 часов утра. Следовательно, минимальная температура тела у этих людей, вероятно, приходится на время между 4 и 6 часами утра. Скачок в продолжительности сна, вероятно, должен происходить у них примерно через 9–10 часов после этого, то есть в промежутке от 1 до 4 часов дня (от 13:00 до 16:00). А это и есть время послеобеденного сна.

Чейзлер и Вейцман обнаружили, что многие другие физиологические и когнитивные ритмы привязаны к фазе цикла температуры тела. Например, они попросили каждого из участников эксперимента оценить свою алертность[73]73
  Термин из психологии: алертность – это состояние максимальной готовности к действию на фоне внутреннего спокойствия. Прим. ред.


[Закрыть] в разные моменты периодов своего бодрствования. Каждому из участников эксперимента вручили нечисловую непрерывную вертикальную шкалу, самая верхняя точка которой была помечена словами «очень алертный», а самая нижняя – словами «очень сонный», и попросили оценить свою алертность в те или иные моменты бодрствования, начертив линию на соответствующем уровне. (Шкалу решили не размечать числами, чтобы не вызывать у участников эксперимента соблазн автоматически повторять свои предыдущие оценки.) Результаты этого теста показали, что алертность идет рука об руку с температурой тела: алертность находится на низком уровне при низкой температуре и на высоком уровне при высокой температуре.

При использовании все той же формулы преобразования для перевода циркадной фазы в абсолютные значения времени эти данные предсказывают, что на протяжении 24-часового вовлечения минимальная алертность должна наступать примерно в момент температурного минимума, а именно между 4 и 6 часами утра. Это весьма специфическое время суток, пользующееся дурной славой. Инцидент на атомной электростанции Три-Майл-Айленда произошел именно в это время, причем в это время на дежурстве находилась бригада специалистов, которая успела поработать в ночную смену лишь несколько дней. Чернобыль, Бхопал, Exxon Valdez[74]74
  Разлив нефти с танкера «Эксон Вальдес» в 1989 году, случившийся из-за того, что танкер врезался в риф. Причинен значительный ущерб экологии залива Принца Уильяма на Аляске. Прим. ред.


[Закрыть] – все эти катастрофы происходили посреди ночи, а их непосредственной причиной был пресловутый «человеческий фактор». Полевые исследования показали, что в период с 3 до 5 часов утра работники проявляют наибольшую медлительность при ответах на телефонные звонки и при реагировании на сигналы тревоги, а также неправильно оценивают показания измерительных приборов[75]75
  Moore-Ede et al. (1982), pp. 332–334.


[Закрыть]. Это не самое лучшее время для бодрствования, особенно если от вас требуется выполнять монотонную, но важную работу. Те, кому часто приходится работать в ночную смену, называют этот промежуток времени «зомби-зоной».

Даже если вам никогда не приходилось работать в ночную смену, вы, наверное, замечали свой ритм алертности во время ночных бдений, которые случаются почти у каждого из нас. В какой-то момент, обычно между 3 и 6 часами утра, ваши глаза начинают слипаться. Желание уснуть становится почти непреодолимым. Однако спустя какое-то время откуда ни возьмись появляется «второе дыхание», и вы начинаете чувствовать себя значительно лучше. Это означает, что вы уже прошли впадину своего циркадного цикла. Теперь ваша алертность начинает повышаться вместе с повышением температуры тела и секрецией гидрокортизона. Интересный момент: то же самое «сонливое время» обнаруживается в результатах эксперимента по изоляции от времени, несмотря на то что участники эксперимента отнюдь не переутомлялись и не работали в ночную смену. Это означает, что зомби-зона встроена в биологическую систему человека.

Наряду с влиянием на алертность и продолжительность сна циркадные часы также регулируют внутреннюю структуру сна, в частности предрасположенность к быстрому движению глаз (rapid-eye movement – REM) во время сна[76]76
  C. A. Czeisler, J. C. Zimmerman, J. Ronda, M. C. Moore-Ede, and E, D. Weitzman, “Timing of REM sleep is coupled to the circadian rhythm of body temperature in man,” Sleep 2 (1980), pp. 329–346. См. также Czeisler et al. (1980); Moore-Ede et al. (1982), pp. 205–215; Coleman (1986), pp. 104–130.


[Закрыть]. REM является необычным состоянием – возможно, гораздо более необычным, чем кажется многим из нас. В этом состоянии так называемого «быстрого» сна наши глаза бегают из стороны в сторону. Частота нашего дыхания и сердцебиения изменяется хаотически. Функция спинномозгового подавления парализует тело, что, вообще говоря, не так уж плохо, поскольку это не позволяет нам совершать во сне какие-то действия под влиянием испытываемых нами эмоций. (В опытах на кошках, когда исследователи блокировали функцию спинномозгового подавления, кошки, пребывая в состоянии «быстрого» сна, бегали за воображаемой мышью.) У мужчин в состоянии «быстрого» сна часто бывает эрекция. Это явление непроизвольной эрекции позволяет врачам отличить психологическую импотенцию от физической; на время сна они заворачивают пенис пациента в рулончик почтовых марок, и если пациент просыпается с порванными почтовыми марками, значит его проблема носит скорее психологический, чем физический характер.

«Быстрый» сон в такой же степени отличается от «медленного» сна, в какой он отличается от бодрствования. Сон было принято считать примитивным, однообразным состоянием, при котором мозг и организм в целом «отключаются» на ночь. Лечь спать считалось примерно тем же самым, что загнать автомобиль в гараж и выключить двигатель[77]77
  Не знаю, кому первому пришла в голову эта аналогия. Сейчас исследователи сна широко пользуются этой аналогией. Филиппа Гандер использовала ее в своей лекции Cawthron Memorial Lecture, October 1997, “Sleep, Health, and Safety: Challenges in a 24-hour Society,” available on-line at http://www.cawthron.org.nz/publication/annual-lecture/cawthron-lecture-55-sleep-health-and-safety-challenges-24-hour-society-professor-phillipa-h-gander/.


[Закрыть]. Теперь нам известно, что наш двигатель – мозг – не отключается никогда. В состоянии «медленного» сна наш «автомобиль» (организм) пребывает в «гараже» с работающим двигателем, причем и педаль газа, и педаль тормоза полностью утоплены. (Нажатая до отказа педаль газа в данном случае означает работу мозга на полную мощность, а роль тормоза играет функция спинномозгового подавления, которая не позволяет нашему телу выполнять какие-то физические действия.)

«Быстрый» сон характеризуется своим собственным ритмом, гораздо более быстрым, чем циркадный ритм. Примерно каждые 90 минут наш мозг проходит разные стадии сна. После того как мы улеглись в постель, мы «проваливаемся» из бодрствования в легкий сон; затем – в глубокий сон, когда мозговые волны становятся большими и медленными; затем мы возвращаемся к легкому сну и переходим в состояние REM – первого из нескольких «быстрых» снов. Этот первый «быстрый» сон, как правило, бывает коротким (примерно от 10 до 20 минут). Эпизоды REM на протяжении ночи обычно удлиняются, и к наступлению раннего утра мы можем в течение целого часа выступать в роли зрителей некого сюрреалистического представления (возможно даже полноценного фильма ужасов).

Для людей, которые обычно вовлечены в 24-часовые сутки, пиковым временем для REM является раннее утро, близко к окончанию сна. Это объясняет, почему мы так часто просыпаемся именно после долгого сна и почему мужчины так часто просыпаются в состоянии эрекции. Но это общепринятое увязывание REM с окончанием сна на самом деле является неправильным обобщением. Это не является законом REM. Правильный закон был открыт Чейзлером и Вейцманом в ходе их экспериментов с изоляцией от времени. Когда они поначалу измерили мозговые волны участников своего эксперимента, они были поражениы, увидев, что REM быстрее всего аккумулировался ближе к началу сна, а не к его окончанию. К тому же именно в это время наблюдались самые продолжительные эпизоды REM. Эти результаты полностью противоречили тому, что обычно рассказывают на лекциях студентам-медикам. Вообще говоря, REM в начале сна обычно случается очень редко и является признаком нарколептического заболевания – разладом сна, подрывающим силы человека.

Столь парадоксальные результаты начали обретать смысл, когда Чейзлер и Вейцман поняли, в чем заключается истинный закон REM. Предрасположенность REM синхронизирована с температурным циклом тела, а не со сном как таковым. Нашему мозгу все равно, в какой стадии сна – начальной или конечной – мы пребываем; для него гораздо важнее, какое время в данный момент показывают внутренние часы нашего организма. Правило заключается в том, что наступление REM наиболее вероятно сразу же после завершения той части температурного цикла, когда наше тело оказывается самым холодным. В случае 24-часового вовлечения большинство людей пробуждается в момент циркадной фазы и именно поэтому REM так часто встречается в конце сна. Напротив, рассинхронизированные участники эксперимента зачастую засыпают при достижении минимума температуры, и именно поэтому REM у них зачастую наступает в начале сна. Ничего патологического в этом нет.

В ногу с температурным циклом тела шагают не только циркадные ритмы продолжительности сна, алертности и предрасположенности REM. Дальнейшие исследования показали, что наши ритмы краткосрочной памяти, секреции гормона мозга мелатонина и нескольких других когнитивных и физиологических функций совпадают с тем же периодом и поддерживают постоянные соотношения фаз с температурным циклом тела и друг с другом. Существует лишь один простой способ объяснить, как все эти разнородные ритмы могут быть тесно связаны между собой: все они должны управляться из одного и того же биологического центра (пункта привязки).

В течение долгого времени этот циркадный задатчик ритма был лишь неким умозрительным объектом, гипотезой. О его существовании лишь догадывались на основе ряда косвенных признаков; для науки он был тем же самым, чем в конце XIX столетия были для нее атомы. Поиск его местоположения в организме всегда имел шансы свестись к погоне за ложной целью. В конце концов, ранние эксперименты с одноклеточными водорослями показали, что даже у них могут проявляться циркадные ритмы. Поэтому у более сложных, многоклеточных организмов (например у человека) могло оказаться, что весь организм состоит из триллионов таких центров. Иными словами, в уточнении нуждается сама формулировка: не центр может содержаться внутри нас, а мы сами можем быть таким центром.

И эта «сумасшедшая» догадка оказывается правильной. Вот уже на протяжении 30 лет мы знаем, что клетки печени и надпочечника могут проявлять свои собственные циркадные ритмы, даже если их изъять из организма и поддерживать их жизнедеятельность в специальном сосуде. То же можно сказать о клетках сердца и клетках почек. Гены, отвечающие за работу внутренних часов организма, встречаются повсеместно в тканях организмов мушек-дрозофил и маленьких млекопитающих, таких как мыши и хомяки; предположительно и мы, люди, также представляем собой конгрегации циркадных осцилляторов.

Тем не менее всегда было достаточно оснований полагать, что по крайней мере у млекопитающих все эти периферийные часы управляются из единого центра, который, вероятно, расположен где-то в той части мозга, которая называется гипоталамусом[78]78
  Обзор ранних исследований в этой области можно найти у Moore-Ede et al. (1982), pp. 134–139. С более современными достижениями в этой быстро развивающейся отрасли биологии циркадных ритмов можно ознакомиться у Yamazaki et al. (2000); Storch et al. (2002); P. McNamara et al., “Regulation of CLOCK and MOP4 by nuclear hormone receptors in the vasculature: A humoral mechanism to reset a peripheral clock,” Cell 105 (2001), pp. 877–889; C. Schubert, “Vitamin A calibrates a heart clock, 24–7,” Science News 160 (July 14, 2001), p. 22; и Michael H. Hastings, “A gut feeling for rime,” Nature 417 (2002), pp. 391–392.


[Закрыть]. Еще в начале XX века врачи заметили, что пациенты с опухолями в этой области мозга страдают непостоянством циклов сна и бодрствования. Еще более убедительным свидетельством стала работа Курта Рихтера, биолога из университета Джонса Хопкинса, который потратил почти 60 лет на поиск циркадного задатчика ритма. В серии тяжелых и малоприятных экспериментов[79]79
  Обзор работ Рихтера, а также последующих работ, которые локализовали главные часы в сверх-хиазматических ядрах, можно найти у Moore-Ede et al. (1982), pp. 152–157.


[Закрыть] Рихтер ослеплял крыс, а затем систематически удалял их надпочечники, гипофизы, щитовидные железы или половые железы; вызывал у них конвульсии, электрошок, алкогольный ступор и продолжительную анестезию. Зашив раны и вернув крыс в их клетки, Рихтер обнаружил, что ни одна из его ужасных операций не повлияла на ритмы активности крыс: их внутренние часы продолжали идти как ни в чем не бывало. Затем он делал вырезы в разных местах их мозга, проверяя, не нарушило ли причиненное им повреждение мозга циркадные ритмы крыс. Нет, ни одно из этих повреждений не внесло каких-либо изменений в поведение крыс: они по-прежнему являлись в привычное для себя время, чтобы получить пищу и питье, и вообще действовали в привычном для себя ритме. Исключением из этого правила был лишь один случай: когда повреждению подвергалась передняя часть гипоталамуса. В этом случае крысы становились аритмичными.

В 1970-е годы другие исследователи указали местоположение внутренних часов еще точнее. Исходя из того, что циклы света и темноты могут вовлекать циркадные ритмы, они впрыскивали в глаза крыс аминокислоты с радиоактивными метками в надежде проследить нейронные пути от сетчатки глаза обратно к предполагаемым внутренним часам. Наряду с ожидаемыми путями к зрительным центрам мозга, они обнаружили также моносинаптический путь – нейронную линию экстренной связи – к сверх-хиазмальным ядрам, которые представляют собой пару крошечных пучков нейронов, расположенную в передней части гипоталамуса. По-видимому, эти часы играли столь важную роль в выживании животного, что в процессе эволюции сформировалась специальная прямая линия связи этих часов с глазами (вместо того чтобы использовать для этой цели уже готовые, составные – и более медленные – синаптические линии связи). Чтобы решить для себя этот вопрос раз и навсегда, исследователи разрушили хирургическим путем эти сверх-хиазмальные ядра и обнаружили, что в результате этой операции исчезли и циркадные ритмы крысы. Итак, ученым наконец удалось найти точное местоположение главных внутренних часов.

Мы по-прежнему имеем лишь весьма приблизительное представление о том, как именно работает этот задатчик ритма[80]80
  Steven M. Reppert and David R. Weaver, “Molecular analysis of mammalian circadian rhythms,” Annual Review of Physiology 63 (2001), pp. 647–676.


[Закрыть]. Нам известно, что многие из тысяч нейронов в этих сверх-хиазмальных ядрах являются осцилляторами. Они самопроизвольно генерируют колебания в результате изменения концентраций молекул, называемых протеинами-задатчиками времени. Сами эти молекулярные циркадные ритмы вырабатываются взаимосвязанной совокупностью биохимических петель обратной связи, в которой задействуется перезапись и преобразование ДНК примерно восьми генов внутреннего времени (точное их количество указать невозможно, поскольку соответствующие исследования еще не завершены). Затем тысячам этих осциллирующих «клеток внутреннего времени» удается каким-то образом синхронизировать свою электрическую активность (возможно, это обусловливается химической диффузией[81]81
  Chen Liu and Steven M. Reppert, “GABA synchronizes clock cells within the suprachiasmatic circadian clock,” Neuron 25 (2000), pp. 123–128.


[Закрыть] нейропередатчика, называемого GABA). Наконец, этот коллективный электрический ритм такого задатчика ритма передается – опять-таки, неизвестным (пока) нам способом – на периферические осцилляторы в печени, почках и прочих органах человеческого тела, заставляя их функционировать с тем же периодом, что и «главные часы».

Таким образом, объяснение, предложенное Чейзлером, заключается в том, что все измеренные им ритмы координируются единым циркадным задатчиком ритма. Надежным показателем этого является температурный цикл тела; именно этим объясняется выравнивание всех остальных ритмов, если рассматривать их в этой естественной системе отсчета. Нам по-прежнему неизвестно, как именно этот задатчик ритма биохимически определяет продолжительность сна или склонность к REM. Надеюсь, что это станет известно в не столь отдаленном будущем.

Пока же нам остается лишь изумляться исполнительскому мастерству этого выдающегося маэстро, таинственным образом дирижирующего десятками ритмов внутри нас. Когда все это, вместе взятое, функционирует безупречно – когда у нас не возникает синдром смены часовых поясов или какая-либо другая разновидность рассинхронизации, – функционирование этого задатчика ритма поражает воображение. Посмотрите, как он управляет нашим организмом в самый напряженный, с биологической точки зрения, момент суток – в момент нашего пробуждения от сна. По команде этого задатчика ритма температура нашего тела уже начала повышаться (примерно за два часа до нашего пробуждения). Надпочечник выбрасывает в организм порцию гидрокортизона, чтобы настроить нас на великие дела, которые ожидают нас днем. Начинает звонить наш внутренний будильник. Включаются в работу ритмы когнитивной функции, памяти, сообразительности. В течение всего оставшегося времени дня система практически всех органов и физиологические функции действуют по определенному, заранее предусмотренному расписанию. Эта молчаливая симфония внутри нас объясняет, почему химиотерапия раковых заболеваний[82]82
  F. Levi, “From circadian rhythms to cancer chronotherapeutics,” Chronobiology International 19 (2002), pp. 1–19; W. J. M. Hrushesky, “Circadian timing of cancer chemotherapy,” Science 228 (1985), pp. 73–75; W. J. M. Hrushesky, “Tumor chronobiology,” Journal of Controlled Release 74 (2001), pp. 27–30.


[Закрыть] оказывается наиболее эффективной в определенные часы (что является отражением ритмов в синтезе ДНК и других процессов на клеточном уровне) и почему сердечные приступы[83]83
  J. A Panza, S. E. Epstein, and A. A. Quyyumi, “Circadian variation in vascular tone and its relation to alpha-sympaiheric vasoconstrictor activity,” New England Journal of Medicine 325 (1991), pp. 986–990; P. M. Ridket et al., “Circadian variation of acute myocardiat-infarction and the effect of low-dose aspirin in a randomized trial of physicians,” Circulation 82 (1990), pp. 897–902.


[Закрыть] (и инфаркт) наиболее вероятны около 9 часов утра (в этот момент кровяное давление достигает пика). Роды наиболее вероятны ранним утром, приблизительно с 3 до 4 часов утра; то же самое касается смертей (это, возможно, указывает на то, что человек обычно проживает некоторое количество полных дней[84]84
  Moore-Ede et al. (1982), p. 348.


[Закрыть]).

Эти теоретические построения выглядят очень красиво, за одним исключением: мы все еще не в состоянии объяснить, что происходит, когда у человека наступает самопроизвольная рассинхронизация, как это случилось с Сиффре в пещере Миднайт-Кейв. Когда случается такая рассинхронизация, складывается впечатление, будто время сна перестает подчиняться командам задатчика ритма. Возможно ли такое в действительности или существует еще какая-то тайна, скрывающаяся в данных, полученных исследователями, – недостающий ключ к разгадке циркадного кода? Это была задача, которую я мечтал решить в ходе исследований, связанных с написанием моей докторской диссертации.

Осенью 1982 г. я прибыл в Гарвардский университет в качестве аспиранта, специализирующегося в области прикладной математики. На другом берегу реки там же, в Бостоне, Чак Чейзлер только что приступил к исполнению обязанностей в своей новой должности помощника профессора медицинского факультета Гарвардского университета и больницы Brigham and Women’s Hospital. Я слышал о Чаке еще летом того же года, когда работал вместе с Артом Уинфри. Арт рассказывал мне, что Чак самостоятельно выполнил новаторское исследование циркадных ритмов. Особенное впечатление произвело на Уинфри недавнее открытие Чаком Чейзлером закона продолжительности сна[85]85
  A. T. Winfree, “Human body clocks and the timing of sleep,” Nature 297 (1982), pp. 23–27.


[Закрыть] (Уинфри даже посвятил этому открытию хвалебную статью, которая была опубликована в Nature, одном из самых авторитетных научных журналов мира). Помню, как эта статья потрясла меня. Казалось поразительным, что несмотря на причуды психологии и волеизъявлений человека цикл сна и бодрствования мог подчиняться столь простому и универсальному механизму. На первый взгляд, внутренняя рассинхронизация могла казаться делом случая, однако на более глубоком уровне она оказалась тонко структурированной. Возможно, своего открытия ждали и какие-то другие законы. Передо мной открывались захватывающие перспективы.

Я почувствовал, что оказался в нужном месте в нужное время. Наряду с недавним появлением на медицинском факультете Гарвардского университета Чейзлера, профессорско-преподавательский состав пополнили Ричард Кронауер, инженер-механик, который разработал самую совершенную на тот момент математическую модель циркадных ритмов человека; Мартин Мур-Эде, физиолог и крупный специалист по циркадным ритмам у беличьих обезьян (саймири); а также Вуди Гастингс, биолог, проводящий исследования на клеточном уровне и потратившый 35 лет на выявление молекулярных механизмов циркадных часов. Все эти люди хорошо знали друг друга и преподавали на медицинском факультете; все они были научными руководителями многочисленных аспирантов и младших научных сотрудников, каждый из которых жаждал получить интересную тему для исследований.

Я познакомился с Чейзлером буквально в первый же день своей работы в Гарвардском университете. Высокий мужчина чуть старше тридцати лет, с усами в стиле Кларка Гейбла, он был похож на кинозвезду (во всяком случае, так считала моя мать, когда год спустя увидела телевизионное интервью с ним). А после того как Чейзлер блестяще защитил диссертацию, он был буквально обречен на то, чтобы стать яркой звездой в научном мире. Руководство больницы Brigham and Women’s Hospital отвело для его лабораторий целый этаж в здании больницы Old Boston Lying-in Hospital. Когда Чейзлер решил устроить для меня экскурсию по своим владениям, нас приветствовал грохот отбойных молотков: рабочие-строители создавали специальное помещение для изоляции от времени в соответствии с конструктивными решениями, использовавшимися ранее Вейцманом в Монтефьоре.

Лишь примерно через год Чейзлер смог приступить к новым исследованиям. Между тем в уже имеющихся данных заключалось множество трудноразрешимых загадок. В частности, Уинфри не давала покоя фундаментальная асимметрия[86]86
  Arthur T. Winfree, “Circadian timing of sleepiness in man and woman,” American Journal of Physiology 243 (1982), pp. R193–R204.


[Закрыть]: продолжительность сна была предсказуема, тогда как продолжительность бодрствования – нет. Даже в свете самых последних достижений науки никто не знал, как предсказать продолжительность бодрствования рассинхронизированного человека. А это означало, что половина цикла сна и бодрствования по-прежнему остается для нас загадкой.

Чтобы приступить к поиску закона, определяющего продолжительность бодрствования, я собрал все доступные мне данные. Чейзлер щедро поделился со мной своими старыми записями из Монтефьоре, а также некоторыми данными, полученными им от французской группы исследователей. Уинфри передал мне несколько совокупностей данных, которые встретились ему в научной литературе. Со своей стороны, я пытался найти в научной литературе примеры внутренней рассинхронизации. Сбор всей этой информации занял у меня около года. В то время в нашем распоряжении еще не было устройств для оцифровки информации и фотокопировальной техники с возможностью увеличения изображений, поэтому процесс сбора информации был весьма утомительным. Если, например, я находил в каком-либо журнале статью, содержащую растровый график, мне приходилось просить профессионального фотографа снять копию этого графика и настолько увеличить изображение, чтобы я мог с помощью линейки и лупы точно измерить продолжительности всех эпизодов сна и бодрствования.

Постепенно мне удалось накопить огромную базу данных[87]87
  Strogatz (1986), Chapter 3.


[Закрыть] рассинхронизированных циклов сна и бодрствования и приступить к поиску каких-то закономерностей. Я пытался построить функцию зависимости продолжительности бодрствования от какой-либо предшествующей переменной, которая казалась мне правдоподобной, например от продолжительности предыдущего эпизода сна или от фазы цикла температуры тела в момент пробуждения. Увы, построение этих графиков ничего не дало мне. Затем я пытался выявить связи между продолжительность бодрствования и двумя предшествующими переменными. Опять ничего. Если закон, определяющий продолжительность бодрствования, действительно существует, его не удалось найти до сих пор.