Текст уведомления здесь

Утро вечера мудрёнее

Что думают российские сомнологи о природе и функции сна

В середине марта российские ученые и медики два дня делились друг с другом методиками лечения апноэ и способами измерить мозговую активность спящих крыс в рамках конференции «Сон-2018» в медицинском научно-образовательном центре МГУ. Корреспондент «Чердака» послушал доклады и выяснил, что сон нам, безусловно, нужен, но зачем именно — все еще неясно.
Добавить в закладки
Комментарии

Механизмы сна и бодрствования интересовали человека с глубокой древности, но их изучение ограничивалось, как правило, простым наблюдением. В 1729 году французский ученый Жан-Жак Дорту де Меран обнаружил 24-часовой цикл закрывания и открывания листьев у растения, что можно считать первым исследованием циркадных ритмов, управляемых внутренними биологическими часами. В XIX веке зародилась экспериментальная сомнология, одним из пионеров которой была российский физиолог Мария Манасеина, проводившая опыты с щенками по депривации сна. Но методика, дающая наиболее полные сведения о состоянии спящего человека — полисомнографическое исследование, появилась только в середине XX века.

В 1953 году произошло важное открытие не только для сомнологии, но и для нейронаук в целом: американские физиологи Натаниэль Клейтман и Юджин Асерински обнаружили, что сон человека — это не монотонное состояние, противоположное бодрствованию, а чередование двух разных состояний.

— При этом единой терминологии нет. Каждое профессиональное сообщество использует свои диалекты. В России еще со времен СССР принято разделение на медленный (медленноволновой) и быстрый (быстроволновой) сон. Эти состояния отличаются друг от друга глубинными механизмами столь же сильно, как и каждое из них от бодрствования, — говорит Владимир Ковальзон, председатель правления Национального сомнологического общества, главный научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН.

Один из определяющих критериев разделения сна на быстро- и медленноволновой — разная частота волн электрической активности головного мозга, которая регистрируется в виде электроэнцефалограмм (ЭЭГ). В то же время в США принято быстрый сон называть REM-sleep (от англ. rapid eye movement sleep — сон с быстрыми движениями глаз), а медленный — non-REM (non-rapid eye movement sleep, т.е. сон без быстрых движений глаз), что указывает на еще один определяющий признак фаз сна: при быстром сне глаза человека под закрытыми веками быстро двигаются, а при медленном — медленно или вовсе остаются неподвижными.

Как меняется ЭЭГ при переходе от медленноволнового к быстроволновому сну. Источник: Svetulia111 / youtube

Наконец, по словам Ковальзона, третий параметр, нужный для определения фазы сна, — это тонус скелетных мышц. Во время быстрого сна мышцы расслаблены полностью, а во время медленного — частично.

—  Все эти характеристики (напряжение мышц, движение глаз и ЭЭГ) претерпевают динамику с периодом полтора часа. Причем первая половина ночи отличается от второй, — говорит Ковальзон. — Вторая половина ночи — это в основном быстрый сон со сновидениями. Поэтому сны мы видим чаще всего под утро. Так как во время быстрого сна активирована область миндалины, ответственной за переживание эмоций, сновидения очень эмоционально выражены. Образы, которые мы видим в снах, извлекаются из памяти, но обратно в нее не возвращаются, так как подавлены ответственные за запоминание области поясной коры. Поэтому мы не помним сны.

Области мозга, ответственные за быстрый сон, одновременно отвечают за мощное торможение спинного мозга — так возникает состояние сонного паралича, который, видимо, нужен, чтобы люди и животные не могли «изобразить» то, что им снится, считает ученый. При этом заблокированы сенсорные системы: человек в быстром сне ничего извне не воспринимает, несмотря на мощную активацию мозга.

Как правило, первая половина ночи — это время медленного сна. В него мы погружаемся, когда засыпаем. Его механизмы тоже не так просты.

В 90-е годы XX века обнаружилось, что специальная область гипоталамуса занимается тем, что подтормаживает «центры бодрствования» в мозге, представляющие собой особые скопления нейронов в разных его частях, — таким образом происходит постепенное погружение в медленный сон.

А в последние годы вообще выяснилось, что в мозге есть еще и второй центр медленного сна, говорит Ковальзон.

— В итоге оказалось, что система перевода нашего мозга из бодрого состояния в состояние медленного сна, пожалуй, не менее сложна, чем система поддержания бодрствования, — подытоживает ученый.

При этом сон человека — консолидированный. Это значит, что спать нам надо непрерывно, и, поскольку мы дневные животные, непрерывно спать надо именно ночью, а не непонятно когда. Поэтому к вызывающему интерес биохакеров полифазному сну (когда спят не один раз в сутки, а много раз, но короткими периодами) Ковальзон относится крайне скептически.

Это лучший способ разрушить свой организм, говорит ученый. Ведь ночной сон имеет циклы в полтора часа, так что, если вы спите ночью урывками по 20 или 30 минут, вы не выспитесь. К тому же вечерний сон не похож на утренний, то есть вы никак не сэкономите — нужно обязательно «досыпать» норму.

При этом давно замечено, что в течение дня у многих людей наступает по крайней мере два периода сонливости. Одним из способов преодолеть эту сонливость, по мнению ученого, можно считать дневной сон, практикуемый в некоторых культурах, — сиесту. При этом сонливость взрослых совпадает по времени с периодами сна у маленьких детей. Владимир Ковальзон считает, что это нормально и для многих людей полезно вздремнуть днем, и многие крупные компании даже организуют для своих сотрудников комнаты отдыха, где это можно сделать. Возможно, такая дневная сонливость — отражение режима сна наших предков, которые имели привычку делать перерыв на сон в течение дня.

Поль Гоген, «Сиеста»
Поль Гоген, «Сиеста»

Существует и другой взгляд на режим сна: некоторые историки считают, что европейцы доиндустриальной эпохи спали дольше и при этом разбивали сон на две части, но не на ночную и дневную, а на две ночных: ложились спать сразу после захода солнца, после полуночи бодрствовали какое-то время, а затем засыпали до рассвета.

Таким образом, по словам Владимира Ковальзона, сегодня сомнологам известны как минимум четыре разных специфических «сомнологических» механизма: бодрствование, медленный сон, быстрый сон и биологические часы. Каждый имеет свою анатомию, физиологию, биохимию, эволюционное происхождение — их можно рассматривать, до некоторой степени, как независимые «блоки» центральной нервной системы, которые друг с другом взаимодействуют.

Как появился сон

— Сон это не анатомический признак, который можно проследить на ископаемых. Сделать это можно, только сравнивая более древние виды животных и эволюционно более молодые. Парадокс в том, что быстрый сон по всем характеристикам очень древнее состояние: оно запускается в древних структурах мозга, терморегуляция на это время исчезает — если с человека утром стянуть одеяло, температура его тела будет падать, пока не достигнет окружающей или пока ему не станет холодно и он не проснется, — говорит Кольвазон.

Но если так, быстрый сон должен обнаруживаться у рептилий и беспозвоночных — более «архаичных» животных, чем млекопитающие и птицы. Но это не так: сон крокодила или, например, осьминога монотонен, в нем нет периодичности, как у человека. А вот у примитивных млекопитающих вроде опоссумов или утконосов обе фазы сна уже есть.

Спящие крокодилы на крокодиловой ферме в Таиланде. Фото: think4photop / Фотодом / Shutterstock

Спящие крокодилы на крокодиловой ферме в Таиланде. Фото: think4photop / Фотодом / Shutterstock

При этом предшественником медленного сна можно назвать состояние покоя у более примитивных организмов: рыбок данио-рерио, дрозофил и круглых червей C. elegans. В состоянии покоя у них активируются гены, гомологи которых есть у человека, и активируются те именно в состоянии медленного сна. То есть он существует исторически дольше, чем быстрый сон, а тот, в свою очередь, должен был появиться в какой-то момент эволюции, и по многим признакам — у холоднокровных.

— Чтобы разрешить этот парадокс, я предположил, что быстрый сон произошел не из состояния покоя, а из некоторого активного состояния наших холоднокровных предков, — рассказывает Ковальзон. — То есть активность холоднокровных или ее часть превратилась в быстрый сон теплокровных. А покой превратился у теплокровных в медленный сон. И чтобы мы во время быстрого сна не двигались и не «изображали» то, что нам снится, в головном мозге есть специальная система, которая выключает двигательные нейроны спинного мозга, и человек во время сновидения находится в стадии паралича.

Одним из признаков архаичности быстрого сна, по словам ученого, считается его преобладание на ранних ступенях жизни: младенцы большую часть первых недель жизни спят так называемым активированным сном — предшественником быстрого сна взрослых.

— Активированный сон отличается от быстрого тем, что у младенцев электрическая активность мозга почти не отличается в разных состояниях: мозг еще не созрел, поэтому активированный сон определяют по движениям глаз, подергиваниям, ослаблению тонуса мышц. Но постепенно активированный сон младенца превращается в быстрый сон взрослого человека, а не во что-то другое, — говорит сомнолог.

Фото: FamVeld / Фотодом / Shutterstock

Фото: FamVeld / Фотодом / Shutterstock

Он считает, что активированный сон нужен для дальнейшего формирования мозговой ткани. Мозг для правильного формирования своих систем: зрительной, слуховой и других — нуждается в большом потоке информации. Но во внутриутробный и ранний постнатальный периоды развития ребенка достаточного объема внешних сигналов для этого не хватает.

— Наши младенцы рождаются по крайней мере зрячими и начинают слышать практически сразу, а у собак и кошек, например, детеныши вообще рождаются слепыми, — поясняет Кольвазон. — Поэтому во время активированного сна происходит эндогенная стимуляция мозга, она как бы заменяет нехватку внешней стимуляции. Эта гипотеза выдвинута еще в 1966 году, и, хотя прямого подтверждения пока не получала, косвенных данных в ее пользу много.

Юрий Пастухов, главный научный сотрудник института эволюционной физиологии и биохимии им. Сеченова РАН, обращает внимание на другой важный признак быстрого сна — он более выражен у животных, незрелых при рождении (например, кошек, крыс, собак), имеющих в начале жизни пониженную скорость основного метаболизма и уровень энерготрат.

— Морская свинка зрелорождающаяся — посмотрите, как мало у нее быстрого сна, — говорит Пастухов. — И как во много раз больше его у крысы и кошки, особенно в первый период после рождения. По-видимому, в это время большинство аксонов у незрелорождающихся не достигает своих мишеней и процессы синаптогенеза (зарождения и развития связей между нервными клетками мозга — прим. «Чердака») остаются незавершенными. Частые и длительные эпизоды парадоксального сна в результате могут обеспечивать эндогенную активацию нервной системы, мозга [необходимых для «дозревания» мозга детеныша], — говорит Пастухов.

Регуляция сна

Механизм, который постепенно погружает нас в сон каждую ночь, поддерживает в этом состоянии какое-то время, а затем будит, регулируется сразу несколькими системами мозга. Самая актуальная на сегодняшний день модель регуляции — двухкомпонентная: в ней есть т.н. гомеостатический фактор, фактор S, и околосуточный, или циркадианный, фактор C.

—  Нарастание бодрствования — это нарастание гомеостатического фактора. Неизвестно, что за ним кроется, но его индикатор — так называемый дельта-индекс электрической активности мозга, — объясняет Владимир Ковальзон. — Он работает как своего рода песочные часы, которые два раза в сутки переворачиваются внутри нас. Этот процесс ощущается как постепенное нарастание сонливости в ходе бодрствования. Он минимален в момент пробуждения и максимален перед самым засыпанием. Циркадианный фактор — это «часы со стрелкой», которая совершает полный оборот чуть больше, чем за 24 часа.

— Взаимодействие этих факторов, их сумма определяют наше состояние в каждый момент времени. Даже если вы не спали в положенное время, но циркадианный фактор показывает, что вы бодры, вы будете бодры — вы как бы забыли, что не спали. Но в следующий период через несколько часов, когда эти факторы совпадут по фазе, у вас будет неудержимое засыпание, вы будете спать в транспорте и вообще где угодно. То есть для сна и бодрствования надо, чтобы эти два фактора — гомеостатический и циркадианный — находились в определенном соотношении. Сон начинается, когда их сумма или разность достигает некоторого порога, и прекращается, когда она уменьшается до нуля, — говорит Ковальзон.

Недавно ученые открыли и третий, ультрадианный фактор, связанный с повышением и понижением уровня определенных гормонов в крови.

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

— Этот фактор связан с полуторачасовым ритмом ночного сна, который в бодрствование часто исчезает. Его не у всех людей удается выявить. Но у некоторых он очень выражен днем и определяет периодическую полуторачасовую смену голода, жажды и других факторов, — говорит Ковальзон. — 45-минутный академический час — это полупериод этого полуторачасового ритма. Еще в давние времена установлено, что концентрация внимания обучающегося через 45 минут снижается: внимание рассеивается и человек начинает клевать носом. Поэтому нужно устраивать перерыв между лекциями, человек бодрится — и ритм перезапускается.

Координируются все эти сложные процессы в гипоталамусе. На его дорсомедиальное ядро, объясняет ученый, стекаются самые разные импульсы, проходят там обработку, и на выход подается определенный сигнал. Здесь находятся особые группы нейронов, супрахизмальные ядра, которые совместно с эпифизом, вырабатывающим «гормон тьмы» мелатонин, регулируют работу биологических часов. Эти часы, однако, работают совместно только с гомеостатическим фактором медленного сна, а быстрым сном, видимо, управляют другие механизмы.

— Понятно, что, чтобы головной мозг из бодрствования не сразу в кому провалился, а перешел в физиологически здоровый медленный сон, должны быть такие механизмы, которые плавно выключают бодрствование и так же плавно переводят нас в состояние сна, — продолжает Ковальзон. — Ведь в дикой природе внезапное включение сна было бы чревато самыми тяжелыми последствиями. Должна быть возможность у животного найти себе укрытие, а не «бежал-бежал и свалился спать».

Для этого эволюция выработала специальный центр, который находится недалеко от парабрахиального ядра мозга. Он занимается тем, что в определенное время начинает тормозить активирующие нейронные процессы и, таким образом, занимается нашим переходом от бодрствования к медленному сну.

— И таких механизмов найдено уже несколько на разных уровнях мозговой оси, и все они заняты тем, что плавно и координированно выключают центр бодрствования в мозге. Это позволяет человеку медленно войти в медленный сон и поддерживать это состояние на определенном уровне, — говорит ученый.

Зачем нужен сон

И здесь мы наконец подбираемся к главному вопросу. Зачем нам такая сложная система регуляции сна с разными факторами, со множеством нервных центров и переключателей? Зачем нужен сон медленный и сон быстрый? Почему ни мы, ни другие живые существа не могут не спать? Ответ неутешительный: ученые до сих пор точно не знают.

Казалось бы, почему бы просто не сказать, что сон нужен, чтобы тело отдохнуло? Ученые долгое время придерживались этой гипотезы, но за последнюю четверть XX века накопилось много данных, ей противоречащих: оказалось, например, что морские котики 2/3 своего пребывания на суше лежат с закрытыми глазами, но спят только половину этого времени. Дельфины во время сна не прекращают физической активности. В то же время наблюдения обездвиженных ниже шеи больных показали, что сон у них сохранялся, хотя и потребности в соматическом отдыхе, казалось бы, у них нет. Это значит, что сон не тождественен физическому покою, а отсутствие физической нагрузки не отменяет необходимости сна.

Фото: Mix and Match Studio / Фотодом / Shutterstock

Фото: Mix and Match Studio / Фотодом / Shutterstock

Второй очевидный ответ: сон нужен самому мозгу. Существует подтвержденная несколькими экспериментами гипотеза, согласно которой сон спасает нейроны от перегрузки, ослабляя их связи между собой, и помогает полученной за день информации «разложиться по полочкам».

Совсем недавно ученые открыли в мозге так называемую глимфатическую систему, которая занимается выведением из мозга вредных метаболитов, то есть его очищением. Интенсивнее всего оно происходит именно ночью, во время временного сна, и ученые полушутя называют эту гипотезу «вантузной».

Уже накоплено много данных о том, какие процессы происходят в мозге во время сна. Остается непонятным главное — почему все эти процессы не могут происходить во время бодрствования.

Одним из первых ученых, выявивших жизненную необходимость сна для организма, была российский физиолог Мария Манасеина. Она задалась вопросом: что будет, если убрать сон из жизни животного?

Мария Манасеина

Мария Манасеина

— Манасеина не давала спать щенкам, и через пять-шесть дней все они дружно умирали. А если таким же щенкам не давали есть, но давали спать, они жили по 25 дней. Стало ясно, что сон нужен для обеспечения жизнедеятельности организма, — говорит главный научный сотрудник лаборатории передачи информации в сенсорных системах Института проблем передачи информации РАН Иван Пигарев. — Но этот ясный ответ входил в противоречие со страшным предрассудком, которого тогда придерживались все исследователи сна, — априорной уверенности в том, что сон нужен прежде всего для мозга. И идея о том, что сон нужен для обеспечения жизнедеятельности организма, была очень быстро забыта.

Позже эксперименты повторяли на крысах, и результат был налицо: расстройство желудочно-кишечного тракта, язвы желудка и кишечника, выпадение шерсти, язвы на коже и наконец смерть.

— Но единственный орган, который внешне не давал никаких отклонений от нормы, был мозг, — продолжает Иван Пигарев. — Он у животных, которые погибли от депривации сна, был такой же, как у свежей здоровой крыски. В этом главный парадокс сна: наиболее яркие изменения при переходе от бодрствования ко сну наблюдаются в работе коры головного мозга. Но драматические последствия лишения сна проявляются прежде всего в висцеральной сфере (имеется в виду, относящейся к внутренним органам — прим. «Чердака»). Эксперименты XX века делались на бодрствующих животных. Когда у них исследовали топографию поверхности коры, было показано, что в бодрствовании нет «представительства» висцеральных органов, поэтому непонятно, чем занимаются нейроны коры во время сна. Ведь в это время они не отдыхают, а работают, и часто еще интенсивнее, чем днем, но поступление информации из внешнего мира перекрыто, и ничто в кору не поступает.

По мнению Пигарева, ученые до сих пор не в состоянии связать эти явления одной экспериментально проверяемой гипотезой. Он же предположил, что ночью мозг переключается с восприятия внешнего мира на анализ внутреннего состояния организма, проводит своего рода «перекличку» органов и занимается их починкой.

 — Это оказалось очень просто объяснить, когда в наш мир вошли компьютеры, — говорит Пигарев. — Компьютер построен на универсальных процессорах, которые решают информационные задачи и совершенно не знают, что они решают: в них приходит информация, они ее обрабатывают и выдают результат. Так, может быть, кора мозга это вовсе не констелляция специализированных зон для зрения, слуха, соматической чувствительности, а просто процессор, который в бодрствовании получает сигналы из внешнего мира и обрабатывает их для обеспечения поведения в окружающей среде? А во время сна отключается от внешнего мира и начинает получать информацию от всех внутренних органов, чтобы делать диагностику состояния. И если в этих органах наблюдаются отклонения от нормальной работы, мозг просто ремонтирует их. И тогда, если не давать животному спать, диагностика не будет проведена и животное неминуемо погибнет через несколько дней, потому что во всех его органах накопятся отклонения, несовместимые с жизнью.

Идею в лаборатории Пигарева проверили на кошках: у них фиксировали в зрительной коре один из нейронов, отвечающих на зрительную стимуляцию, а в желудок или кишечник вкалывали стимулирующие электроды. Если у такой кошки во время бодрствования провести рукой перед носом, зрительный нейрон ответит своей обычной активностью. Но вот кошка уснула, а электрод остался на месте. Если на него теперь подать в кишечник одиночный электрический щелчок, то зрительный нейрон, который до этого фиксировал движение перед носом кошки, снова активизируется — теперь и в ответ на стимуляцию кишечника. Такие же эффекты удалось обнаружить и на обезьянах.

Фото предоставлено Иваном Пигаревым

Фото предоставлено Иваном Пигаревым

— Потом мы работали с перистальтической активностью желудка и увидели, что отдельные нейроны зрительной коры оказываются избирательными к определенным типам перистальтики кишечника. Во время сна одни реагируют на один тип перистальтических сокращений, другие на другой, — рассказывает Пигарев.

Вспомним, что активность мозга во время сна записывается на ЭЭГ в виде волн. Пигарев считает, что это не что иное, как интерференция периодических сигналов, идущих в мозг от внутренних органов, имеющих внутреннюю ритмичность.

— Мы этого не ощущаем и не знаем. Мы это долго игнорировали, потому что это не дано нам в ощущениях, — говорит Пигарев.

По мнению ученого, в разных частях мозга есть сложная система специальных нейронных центров, которые выполняют функцию переключателей — стоят на путях связи и в определенные моменты при переходе от сна к бодрствованию открывают и закрывают проведение сигналов по одному или другому пути. Но что это за сигналы, как они выглядят и что обозначают — этого ученый пока сказать не может.

— Представьте, что какой-то переключатель немножко приоткрылся во время сна и информация от органов, пройдя обработку в коре, через этот приоткрытый переключатель чуть-чуть войдет в блок сознания. Или, допустим, переключатель — это всего лишь порог. Если пришел огромный сигнал от висцеральной системы, он перескочит через этот порог и опять же попадет в блок сознания. Тогда мы получили сновидение, — поясняет Пигарев.

Теми же настройками «нейронных переключателей», по мнению ученого, можно объяснить сомнабулизм — хождение во сне.

Допустим, человек получает на кору мозга сигналы из внешнего мира, из коры сигналы на двигательную активность пошли, а в сознание — нет. Сознание, таким образом, оказывается отключенным, и люди начинают путешествовать, ничего не видя, не осознавая и не помня, поясняет ученый.

В рамках висцеральной теории Пигарева сон не делится на быстрый и медленный. Ученый считает, что функционально и идейно это один и тот же сон, отличия только в том, от каких внутренних органов приходит информация на анализ.

— Если эти внутренние органы имеют внутреннюю ритмичность, они интерферируют в медленные волны и анализируются в период медленного сна. А когда на анализ поступают сигналы, которые не имеют внутренней ритмичности, такие как печень, почки, репродуктивная система, мозг, эти органы обслуживаются в фазу быстрого сна, — утверждает Пигарев.

Будучи весьма оригинальной, теория «висцерального сна» разрабатывается только самим Иваном Пигаревым и его сотрудниками — больше в мире ни один научный коллектив не ведет исследований в рамках этой гипотезы и не поддерживает ее. По словам Владимира Ковальзона, эта гипотеза не учитывает множество данных других экспериментов, которые с ней не согласуются. Самый очевидный спорный момент: мозг и так контролирует работу внутренних органов, желез внутренней и внешней секреции, кровеносных и лимфатических сосудов — через вегетативную нервную систему, причем спокойно занимается этим днем. К тому же объяснить, как именно и какими сигналами мозг и органы обмениваются во время «починки», ученый тоже объяснить пока не может.

Свою попытку ответить на вопрос, что же такого особенного мозг делает во сне, чего бы он не мог делать при бодрствовании, сделал другой российский ученый — главный научный сотрудник лаборатории сравнительной термофизиологии Института эволюционной физиологии и биохимии им. Сеченова Юрий Пастухов.

Белки укладываются, но не спать

На большом экране поточной аудитории МГУ отображается слайд с текстом: «Парадоксальный сон: состояние с необычной феноменологией, неизвестными функциями и непонятным биологическим значением. Загадочными остаются эволюционное происхождение и молекулярные механизмы». Так свою лекцию анонсировал Пастухов.

Он выдвинул собственную гипотезу о функции парадоксального (так тоже называют быстрый, REM-сон) сна в организме. Она призвана объяснить то, почему некоторые гены в организме экспрессируются только в бодрствовании, а другие — только во время медленного сна.

— Например, гены, связанные с синтезом белка, и гены, связанные с обменом холестерина, очень важным для поддержания работы клеток, преимущественно экспрессируются в медленном сне, а митохондриальные гены, которые связаны с выработкой энергии, экспрессируются именно в бодрствование, — уточняет Пастухов.

В своей гипотезе он учел и такой важный признак медленного сна, как снижение интенсивности метаболизма и расхода энергии. В самой глубокой фазе — той, что связана с дельта-ритмом, наблюдается наиболее сильное снижение. По мнению Пастухова, это создает все условия для главной функции сна — повышения скорости синтеза важных для организма белков.

В пользу этой идеи говорят, например, данные о том, что повышение скорости синтеза белка положительно коррелирует с увеличением общего времени глубокого медленноволнового сна. И такие корреляции наблюдались в 35 различных структурах мозга подопытных животных.

Синтез белков — и во время медленного сна и вообще — ускоряет восстановительные процессы в организме. Мы состоим из белков, и «латаются» неполадки в нашем организме тоже белками. Но не все так просто, считает Пастухов: ускорение синтеза сопряжено с накоплением белков с неправильной укладкой.

Белки, из которых состоит наш организм, — это сложные длинные макромолекулы, свернутые в «клубки» (глобулы). Чтобы они правильно выполняли свои функции, важна не только их химическая формула, но и правильная укладка в глобулы. Неправильно свернутые белки, такие как прионы, сегодня считаются причиной тяжелейших нейродегенеративных заболеваний, ведущих к деменции. К сожалению, такие белки постоянно возникают в процессе нормального синтеза белков в организме.

По словам Пастухова, подобных белков может появляться до трети от всех, а при некоторых патологиях еще больше. Но у организма есть способ справиться с ними: для укладки обычных белков он использует особый класс белков — шапероны, и чем больше появляется белков с неправильной укладкой, тем больше вырабатывается шаперонов.

Молекулярная модель комплекса шаперонов. Изображение: P99am / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Молекулярная модель комплекса шаперонов. Изображение: P99am / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

— Представьте, что вы сходили в баню и немножко перегрелись. К чему приводит перегрев? К сворачиванию белков, — объясняет Ирина Якимова, заведующая лабораторией сравнительной термофизиологии, в которой работает Пастухов. — Какая-то, самая неустойчивая часть свернется в неправильную конформацию. Это вызовет экспрессию генов белков теплового шока (класс белков, которые реагируют на клеточный шок; к ним относятся и уже упомянутые шапероны — прим. «Чердака»). Экспрессия — это быстрый процесс, а чтобы неправильно свернутые белки отремонтировались, эти белки должны насинтезироваться… Когда белков становится достаточное количество, через 6—10 часов у вас идет ремонт. Эти два процесса взаимосвязаны.

Таким образом, медленный сон нужен, чтобы синтезировать белки, а следующий за ним быстрый — чтобы правильно укладывать то, что было создано.

— А когда мы просыпаемся, все белки у нас уложены, все у нас в полном порядке. В бодрствовании нет такого мощного синтеза белков. Поэтому подопытные животные и погибают при лишении сна, раз много неправильных белков синтезировано, — поясняет Владимир Ковальзон.

По-видимому, дальнейшие успехи в понимании природы сна связаны с успехами всех нейронаук в целом: чем больше мы будем понимать устройство мозга в принципе, чем более ясными будут и отдельные процессы, происходящие в нем. Тем не менее эмпирических данных о работе мозга, в том числе и о механизмах сна, уже сегодня чрезвычайно много, так что, по мнению некоторых специалистов, отдельный ученый или даже исследовательский коллектив уже не в состоянии осмыслить их и увязать в одну непротиворечивую теорию. Возможно, прорыв в понимании логики происходящих в мозге процессов случится, когда когда ученые доверят их анализ искусственному интеллекту. Ему, по крайней мере, для обработки больших массивов данных на сон прерываться не нужно.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Бомба Макса Планка

160 лет назад, 23 апреля 1858 года, родился человек, которого считают одним из основателей квантовой механики. Немецкий физик Макс Планк на рубеже веков представил доклад, в котором впервые говорилось о квантовании энергии: свет, согласно этой концепции, излучается отдельными порциями, квантами. «Чердак» объясняет, что такое квантовая физика и в чем состоит заслуга Планка.
Добавить в закладки
Комментарии

Макс Планк не был единственным создателем квантовой механики. На формирование квантовой теории потребовалось больше четверти века и усилия множества ученых, включая Альберта Эйнштейна и Эрвина Шредингера. Созданная их общим трудом новая физика включала свой собственный математический аппарат вкупе с рядом ранее отсутствовавших понятий, однако все началось с решения одной конкретной проблемы.

1900 год

Начало карьеры Макса Планка было связано с теоретическими работами по термодинамике — эксперименты ученый ставить перестал еще в университете во время учебы, но зато он учился математике у самого Карла Вейерштрасса и изучал публикации Рудольфа Клаузиса. Вейерштрасс по праву считается основателем современного математического анализа, а Клаузиус фактически заложил фундамент термодинамики. С такой базой Планк уже в 1887 году, в возрасте 29 лет, возглавил кафедру теоретической физики в Берлинском университете.

В конце 1890-х годов Макс Планк, бывший тогда также и руководителем Института теоретической физики в Берлине, работал над математическим описанием спектра нагретого тела. Суть этой задачи состояла в следующем: надо было найти формулу, связывающую интенсивность свечения раскаленного объекта с длиной волны излучения — последняя величина в случае видимого света определяет цвет. [ ... ]

Читать полностью

Тасманийский дьявол и укусы смерти

Третья история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Иногда секреты оказываются трагическими. Наших новых героев, тасманийских дьяволов, съедает страшная опухоль — неизлечимая, долгоживущая и заразная. Стоит ли нам тоже опасаться подобных заболеваний и можно ли им противостоять?
Добавить в закладки
Комментарии

Дьявол и его опухоль

Долгими темными ночами жителям Тасмании мешает спать устрашающий вой. Это общаются между собой тасманийские дьяволы — ночные сумчатые млекопитающие размером с собаку, на вид нечто среднее между куницей и волком. Но за последние 20 лет тасманийцы стали спать спокойнее — в некоторых районах вымерло до 90% животных. Всему виной тот, перед кем бессилен даже дьявол, тот, кто подкрадывается неожиданно и действует нечестно. Имя ему — рак.

Крик тасманийского дьявола. Запись: Thelittlemissmocha / The Internet Archive [ ... ]
Читать полностью

Блеск и нищета этологии. Часть вторая: проблема человека

Борис Жуков — о возникновении и победоносном шествии этологических идей и их пределах

Этологическая концепция того, как организовано инстинктивное поведение у животных, стала по-настоящему прорывной в середине прошлого века, сделав термин «этология» практическим синонимом понятия «изучение поведения животных». По просьбе «Чердака» о том, как именно исследования поведения преобразились благодаря этологическим идеям, рассказывает биолог и популяризатор науки Борис Жуков.
Добавить в закладки
Комментарии

Читать первую часть

…При наблюдении за вольными животными в естественной среде обитания (а именно этот метод является для этологии основным — любые данные, полученные другими методами, для этолога имеют смысл лишь в той мере, в какой их удается соотнести с естественным поведением) на эти вопросы ответить трудно: в лесу не предложишь такую ситуацию большому числу животных, последовательно исключая альтернативы контрольными сериями. Это, конечно, можно сделать в лаборатории, но над любыми лабораторными данными всегда висит вопрос: а насколько естественно это поведение? Применяют ли животные в природе те способности и стратегии, которые мы наблюдали в эксперименте? Или мы изучаем то, что мы сами же и создали, — вроде пресловутого «обучения методом проб и ошибок», которое животные, конечно, применяют, но обычно лишь тогда, когда у них нет возможности действовать более эффективным или хотя бы более привычным способом.

Проблема человека

Отдельную трудность составляет вопрос о применимости этологических концепций к поведению и психике человека. Для самих основателей этологии единство принципов, на которых строится психика человека и животных, было несомненным. Уже с 1940-х годов они и их непосредственные ученики предпринимали попытки рассмотреть поведение человека в понятиях этологии. Поначалу это вызывало яростный протест философов и «человеческих» психологов, однако к концу столетия словосочетание «этология человека» стало привычным и никого уже не шокирует. На счету этологического подхода сейчас уже немало вполне конкретных достижений, особенно в таких областях, как распознавание образов, экспрессивное поведение и невербальные аспекты коммуникации, поведение детей (особенно самого младшего, «доречевого» возраста) и некоторых других. [ ... ]

Читать полностью