Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается

Экономо пошел еще дальше. Он обнаружил, что у всех больных, имевших проблемы с засыпанием и продолжительным сном, были задеты лишь клетки переднего гипоталамуса. «Видимо, — заключил он, — эти клетки делают что-то, благодаря чему мы засыпаем». Тем самым Экономо стал одним из первых исследователей, понимавших сон как активный, управляемый мозгом процесс. Большая часть пациентов, которая спала слишком много, напротив, имела повреждения в заднем гипоталамусе, на границе между промежуточным и средним мозгом. «Вероятно, — писал Экономо, — именно здесь возникают или передаются возбуждающие сигналы, рождающие состояние бодрствования».

Насколько он был прав, специалисты убедились лишь в 1996 г., после публикации работы коллектива исследователей под руководством Клиффорда Сейпера из Гарвардского университета в Бостоне. Нейробиологи с помощью современных высокоспецифичных антител искали в мозге крыс особый белок, который содержат в большом количестве лишь клетки в состоянии повышенной активности. Всякий раз, как грызуны засыпали, этот FOS-протеин появлялся в основном в группе нервных клеток по имени ВЛПО (вентролатеральная преоптическая область) — именно там, где Экономо в свое время заподозрил центр сна. Напротив, когда крысы бодрствовали, эти клетки отдыхали. Очевидно, что какая-то связь между ВППГ и управлением сном действительно существует.

Далее Сейпер и его коллеги проследили, в какие части мозга ведут аксоны — отростки этих активных во сне клеток. Ученые хотели выяснить, какие области мозга находятся под непосредственным влиянием предполагаемого центра сна. Обнаружилось, что аксоны ведут вниз в средний мозг и далее к мосту мозга, как раз туда, где ряд ученых в прошлые годы обнаружил несколько областей, порождающих возбуждение и поддерживающих нас в состоянии бодрствования. Для того чтобы эти области могли удержать нас от засыпания, им, в свою очередь, необходимо иметь отростки, ведущие в задний гипоталамус, который, согласно исследованиям Экономо, был разрушен у большинства людей, страдавших сонной болезнью.

Сейпер и его коллеги сделали следующий вывод: клетки в передней части гипоталамуса представляют собой центр засыпания, который с помощью своих аксонов подавляет центры бодрствования в стволе мозга, включающем средний мозг и мост. Этот процесс в конечном счете приводит к засыпанию. «Возможно, это и есть ключ ко всему механизму, который через гипоталамус управляет состоянием сна и бодрствования».

Клиффорд Сейпер и многие другие нейробиологи продолжали исследования еще несколько лет, пока не удалось наконец создать обобщающую модель управления сном, которую Сейпер в 2005 г. опубликовал в научном журнале «Nature». Она представляет собой сеть из нескольких связанных между собой нервных узлов, взаимодействие которых определяет, спим мы или бодрствуем.

Единственное ответвление этой сети, ведущее в эволюционно более древние части мозга, — это центр сна ВЛПО с его длинными аксонами, обнаруженный Сейпером в 1996 г. в мозге крыс. Когда его клетки возбуждены, то есть когда мы спим, он блокирует активность двух параллельных ответвлений, поднимающихся от моста мозга через средний и промежуточный мозг к коре больших полушарий и поставляющих туда возбуждающие сигналы. Эта «система возбуждения» особенно активна, когда мы бодрствуем.

Сеть сон-бодрствование:сеть из нескольких нервных центров проводит две волны возбуждения от моста мозга через средний и промежуточный мозг (гипоталамус и таламус) в большой мозг. Первая (обозначенная белым цветом) возникает в области, называемой «formatio reticularis» (FR). Вторая (обозначенная черным) начинается в Locus coeruleus (LC). Это система возбуждения (Arousal-System), благодаря которой мы бодрствуем.

В сетевой модели отразились, разумеется, не только результаты Сей- пера и Экономо. Многие крупные исследователи мозга добавили важные элементы в разгадку головоломки. К примеру, бельгийский нейрофизиолог Фредерик Бремер еще до Второй мировой войны отделял у подопытных животных ствол мозга от больших полушарий, в результате чего они немедленно погружались в сон. Как у людей с европейской сонной болезнью, у этих животных отсутствовали возбуждающие сигналы из среднего мозга и моста. Бремер сделал из этого неверное заключение, что сон наступает лишь от того, что мозг в ситуации спокойствия и защищенности от внешнего мира получает от тела недостаточно сигналов для обработки.

От центра засыпания в переднем гипоталамусе (ВЛПО) к центрам возбуждения направляется волна торможения. Она блокирует их деятельность, и мы получаем возможность уснуть.

Лишь швейцарский нейрофизиолог Вальтер Рудольф Гесс сумел окончательно доказать, что орган мышления активно погружает нас в сон. Он целенаправленно стимулировал мозг подопытных животных тонкими электродами и открыл таким образом, кроме многих других важных мозговых центров, вызывающий сон нервный узел в передней части гипоталамуса. При раздражении этого ареала животные немедленно погружались в сон. Гесс получил за свои основополагающие работы о функциональной организации промежуточного мозга и координации деятельности внутренних органов Нобелевскую премию по медицине 1949 г.

Вторую часть системы сон-бодрствование, возбуждающие центры в стволе мозга, открыли итальянский нейробиолог Джузеппе Моруцци и американец Хорас Мэгун. Они раздражали ствол мозга у спящих животных и обнаружили несколько скоплений нервных клеток, имевших общую особенность: при их стимуляции животные немедленно просыпались. Моруцци и Мэгун назвали эту область «ретикулярной формацией », то есть сетевым образованием.

В следующие годы совместными усилиями многих ученых был открыт еще ряд стимулирующих мозговых центров, способных поддерживать нас в состоянии бодрствования. Сейчас известно, что «система возбуждения» в сейперовской сети сон-бодрствование базируется на восьми нервных узлах, образующих две параллельных ветви, по которым волны возбуждения передаются в кору больших полушарий. Одна ветвь начинается в ретикулярной формации , другая — в так называемом синем (или голубоватом) пятне (Locus coeruleus). Находящиеся здесь клетки вырабатывают большую часть всего имеющегося в мозгу возбуждающего нейромедиатора норадреналина. Здесь возникают такие эмоции, как страх и паника, а также, видимо, значительная часть возбуждения, ответственного за наше бодрствование.