Страница:
Когда мы появляемся на свет, доля быстрого сна занимает у нас половину всего сна, когда нам два года — треть, когда пять лет — пятую часть. У взрослых, по данным А. М. Вейна, процентное соотношение между всеми стадиями сна такое: первая стадия, дремота, занимает в среднем 12,1 процента ночного сна, вторая, сонные веретена, — 38,1, третья, дельта-сон, — 14,2, четвертая тоже дельта-сон, но более глубокий, — 12,1 и, наконец, быстрый сон — 23,5 процента. Видят ли сны новорожденные, мы обсудим позже; мы же с вами, без сомнения, их видим, причем видим почти буквально, так как быстрые движения глаз означают, что мы смотрим. И учащенное наше дыхание, и переменчивый пульс, и повышающееся давление — все это вегетативный аккомпанемент к смотрению снов. А что обычно кроется за учащенным дыханием, неровным пульсом и скачками давления? Усиленный обмен веществ со значительным расходом энергии, а главное — волнения и переживания. Вот вам и отдых!
Глубина и поверхностность, пассивность и активность — сколько противоположностей переплетено в быстром сне! Да сон ли это в самом деле? Это же настоящее бодрствование, только обращенное внутрь. А может быть, это третье состояние, третья форма жизни? Бодрствование, медленный сон и быстрый сон… Вот о чем думали исследователи, столкнувшись с парадоксами быстрого сна.
Хотя в организации быстрого сна участвуют древние отделы мозга, его распределение на эволюционной лестнице не свидетельствует об его очень уж древнем происхождении. В виде ясно выраженной фазы мы видим его только у птиц, но за редким исключением это всего лишь доли процента общей продолжительности сна. У кроликов он занимает всего три процента ночного сна, у овец тоже, у крыс достигает двадцати, а у кошек — тридцати процентов. Легко догадаться, почему у кошки быстрый сон длиннее, чем у кролика. Кошка хищница, а кролик жертва хищников. Жертвам не полагается видеть сны, они должны держать ушки на макушке. Жвачные тоже жертвы, и у них быстрый сон так же короток, как и у кролика. Они жуют свою жвачку всю ночь — спят с открытыми глазами и жуют. Чтобы жевать, им нужно держать голову и шею выпрямленными, и мышцы у них во сне напряжены. Не сон, а одно мученье!
БОДРСТВОВАНИЕ СПЯЩЕГО МОЗГА
ВОЛНЫ НАКАТЫВАЮТСЯ НА БЕРЕГ
КРЯЧКА ПРОТИВ БОМБАРДИРОВЩИКА
ХОД ЧАСОВ НА ШПИЦБЕРГЕНЕ
Глубина и поверхностность, пассивность и активность — сколько противоположностей переплетено в быстром сне! Да сон ли это в самом деле? Это же настоящее бодрствование, только обращенное внутрь. А может быть, это третье состояние, третья форма жизни? Бодрствование, медленный сон и быстрый сон… Вот о чем думали исследователи, столкнувшись с парадоксами быстрого сна.
Хотя в организации быстрого сна участвуют древние отделы мозга, его распределение на эволюционной лестнице не свидетельствует об его очень уж древнем происхождении. В виде ясно выраженной фазы мы видим его только у птиц, но за редким исключением это всего лишь доли процента общей продолжительности сна. У кроликов он занимает всего три процента ночного сна, у овец тоже, у крыс достигает двадцати, а у кошек — тридцати процентов. Легко догадаться, почему у кошки быстрый сон длиннее, чем у кролика. Кошка хищница, а кролик жертва хищников. Жертвам не полагается видеть сны, они должны держать ушки на макушке. Жвачные тоже жертвы, и у них быстрый сон так же короток, как и у кролика. Они жуют свою жвачку всю ночь — спят с открытыми глазами и жуют. Чтобы жевать, им нужно держать голову и шею выпрямленными, и мышцы у них во сне напряжены. Не сон, а одно мученье!
БОДРСТВОВАНИЕ СПЯЩЕГО МОЗГА
Лихтенберг, как вы помните, заметил, что важнейшие жизненные функции отправляются непрерывно и предназначенные для этого органы никогда не засыпают. Прерывают во время сна свою деятельность лишь те органы, которые больше всего необходимы «для функций души». Через сто лет, а именно в 1892 г., наука в лице М. М. Манасеиной также зафиксировала, что «во время сна прекращается только сознание в человеке, все же остальные функции если не усиливаются, то, во всяком случае, продолжаются, хотя бы в ослабленном виде». Более чем справедливо: едва только мы начинаем засыпать, вегетативная система наша перестраивается — именно перестраивается, а не ослабевает; вот единственная поправка, которую в этом пункте современная медицина вносит в науку прошлого столетия. Дыхание делается более редким, дышим мы громче, чем во время бодрствования, но не столь глубоко. В дельта-сне дыхание замедляется еще больше и становится неритмичным. Но вот уже и быстрый сон: дыхание то медленное, то частое, а то и вовсе с остановками. Да и как же иначе: сновидения не могут оставить нас равнодушными.
Во сне пульс становится реже, артериальное давление ниже, кровь замедляет свое течение. Но едва только мы достигаем дельта-сна, как пульс учащается, а давление поднимается. В некоторых отделах мозга кровь циркулирует усиленно всю ночь напролет: очевидно, в этих отделах усиливается обмен веществ. Температура тела, не колеблясь и не реагируя на смену фаз, неумолимо снижается: у женщин она падает в среднем до 35,7, а у мужчин до 34,9 градуса. Температура же мозга, напротив, следует за фазами сна: в медленном она снижается, а в быстром, благодаря усиленному притоку крови или усиленному обмену веществ, поднимается и даже бывает выше, чем в бодрствовании.
Влажные ладони — признак волнения, но, оказывается, лишь у бодрствующего человека: во сне у нас ладони сухие, даже если мы прокричим и простонем всю ночь. Во сне меньше выделяется слез: вот отчего, когда нам хочется спать, мы трем глаза, а утром их продираем. В медленном сне желудок работает вяло, а в быстром — энергично: пища переваривается под аккомпанемент сновидений. Отчего так, не совсем ясно. Вообще область сна полна маленьких физиологических загадок, в большинстве своем со сновидениями не связанных. Возьмем, например, зевоту: вот загадка из загадок. Специалист скажет нам, что зевота это сложный акт, в котором участвуют такие-то и такие-то мозговые системы и мышцы. Но что ее вызывает и зачем она? Часто мы зеваем от скуки, что и отметил наш великий поэт: «…Потом на сцену в большом рассеяньи взглянул, отворотился, и зевнул, и молвил: „Всех пора на смену; балеты долго я терпел, но и Дидло мне надоел“. Зеваем оттого, что хотим спать, но зеваем и от волненья. Кардиологи склонны думать, что зевоту вызывает недостаток кислорода, но откуда он берется столь внезапно, как гром среди ясного неба? Зевота заразительна — вот главная ее тайна. Стоит в компании или в вагоне зевнуть одному, как начинает зевать вся компания и весь вагон. Один этнограф утверждал, будто зевота у наших далеких предков, еще не владевших речью, служила сигналом ложиться спать. Но для чего им был такой сигнал? И почему мы сладко зеваем утром, после сна, особенно когда никуда не торопимся? Увы, на все эти актуальные вопросы мы никогда не найдем ответа: наука зевотой специально не занимается.
На активность спящего мозга обращали внимание давно, задолго до открытия быстрых движений глаз. В уже цитировавшейся нами статье «Сон» И. Р. Тарханов специально подчеркивает, что во сне не спят центры дыхания и кровообращения, находящиеся в мозгу, не спят центры речи, ибо во сне мы разговариваем, не спят центры внимания, слуха, обоняния, не спит, наконец, мозжечок, о чем свидетельствуют различные случаи сомнамбулизма, когда спящие люди «производят самые рискованные мышечные акты на крышах домов, чистые чудеса эквилибристики», а также то, что усталые солдаты спят на ходу, а птицы — стоя на одной ноге. Что же тогда спит? Перебрав все, Тарханов приходит к заключению, что «вполне засыпают только те его части, которые составляют анатомическую основу сознания». Вот почему «сон может быть лучше всего охарактеризован как время полного отдохновения сознания».
В начале XX века, когда были написаны эти строки, науке уже было хорошо известно, что всякая функция имеет свое представительство в мозгу. Раз функция отправляется — мозговой ее центр работает, спит функция — должен спать и центр. Тарханов еще не знал, что составляет анатомическую основу сознания, мы же знаем, что искать ее надо в верхних отделах ствола и задних отделах гипоталамуса. Спит ли она? Если бы это было так, мы не могли бы запомнить своих сновидений, а возможно, и видеть их; мать бы не услышала плач своего ребенка, сиделка — стон больного, животное — приближающуюся опасность. Да и вполне ли спит само сознание? Разве не говорит оно нам, когда мы готовы закричать от страшного видения: не надо бояться, ведь это только сон.
Когда восходящую активирующую систему раздражают током, на электроэнцефалограмме появляется плоская линия, спящее животное просыпается, а бодрствующее настораживается. У бодрствования (которое мы здесь удобства ради отождествили с сознанием) один центр, у сна — несколько. Гипногенная зона, которую открыл Гесс, находится в области переднего гипоталамуса и перегородки. Еще одну, в нижней части ствола, нашел Моруцци. Там же через некоторое время обнаружилась и третья зона. Потом в соседних отделах нашли четвертую и пятую. Но среди этих зон, связанных исключительно с медленным сном, есть главная, ведущая: таламокортикальная система. Это она запускает синхронизацию и погружает нас в дремоту. Остальные зоны и отделы выполняют подсобную роль. Что же касается быстрого сна, то у него в мозгу один только центр — ретикулярные ядра варолиева моста.
И вот все эти зоны и центры, все отделы и подотделы, связанные со сном и не связанные, с наступлением сна сами-то и не думают засыпать и выключаться. Они просто переходят на иной режим работы. Ни отделы не отдыхают во сне, ни нервные клетки, причем их поведение во многом определяется уровнем активности во время бодрствования. Нейрофизиолог А. Б. Коган изучал работу нейронов в теменной коре кошки и установил, что если при бодрствовании частота импульсации нейрона была ниже средней, то в медленном сне она в большинстве случаев увеличится, а если выше средней, то уменьшится. Тот же нейрон в быстром сне поведет себя иначе: если была в бодрствовании частота низкой, то в быстром сне она будет еще ниже, а если была высокой — будет еще выше. Средняя частота импульсации всех нейронов с наступлением медленного сна снижается, по сравнению с бодрствованием, на 17 процентов, а с наступлением быстрого — увеличивается на 15 процентов.
Кроме частоты импульсации у нейронной активности есть еще одна характеристика — последовательность импульсов, или их рисунок. У каждой анатомической структуры рисунок свой — у сетчатки глаза один, у гипоталамуса другой, у гиппокампа третий. Особенно интересен рисунок у коры и таламуса — главной гипногенной системы. И в быстром сне и во время бодрствования он одинаков: нейроны разряжаются одиночными импульсами, выдерживая между разрядами нерегулярные интервалы. Как только начинаются быстрые движения глаз, частота импульсов усиливается, точь-в-точь как при бодрствовании, когда мы начинаем во что-нибудь всматриваться. Но это и не удивительно: во время быстрых движений глаз мы всматриваемся в образы наших сновидений. Как замечает нейрофизиолог Л. М. Мухаметов, судя по всему, кора и таламус работают во время быстрого сна и бодрствования одинаково, а психологические различия между этими фазами определяются другими структурами. Как бы то ни было, если те, кто считает быстрый сон третьей формой жизни, и хватили немного через край, то те, кто называет его бодрствованием, обращенным внутрь, попали в самую точку.
Во сне пульс становится реже, артериальное давление ниже, кровь замедляет свое течение. Но едва только мы достигаем дельта-сна, как пульс учащается, а давление поднимается. В некоторых отделах мозга кровь циркулирует усиленно всю ночь напролет: очевидно, в этих отделах усиливается обмен веществ. Температура тела, не колеблясь и не реагируя на смену фаз, неумолимо снижается: у женщин она падает в среднем до 35,7, а у мужчин до 34,9 градуса. Температура же мозга, напротив, следует за фазами сна: в медленном она снижается, а в быстром, благодаря усиленному притоку крови или усиленному обмену веществ, поднимается и даже бывает выше, чем в бодрствовании.
Влажные ладони — признак волнения, но, оказывается, лишь у бодрствующего человека: во сне у нас ладони сухие, даже если мы прокричим и простонем всю ночь. Во сне меньше выделяется слез: вот отчего, когда нам хочется спать, мы трем глаза, а утром их продираем. В медленном сне желудок работает вяло, а в быстром — энергично: пища переваривается под аккомпанемент сновидений. Отчего так, не совсем ясно. Вообще область сна полна маленьких физиологических загадок, в большинстве своем со сновидениями не связанных. Возьмем, например, зевоту: вот загадка из загадок. Специалист скажет нам, что зевота это сложный акт, в котором участвуют такие-то и такие-то мозговые системы и мышцы. Но что ее вызывает и зачем она? Часто мы зеваем от скуки, что и отметил наш великий поэт: «…Потом на сцену в большом рассеяньи взглянул, отворотился, и зевнул, и молвил: „Всех пора на смену; балеты долго я терпел, но и Дидло мне надоел“. Зеваем оттого, что хотим спать, но зеваем и от волненья. Кардиологи склонны думать, что зевоту вызывает недостаток кислорода, но откуда он берется столь внезапно, как гром среди ясного неба? Зевота заразительна — вот главная ее тайна. Стоит в компании или в вагоне зевнуть одному, как начинает зевать вся компания и весь вагон. Один этнограф утверждал, будто зевота у наших далеких предков, еще не владевших речью, служила сигналом ложиться спать. Но для чего им был такой сигнал? И почему мы сладко зеваем утром, после сна, особенно когда никуда не торопимся? Увы, на все эти актуальные вопросы мы никогда не найдем ответа: наука зевотой специально не занимается.
На активность спящего мозга обращали внимание давно, задолго до открытия быстрых движений глаз. В уже цитировавшейся нами статье «Сон» И. Р. Тарханов специально подчеркивает, что во сне не спят центры дыхания и кровообращения, находящиеся в мозгу, не спят центры речи, ибо во сне мы разговариваем, не спят центры внимания, слуха, обоняния, не спит, наконец, мозжечок, о чем свидетельствуют различные случаи сомнамбулизма, когда спящие люди «производят самые рискованные мышечные акты на крышах домов, чистые чудеса эквилибристики», а также то, что усталые солдаты спят на ходу, а птицы — стоя на одной ноге. Что же тогда спит? Перебрав все, Тарханов приходит к заключению, что «вполне засыпают только те его части, которые составляют анатомическую основу сознания». Вот почему «сон может быть лучше всего охарактеризован как время полного отдохновения сознания».
В начале XX века, когда были написаны эти строки, науке уже было хорошо известно, что всякая функция имеет свое представительство в мозгу. Раз функция отправляется — мозговой ее центр работает, спит функция — должен спать и центр. Тарханов еще не знал, что составляет анатомическую основу сознания, мы же знаем, что искать ее надо в верхних отделах ствола и задних отделах гипоталамуса. Спит ли она? Если бы это было так, мы не могли бы запомнить своих сновидений, а возможно, и видеть их; мать бы не услышала плач своего ребенка, сиделка — стон больного, животное — приближающуюся опасность. Да и вполне ли спит само сознание? Разве не говорит оно нам, когда мы готовы закричать от страшного видения: не надо бояться, ведь это только сон.
Когда восходящую активирующую систему раздражают током, на электроэнцефалограмме появляется плоская линия, спящее животное просыпается, а бодрствующее настораживается. У бодрствования (которое мы здесь удобства ради отождествили с сознанием) один центр, у сна — несколько. Гипногенная зона, которую открыл Гесс, находится в области переднего гипоталамуса и перегородки. Еще одну, в нижней части ствола, нашел Моруцци. Там же через некоторое время обнаружилась и третья зона. Потом в соседних отделах нашли четвертую и пятую. Но среди этих зон, связанных исключительно с медленным сном, есть главная, ведущая: таламокортикальная система. Это она запускает синхронизацию и погружает нас в дремоту. Остальные зоны и отделы выполняют подсобную роль. Что же касается быстрого сна, то у него в мозгу один только центр — ретикулярные ядра варолиева моста.
И вот все эти зоны и центры, все отделы и подотделы, связанные со сном и не связанные, с наступлением сна сами-то и не думают засыпать и выключаться. Они просто переходят на иной режим работы. Ни отделы не отдыхают во сне, ни нервные клетки, причем их поведение во многом определяется уровнем активности во время бодрствования. Нейрофизиолог А. Б. Коган изучал работу нейронов в теменной коре кошки и установил, что если при бодрствовании частота импульсации нейрона была ниже средней, то в медленном сне она в большинстве случаев увеличится, а если выше средней, то уменьшится. Тот же нейрон в быстром сне поведет себя иначе: если была в бодрствовании частота низкой, то в быстром сне она будет еще ниже, а если была высокой — будет еще выше. Средняя частота импульсации всех нейронов с наступлением медленного сна снижается, по сравнению с бодрствованием, на 17 процентов, а с наступлением быстрого — увеличивается на 15 процентов.
Кроме частоты импульсации у нейронной активности есть еще одна характеристика — последовательность импульсов, или их рисунок. У каждой анатомической структуры рисунок свой — у сетчатки глаза один, у гипоталамуса другой, у гиппокампа третий. Особенно интересен рисунок у коры и таламуса — главной гипногенной системы. И в быстром сне и во время бодрствования он одинаков: нейроны разряжаются одиночными импульсами, выдерживая между разрядами нерегулярные интервалы. Как только начинаются быстрые движения глаз, частота импульсов усиливается, точь-в-точь как при бодрствовании, когда мы начинаем во что-нибудь всматриваться. Но это и не удивительно: во время быстрых движений глаз мы всматриваемся в образы наших сновидений. Как замечает нейрофизиолог Л. М. Мухаметов, судя по всему, кора и таламус работают во время быстрого сна и бодрствования одинаково, а психологические различия между этими фазами определяются другими структурами. Как бы то ни было, если те, кто считает быстрый сон третьей формой жизни, и хватили немного через край, то те, кто называет его бодрствованием, обращенным внутрь, попали в самую точку.
ВОЛНЫ НАКАТЫВАЮТСЯ НА БЕРЕГ
Интересно наблюдать как за динамикой нейронной активности, так и за узорами биопотенциалов, например за распространением дельта-волн. Волны эти возникают сначала в коре, а потом в стволовой части мозга. В коре они тоже появляются не во всей сразу: электроды регистрируют их сначала в передних отделах сенсомоторной и теменной коры, а затем уж, через несколько секунд, в других местах. С передних отделов все начинается неспроста: у них самые тесные связи с гипногенными зонами. Ритмы сна распространяются не только спереди назад, но и снизу вверх. В наружных слоях коры еще господствуют сонные веретена, а глубинные уже охвачены дельта-волнами. Таким образом, как пишут Н. Н. Демин, А. Б. Коган и Н. И. Моисеева в своей книге «Нейрофизиология и нейрохимия сна», «развитие сна проявляется в последовательном изменении пространственно-временных отношений» и напоминает прилив, «когда волна за волной накатываются на берег и каждая последующая волна покрывает сушу намного дальше предыдущей».
Приливы эти регулируются химическими процессами, протекающими в нейронах и других мозговых клетках. В промежутках между нейронами, синапсах, выделяются медиаторы — норадреналин, серотонин, ацетилхолин. Норадреналин — инициатор бодрствования и спутник быстрого сна. В медленном сне его совсем мало. Развитие медленного сна поддерживает серотонин. Затем он участвует в запуске быстрого и уходит за кулисы. Американские исследователи Уильям Демент и Барри Джекобс впрыскивали кошкам перед сном вещество, блокирующее поступление серотонина во все отделы мозга. Спали кошки, как обычно, но сны им снились не во время сна, а во время бодрствования: кошки галлюцинировали.
Когда серотонина в мозгу много, сновидения или грезы не формируются, а когда мало, вырываются на свободу. Серотонин, говорит Демент, помогает бодрствующему человеку воспринимать действительность такой, как она есть, а не искаженной галлюцинациями; он связывает сновидения со сном. Если днем уровень серотонина вдруг понизится, как это бывает при приеме наркотиков вроде ЛСД, перед человеком предстанут яркие и страшные миражи. Концентрируется серотонин в ядрах шва, расположенных в стволе, и действует больше всего на зрительную кору и миндалевидное тело — часть лимбической системы, ведающей эмоциями.
У быстрого сна, как мы видим, одна химическая картина, у медленного — другая. Разграничение это распространяется не только на выработку медиаторов, но и на характер вегетативных процессов, о которых говорилось раньше, и на всевозможные гормональные и метаболические превращения. Гормоны надпочечников выделяются ближе к утру, когда преобладает быстрый сон, а гормон роста, вырабатываемый гипофизом, предпочитает медленный сон. В медленном сне мы растем гораздо быстрее, чем в быстром. И расти и смотреть сны одновременно, оказывается, нельзя.
Представим теперь себе, что в ядрах шва усилилась выработка серотонина, а в синем ядре и среднем мозге стала ослабевать выработка норадреналина. Химическим переменам соответствуют перемены электрические: мозг переходит на режим альфа-ритма. Восходящая активирующая система посылает в кору последние импульсы и переходит на «фоновый режим». Синхронизирующие системы подавляют остатки активирующих влияний и начинают перестраивать работу мозга. Накопление серотонина, главным образом в структурах ствола, способствует развитию медленного сна. На электроэнцефалограмме уже преобладают сонные веретена, а через час мы во власти глубокого дельта-сна. Активность синхронизирующих систем достигает предела и обрывается — оживает центр быстрого сна. Серотонин вытесняется норадреналином. Идет новая перестройка мозгового режима: усиливается обмен веществ, кровь энергичнее течет по сосудам, мы смотрим первый сон. Снова оживают синхронизирующие механизмы, быстрый сон сменяется медленным, потом снова приходит быстрый, наконец, наступает пробуждение.
Картина простая. Даже если мы введем в нее дельта-фактор Монье или стимулятор сна Паппенхаймера, она не станет сложнее. В известное время в мозговых химических фабриках усиливается выработка известных веществ, заставляющих аппараты сна активизироваться, а аппарат бодрствования замереть. Затем, по прошествии определенного времени, в других мозговых фабриках увеличивается выработка других веществ, а выработка первых ослабевает. Новые вещества побуждают к деятельности аппарат бодрствования, а аппараты сна выводят из игры. Но что именно запускает работу химических фабрик? Гипнотоксины и прочие продукты усталости на эту роль вроде бы не годятся. Ведь если какой-нибудь продукт усталости и способен вызвать медленный сон, то что же вызывает быстрый сон с его особой химией? А потом — снова медленный? Эта смена типов сна сильно компрометирует химическую теорию, во всяком случае в ее классическом варианте. Так что же включает и регулирует общую химию сна и общую химию бодрствования? Кто там, в мозгу, знает, когда нам пора спать и когда пора просыпаться?
Приливы эти регулируются химическими процессами, протекающими в нейронах и других мозговых клетках. В промежутках между нейронами, синапсах, выделяются медиаторы — норадреналин, серотонин, ацетилхолин. Норадреналин — инициатор бодрствования и спутник быстрого сна. В медленном сне его совсем мало. Развитие медленного сна поддерживает серотонин. Затем он участвует в запуске быстрого и уходит за кулисы. Американские исследователи Уильям Демент и Барри Джекобс впрыскивали кошкам перед сном вещество, блокирующее поступление серотонина во все отделы мозга. Спали кошки, как обычно, но сны им снились не во время сна, а во время бодрствования: кошки галлюцинировали.
Когда серотонина в мозгу много, сновидения или грезы не формируются, а когда мало, вырываются на свободу. Серотонин, говорит Демент, помогает бодрствующему человеку воспринимать действительность такой, как она есть, а не искаженной галлюцинациями; он связывает сновидения со сном. Если днем уровень серотонина вдруг понизится, как это бывает при приеме наркотиков вроде ЛСД, перед человеком предстанут яркие и страшные миражи. Концентрируется серотонин в ядрах шва, расположенных в стволе, и действует больше всего на зрительную кору и миндалевидное тело — часть лимбической системы, ведающей эмоциями.
У быстрого сна, как мы видим, одна химическая картина, у медленного — другая. Разграничение это распространяется не только на выработку медиаторов, но и на характер вегетативных процессов, о которых говорилось раньше, и на всевозможные гормональные и метаболические превращения. Гормоны надпочечников выделяются ближе к утру, когда преобладает быстрый сон, а гормон роста, вырабатываемый гипофизом, предпочитает медленный сон. В медленном сне мы растем гораздо быстрее, чем в быстром. И расти и смотреть сны одновременно, оказывается, нельзя.
Представим теперь себе, что в ядрах шва усилилась выработка серотонина, а в синем ядре и среднем мозге стала ослабевать выработка норадреналина. Химическим переменам соответствуют перемены электрические: мозг переходит на режим альфа-ритма. Восходящая активирующая система посылает в кору последние импульсы и переходит на «фоновый режим». Синхронизирующие системы подавляют остатки активирующих влияний и начинают перестраивать работу мозга. Накопление серотонина, главным образом в структурах ствола, способствует развитию медленного сна. На электроэнцефалограмме уже преобладают сонные веретена, а через час мы во власти глубокого дельта-сна. Активность синхронизирующих систем достигает предела и обрывается — оживает центр быстрого сна. Серотонин вытесняется норадреналином. Идет новая перестройка мозгового режима: усиливается обмен веществ, кровь энергичнее течет по сосудам, мы смотрим первый сон. Снова оживают синхронизирующие механизмы, быстрый сон сменяется медленным, потом снова приходит быстрый, наконец, наступает пробуждение.
Картина простая. Даже если мы введем в нее дельта-фактор Монье или стимулятор сна Паппенхаймера, она не станет сложнее. В известное время в мозговых химических фабриках усиливается выработка известных веществ, заставляющих аппараты сна активизироваться, а аппарат бодрствования замереть. Затем, по прошествии определенного времени, в других мозговых фабриках увеличивается выработка других веществ, а выработка первых ослабевает. Новые вещества побуждают к деятельности аппарат бодрствования, а аппараты сна выводят из игры. Но что именно запускает работу химических фабрик? Гипнотоксины и прочие продукты усталости на эту роль вроде бы не годятся. Ведь если какой-нибудь продукт усталости и способен вызвать медленный сон, то что же вызывает быстрый сон с его особой химией? А потом — снова медленный? Эта смена типов сна сильно компрометирует химическую теорию, во всяком случае в ее классическом варианте. Так что же включает и регулирует общую химию сна и общую химию бодрствования? Кто там, в мозгу, знает, когда нам пора спать и когда пора просыпаться?
КРЯЧКА ПРОТИВ БОМБАРДИРОВЩИКА
Ученые думают, что об этом знают и регулируют сон наши биологические часы, раз и навсегда заведенные главным биологическим ритмом.
Вся природа пульсирует, откликаясь на колебания космических электромагнитных полей, и мы пульсируем с нею вместе. Все на свете совершается ритмично (можно сказать «циклично» — смысл не изменится). Ритмы солнечной активности, смена времен года, лунных фаз, приливов и отливов, смена дня и ночи, сна и бодрствования, ритмы питания, походки, дыхания, обмена, сердечных сокращений — всюду, куда ни глянь, в космосе и на земле, в живой природе и в неживой, всюду ритмы и пульсации — ритмы двадцатидвухлетние, одиннадцатилетние, годичные, месячные, суточные, часовые, минутные.
Слова «ритм» и «цикл» греческие. Ритмом мы называем равномерное чередование каких-нибудь явлений или элементов — ритм танца, работы, стиха и т. д. Слово «цикл» в переводе означает «круг»; когда мы говорим о цикличности, мы имеем в виду, что нечто проходит полный круг и возвращается к начальной точке. Если промежутки между начальным моментом движения и возвращением в исходную точку более или менее одинаковы, то цикл можно назвать ритмическим.
В американском городе Питсбурге есть научное учреждение — Фонд по изучению циклов. Его сотрудники зафиксировали более пятисот различных явлений, повторяющихся со столь правильными промежутками времени, что приписать эту повторяемость чистой случайности невозможно. По их наблюдениям, устрицы раскрывают створки раковины с наступлением каждого прилива, а живущая у побережья Калифорнии рыба «атерина гренион» устремляется на берег и мечет икру в песок у воды точно через пятнадцать минут после каждого из двух наиболее высоких приливов месяца. Оба эти цикла ритмичны. Ласточки, возвращающиеся каждой весной в калифорнийский городок Сан-Хуан-Капистрано, прилетают чаще всего в день св. Иосифа — 19 марта.
Роясь в архивах компании Гудзонова залива, занимающейся заготовкой и сбытом пушнины, президент Фонда Эдвард Дьюи обнаружил, что с 1735 года по 1969 наибольшее количество рысьих шкур добывалось в среднем каждые 9,6 года. Самый богатый улов атлантического лосося тоже случается каждые 9,6 года. Канадские зайцы-беляки, куницы, совы, ястребы — все они достигают пика своей численности в среднем каждые 9,6 года. Так же как и урожай пшеницы в США и… как заболеваемость сердечными недугами в Новой Англии. Означает ли все это, что природа регулярно отбивает 9,6-годовой ритм? Может быть, это действительно так, но не все животные маршируют под этот барабан. Эпидемии чумы у мышей происходят каждые 4 года. Тяга кузнечиков к самоубийству подчиняется трем циклам — в 9,2 года, 15 лет и 22,7 года.
Темная крячка размножается и выводит птенцов на острове Вознесения, неподалеку от западного побережья Африки. В 1942 году военно-воздушные силы США сделали этот остров пунктом промежуточной посадки для бомбардировщиков. Те, кто выбирал базу, хорошо знали, что остров служит гнездовьем для темной крячки, но они решили, что гнездование происходит раз в год и что, таким образом, большую часть года птицы не будут мешать самолетам. Но бомбардировщики врезались в тучи крячек в самое неожиданное время, и дело часто кончалось катастрофами. Работники Министерства авиации обратились к орнитологу Дж. Чаплину и узнали, что крячки с острова Вознесения выводят птенцов не раз в год, а раз в 9,6 месяца.
Подобные закономерности обнаружены в самых разнообразных областях и даже, если верить ЭдварДу Дьюи, в финансово-экономической. В США публику, естественно, интересует, цикличны ли курсы ценных бумаг на бирже и можно ли их предсказать. На биржевом рынке обращается около двух тысяч видов ценных бумаг, каждая из которых имеет свои индивидуальные особенности, так что предсказывать их падение и повышение почти невозможно. Однако при анализе биржи обнаруживается много циклов разной периодичности. Если несколько коротких циклов совпадают по фазам, получается длинный цикл, и можно сделать прогноз. Вот, например, цены на хлопок. В течение 240 лет, с 1731 года по 1970-й, они колебались с периодичностью в 17,5 года. У курса обыкновенных акций выявлен 9,2-годовой цикл. Пятьдесят раз повторился 9,18-месячный цикл тонно-километров в грузовых перевозках Канадской тихоокеанской железной дороги. Циклы повторяются неуклонно, на протяжении всего того времени, о котором имеются цифровые данные, и длина циклов остается неизменной во все времена. В переменах цен на кованое железо в Англии отмечен цикл в 16,67 года. Существует он чуть ли не семьсот лет.
Дьюи и его сотрудники верят в то, что когда-нибудь они смогут полностью объяснить тайну циклов: понять, чем они вызываются, можно ли регулировать хотя бы некоторые из них и может ли человек приспособиться к тем, которые регулированию не поддаются. Разобраться в этом до конца, говорит Дьюи, было бы равносильно открытию Периодического закона.
Ученые, исследующие циклы и ритмы, в этом пункте согласны с Дьюи. Но его убежденность, что циклическим закономерностям подчиняются социальные сферы, разделяют лишь немногие его приверженцы: подавляющее большинство фактов не на его стороне. Вот биологические явления — другое дело.
Вся природа пульсирует, откликаясь на колебания космических электромагнитных полей, и мы пульсируем с нею вместе. Все на свете совершается ритмично (можно сказать «циклично» — смысл не изменится). Ритмы солнечной активности, смена времен года, лунных фаз, приливов и отливов, смена дня и ночи, сна и бодрствования, ритмы питания, походки, дыхания, обмена, сердечных сокращений — всюду, куда ни глянь, в космосе и на земле, в живой природе и в неживой, всюду ритмы и пульсации — ритмы двадцатидвухлетние, одиннадцатилетние, годичные, месячные, суточные, часовые, минутные.
Слова «ритм» и «цикл» греческие. Ритмом мы называем равномерное чередование каких-нибудь явлений или элементов — ритм танца, работы, стиха и т. д. Слово «цикл» в переводе означает «круг»; когда мы говорим о цикличности, мы имеем в виду, что нечто проходит полный круг и возвращается к начальной точке. Если промежутки между начальным моментом движения и возвращением в исходную точку более или менее одинаковы, то цикл можно назвать ритмическим.
В американском городе Питсбурге есть научное учреждение — Фонд по изучению циклов. Его сотрудники зафиксировали более пятисот различных явлений, повторяющихся со столь правильными промежутками времени, что приписать эту повторяемость чистой случайности невозможно. По их наблюдениям, устрицы раскрывают створки раковины с наступлением каждого прилива, а живущая у побережья Калифорнии рыба «атерина гренион» устремляется на берег и мечет икру в песок у воды точно через пятнадцать минут после каждого из двух наиболее высоких приливов месяца. Оба эти цикла ритмичны. Ласточки, возвращающиеся каждой весной в калифорнийский городок Сан-Хуан-Капистрано, прилетают чаще всего в день св. Иосифа — 19 марта.
Роясь в архивах компании Гудзонова залива, занимающейся заготовкой и сбытом пушнины, президент Фонда Эдвард Дьюи обнаружил, что с 1735 года по 1969 наибольшее количество рысьих шкур добывалось в среднем каждые 9,6 года. Самый богатый улов атлантического лосося тоже случается каждые 9,6 года. Канадские зайцы-беляки, куницы, совы, ястребы — все они достигают пика своей численности в среднем каждые 9,6 года. Так же как и урожай пшеницы в США и… как заболеваемость сердечными недугами в Новой Англии. Означает ли все это, что природа регулярно отбивает 9,6-годовой ритм? Может быть, это действительно так, но не все животные маршируют под этот барабан. Эпидемии чумы у мышей происходят каждые 4 года. Тяга кузнечиков к самоубийству подчиняется трем циклам — в 9,2 года, 15 лет и 22,7 года.
Темная крячка размножается и выводит птенцов на острове Вознесения, неподалеку от западного побережья Африки. В 1942 году военно-воздушные силы США сделали этот остров пунктом промежуточной посадки для бомбардировщиков. Те, кто выбирал базу, хорошо знали, что остров служит гнездовьем для темной крячки, но они решили, что гнездование происходит раз в год и что, таким образом, большую часть года птицы не будут мешать самолетам. Но бомбардировщики врезались в тучи крячек в самое неожиданное время, и дело часто кончалось катастрофами. Работники Министерства авиации обратились к орнитологу Дж. Чаплину и узнали, что крячки с острова Вознесения выводят птенцов не раз в год, а раз в 9,6 месяца.
Подобные закономерности обнаружены в самых разнообразных областях и даже, если верить ЭдварДу Дьюи, в финансово-экономической. В США публику, естественно, интересует, цикличны ли курсы ценных бумаг на бирже и можно ли их предсказать. На биржевом рынке обращается около двух тысяч видов ценных бумаг, каждая из которых имеет свои индивидуальные особенности, так что предсказывать их падение и повышение почти невозможно. Однако при анализе биржи обнаруживается много циклов разной периодичности. Если несколько коротких циклов совпадают по фазам, получается длинный цикл, и можно сделать прогноз. Вот, например, цены на хлопок. В течение 240 лет, с 1731 года по 1970-й, они колебались с периодичностью в 17,5 года. У курса обыкновенных акций выявлен 9,2-годовой цикл. Пятьдесят раз повторился 9,18-месячный цикл тонно-километров в грузовых перевозках Канадской тихоокеанской железной дороги. Циклы повторяются неуклонно, на протяжении всего того времени, о котором имеются цифровые данные, и длина циклов остается неизменной во все времена. В переменах цен на кованое железо в Англии отмечен цикл в 16,67 года. Существует он чуть ли не семьсот лет.
Дьюи и его сотрудники верят в то, что когда-нибудь они смогут полностью объяснить тайну циклов: понять, чем они вызываются, можно ли регулировать хотя бы некоторые из них и может ли человек приспособиться к тем, которые регулированию не поддаются. Разобраться в этом до конца, говорит Дьюи, было бы равносильно открытию Периодического закона.
Ученые, исследующие циклы и ритмы, в этом пункте согласны с Дьюи. Но его убежденность, что циклическим закономерностям подчиняются социальные сферы, разделяют лишь немногие его приверженцы: подавляющее большинство фактов не на его стороне. Вот биологические явления — другое дело.
ХОД ЧАСОВ НА ШПИЦБЕРГЕНЕ
Разыщите на мокром песке креветку и бросьте ее в воду. Креветка выплывет обратно на песок. Отнесите ее в сухое место — она возвратится к влаге. Креветок, живших на одном берегу острова, перенесли на противоположный и бросили в воду. Они поплыли не к берегу, а в открытое море, в направлении, к которому они привыкли. Что же их побуждает плыть и служит для них компасом? Не положение ли солнца? Креветок поместили в тень, отразили на них от зеркала солнечные лучи, и это не замедлило сказаться на их поведении. Те, кого бросили в воду, отправились дальше в море, а те, кто остался на суше, поползли в глубь острова. Когда же их перевезли на самолете из восточного полушария в западное, и в один и тот же час измерили угол между направлением их пути и направлением солнечных лучей, и угол этот оказался один и тот же, стало ясно, что у креветок есть часы, которые показывают им время и положение солнца, и, куда бы ни забросила их судьба, часы эти ходят везде одинаково.
Одни животные настраивают свои хронометры на положение солнца, другие — на время прилива и отлива. Когда медуз накрывает прилив, они разжимаются. Положите их в бак с морской водой, где нет ни прилива, ни отлива, — они все равно будут в положенное время сжиматься и разжиматься. Краб умеет ориентироваться и на солнце, и на приливы, а некоторые рыбы — еще и на фазы луны. Птицы летят осенью на юг, поглядывая на звезды.
Чувство времени связано с химическими процессами, а на их скорость влияет температура. Биолог Жак Лёб наблюдал, как быстро стареют мухи, которых содержат при слишком высокой температуре. Рой пчел был приучен прилетать к кормушке в одно и то же время. Затем экспериментаторы взяли хинин, про который давно было известно, что он замедляет обмен веществ, отчего и служит жаропонижающим средством, и подмешали его к пчелиному корму: пчелы стали опаздывать к кормушке. Когда же им подмешали тироксин, который усиливает обмен, они примчались к кормушке раньше времени.
Во всем этом нет ничего удивительного. Раз уж жизнь организмов протекает во времени и в пространстве, должны же у них быть какие-нибудь приборы, связывающие их со временем и с пространством. Удивляться скорее приходится тому, что уж очень подвержены эти приборы воздействию среды. Чуть повысилась температура — и заспешили часы. Чуть понизилась — стали отставать. Где же та самостоятельность, которая должна отличать живое от неживого?
Самостоятельность нашли у краба. Краб обладает строгим суточным ритмом изменения цвета. Днем черный пигмент разливается по клеткам его спины, помогая ему прятаться в тени расселин, а ночью собирается обратно в ядра клеток, и краб бледнеет. Нескольких крабов поместили в темную комнату и стали испытывать на них перемены температуры. Ритм расширения и сокращения пигментных клеток нарушился только тогда, когда температура снизилась до нуля. Попутно обнаружилось, что наибольшее потемнение клеток каждый день наступало на пять минут позже вчерашнего. На пять минут позже наступало в тех местах и время наибольшего отлива. Так было доказано наличие часов, независимых от температуры. Эта независимость и помогает организмам приспосабливаться к среде. Каждая клетка может иметь свои собственные часы. Дитя солнца и земли, клетка чутко откликается на внешние ритмы, но будучи частичкой организма, она прислушивается и к своим собственным ритмам, порождаемым сменой тех процессов, которые происходят в организме. Чем разнообразнее эти процессы и чем активнее весь организм, тем труднее изменить его режим таким простым способом, как перемена температуры.
Весьма возможно, что ходом биологических часов управляет процесс энергетического обмена в клетках. Сотрудник Института биофизики АН СССР Е. Е. Сельков обнаружил во внутриклеточных превращениях веществ циклические явления. Гликоген превращается в пировиноградную кислоту, но и та, в свою очередь, может превратиться в гликоген. Ход встречного процесса регулируется концентрацией вещества: пока его не накопится достаточно много, реакция не пойдет. Может быть, именно из таких реакций и рождаются наши биоритмы.
Среди ученых есть сторонники внешнего происхождения биоритмов и сторонники внутреннего. Первые склоняются к тому, что организм — это пассивная система: чтобы воспринять колебательный режим, ей обязательно нужен внешний толчок. Например, суточный ритм, которому подчиняются многие процессы в организме, постоянно возбуждается вращением Земли вокруг своей оси. Сторонники же внутреннего происхождения биоритмов говорят, что если связь организма с внешним миром прервать и поместить его в искусственную среду с постоянными условиями, то его биоритмы изменят свою периодичность, отклонившись в ту или иную сторону от суточного цикла.
Одни животные настраивают свои хронометры на положение солнца, другие — на время прилива и отлива. Когда медуз накрывает прилив, они разжимаются. Положите их в бак с морской водой, где нет ни прилива, ни отлива, — они все равно будут в положенное время сжиматься и разжиматься. Краб умеет ориентироваться и на солнце, и на приливы, а некоторые рыбы — еще и на фазы луны. Птицы летят осенью на юг, поглядывая на звезды.
Чувство времени связано с химическими процессами, а на их скорость влияет температура. Биолог Жак Лёб наблюдал, как быстро стареют мухи, которых содержат при слишком высокой температуре. Рой пчел был приучен прилетать к кормушке в одно и то же время. Затем экспериментаторы взяли хинин, про который давно было известно, что он замедляет обмен веществ, отчего и служит жаропонижающим средством, и подмешали его к пчелиному корму: пчелы стали опаздывать к кормушке. Когда же им подмешали тироксин, который усиливает обмен, они примчались к кормушке раньше времени.
Во всем этом нет ничего удивительного. Раз уж жизнь организмов протекает во времени и в пространстве, должны же у них быть какие-нибудь приборы, связывающие их со временем и с пространством. Удивляться скорее приходится тому, что уж очень подвержены эти приборы воздействию среды. Чуть повысилась температура — и заспешили часы. Чуть понизилась — стали отставать. Где же та самостоятельность, которая должна отличать живое от неживого?
Самостоятельность нашли у краба. Краб обладает строгим суточным ритмом изменения цвета. Днем черный пигмент разливается по клеткам его спины, помогая ему прятаться в тени расселин, а ночью собирается обратно в ядра клеток, и краб бледнеет. Нескольких крабов поместили в темную комнату и стали испытывать на них перемены температуры. Ритм расширения и сокращения пигментных клеток нарушился только тогда, когда температура снизилась до нуля. Попутно обнаружилось, что наибольшее потемнение клеток каждый день наступало на пять минут позже вчерашнего. На пять минут позже наступало в тех местах и время наибольшего отлива. Так было доказано наличие часов, независимых от температуры. Эта независимость и помогает организмам приспосабливаться к среде. Каждая клетка может иметь свои собственные часы. Дитя солнца и земли, клетка чутко откликается на внешние ритмы, но будучи частичкой организма, она прислушивается и к своим собственным ритмам, порождаемым сменой тех процессов, которые происходят в организме. Чем разнообразнее эти процессы и чем активнее весь организм, тем труднее изменить его режим таким простым способом, как перемена температуры.
Весьма возможно, что ходом биологических часов управляет процесс энергетического обмена в клетках. Сотрудник Института биофизики АН СССР Е. Е. Сельков обнаружил во внутриклеточных превращениях веществ циклические явления. Гликоген превращается в пировиноградную кислоту, но и та, в свою очередь, может превратиться в гликоген. Ход встречного процесса регулируется концентрацией вещества: пока его не накопится достаточно много, реакция не пойдет. Может быть, именно из таких реакций и рождаются наши биоритмы.
Среди ученых есть сторонники внешнего происхождения биоритмов и сторонники внутреннего. Первые склоняются к тому, что организм — это пассивная система: чтобы воспринять колебательный режим, ей обязательно нужен внешний толчок. Например, суточный ритм, которому подчиняются многие процессы в организме, постоянно возбуждается вращением Земли вокруг своей оси. Сторонники же внутреннего происхождения биоритмов говорят, что если связь организма с внешним миром прервать и поместить его в искусственную среду с постоянными условиями, то его биоритмы изменят свою периодичность, отклонившись в ту или иную сторону от суточного цикла.