Сон как биологическая адаптация - с точки зрения нейрофизиологии

Сон — это не пассивный процесс, возникающий из-за снижения сенсорной стимуляции. Исследования сенсорной депривации показали, что во время изоляции в помещении, куда не проникают звуки, испытуемые спят меньше, а не больше. Сон не является заменой другой деятельности.

В данной и последующих статьях на сайте мы рассмотрим три современные концепции сна -сон как адаптация, восстановительная функция сна и сон как средство для реорганизации памяти.

Было получено множество доказательств того, что сон представляет собой адаптивное поведение, возникшее в процессе эволюции как результат взаимодействия биологического вида со средой обитания. Сон можно рассматривать как одну из энергосберегающих стратегий, позволяющих выжить в период ограниченного доступа к пище.

Если пища, которой питаются представители вида, имеет высокую энергетическую ценность, животные тратят меньше времени на добывание пищи и больше времени на сон. На связанное со сном поведение также влияет то, относятся ли представители вида к хищникам или к жертвам. Хищник может себе позволить спокойно спать; жертва спит мало, поскольку она должна оставаться настороже, чтобы в любой момент вступить в бой или убежать (рис. 1).

Рисунок 1. Не беспокоить. Биологические теории сна гласят, что сон представляет собой энергосберегающую стратегию, которая одновременно выполняет ряд других функций, например обеспечивает безопасность в ночное время

Животные, ведущие строго ночной или дневной образ жизни, могут спать в то время суток, когда им трудно передвигаться. Демент (Dement, 1972) сформулировал это так: «Мы спим, чтобы не натыкаться на предметы в темноте».

На рисунке 2 представлена средняя продолжительность сна для хорошо знакомых нам видов животных. Травоядным, в том числе ослам, лошадям и коровам, приходится тратить много времени на поедание пищи, чтобы прокормить себя. Для этих животных адаптивными являются продолжительное бодрствование и относительно короткий сон.

Рисунок 2. Средняя продолжительность сна. На продолжительность сна влияют время, затрачиваемое на добывание пищи, и вероятность стать добычей хищника

Поскольку эти виды также можно отнести к жертвам, продолжительное бодрствование и относительно короткий сон являются адаптивными, так как позволяют наблюдать за хищниками. Плотоядные, в том числе домашние кошки и собаки, поедают пищу с высокой энергетической ценностью, поэтому они могут потреблять дневную или даже недельную норму пищи за один прием. Этим животным не нужно постоянно есть; отдых позволяет им сохранять энергию, они не подвергаются высокому риску нападения хищников, поэтому для них адаптивным является большая продолжительность сна.

Поведение некоторых животных может показаться странным, поэтому для понимания связанного со сном поведения животного необходимо изучить его образ жизни. Опоссумы, которые проводят значительную часть своей жизни во сне, вероятно, используют энергосбережение как стратегию выживания. Для человека характерна средняя продолжительность сна. Поскольку мы всеядны и редко становимся добычей хищников, наш сон длиннее, чем у травоядных, и короче, чем у плотоядных.

Сон может выполнять энергосберегающую функцию, поскольку во время сна энергия не расходуется на движение или поддержание позы. Мозг -основной потребитель энергии; отключение мозга во время сна, в особенности, в фазе медленноволнового сна, обеспечивает ее сохранение. Снижение температуры тела во время сна способствует замедлению метаболизма — это можно наблюдать на примере гибернации (спячки), во время которой температура тела животного резко снижается.

1. Основной цикл покоя—активности. Для более полного описания концепции сна нужно рассматривать не сон вообще, а фазы медленного и быстрого сна. До открытия фазы быстрого сна Клейтман (Kleitman) утверждал, что у животных существует основной цикл покоя—активности, длительность которого у человека составляет около 90 мин (см. Dement, 1972). В основу гипотезы Клейтмана легло наблюдение, что у новорожденных детей частые периоды кормления чередуются с периодами сна.

Как показано на рис. 3, поведение взрослых людей указывает на то, что периоды активности и покоя образуют 90-минутные циклы. Школьные уроки, периоды работы, тренировки, приемы пищи, перерывы на кофе и перекусы укладываются в интервалы длительностью около 90 мин.

Рисунок 3. Поведенческие ритмы. В нашем поведении доминируют ритм покоя — активности (обозначен красным), который обеспечивает изменение уровня нашей активности в течение дня, и цикл сна (обозначен фиолетовым), обеспечивающий смену фаз медленного и быстрого сна в течение ночи

Открытие того, что интервал между периодами быстрого сна составляет около 90 мин, говорит в пользу того, что цикл сна можно рассматривать как продолжение цикла покоя—активности. Данная гипотеза предполагает, что периоды потребления пищи являются периодами активной мозговой деятельности, совсем как периоды быстрого сна.

Клейтман утверждал, что ритм покоя—активности фундаментален и потому не может исчезнуть. Соответственно, чтобы ночной сон не прерывался периодическими пробуждениями (или даже перекусами), тело парализует, а активным остается только мозг. Давайте проведем аналогию с автомобилем: вместо того чтобы отключить потребляющий топливо автомобильный двигатель, остановившись перед светофором, мы используем педаль тормоза, чтобы автомобиль не двигался на холостом ходу. В фазе быстрого сна функцию тормоза выполняет препятствующая движению атония.

- Читать далее "Сон как восстановительный процесс - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 29.10.2023