Свободно текущие ритмы - с точки зрения нейрофизиологии

То, что поведению присуща ритмичность, не значит, что им управляют только биологические часы. Животные могут откладывать миграцию, пока у них есть доступ к корму. Они корректируют свои циркадные ритмы в зависимости от доступности пищи, присутствия хищников и конкуренции с другими представителями своего вида. Суточная активность человека также меняется в зависимости от смены сезона, рабочего графика и доступности развлечений.

Таким образом, необходимо проверить экспериментально, в какой мере биологические часы отвечают за производство ритмического поведения и управление такими формами поведения.

Чтобы определить, действительно ли биоритмы задаются биологическими часами, исследователи могут провести один из множества тестов, предполагающих изменение условий среды. Тест может быть проведен в условиях: 1) постоянного освещения, 2) освещения с переменной яркостью, 3) постоянной темноты, 4) выбора освещенности участником исследования или 5) регламентированного времени приема пищи, активности и сна. Различные решения позволяют получить разные данные о биологических часах.

Ашофф (Aschoff, 1978) впервые продемонстрировал, что у человека циклом сон—бодрствование управляют биологические часы, которые определяют его периодичность. Ашофф и его коллеги позволили участникам исследования самим устанавливать продолжительность светлого и темного времени суток. Исследование проводили в подземном бункере, где ничто не напоминало о начале или завершении светового дня. Участники самостоятельно выбирали время активности и время сна — они включали и выключали свет, когда хотели. Другими словами, им предоставили возможность самостоятельно выбрать продолжительность дня и ночи.

Измерение текущего поведения и регистрация периодов сна с помощью установленных на кроватях датчиков показали, что у участников исследования сохранялись суточные ритмы сна и бодрствования. Результаты исследования подтвердили существование в организме человека эндогенных биологических часов, регулирующих продолжительность периодов сна и бодрствования. Тем не менее, как показано на рис. 1, сравнение биоритмов продемонстрировало различия между биоритмами, зарегистрированными до и во время изоляции.

Рисунок 1. Свободно текущие ритмы у человека. Запись для 1-3 суток демонстрирует суточные циклы сна и бодрствования в условиях естественной смены дня и ночи. Запись для 4-20 суток демонстрирует свободно текущий ритм, который установился за время изоляции участника в бункере с возможностью самостоятельно контролировать продолжительность дня и ночи. Период суточного ритма увеличился с 24 до 25,9 ч. В течение 21-25 суток период суточного ритма возвращается к 24 ч, после того как участник снова попадает в условия естественной смены дня и ночи.

Хотя до начала и после завершения эксперимента периодичность цикла сон—бодрствование у участников составляла около 24 ч, во время эксперимента она увеличилась до 25-27 ч — различия были обусловлены индивидуальными особенностями участников.

Каждую «ночь» участники ложились спать на 1-2 ч позже. Вскоре они начали просыпаться в то время, когда находившиеся вне бункера экспериментаторы ложились спать. Очевидно, что у испытуемых произошло смещение цикла сон-бодрствование. Такое смещение циклов называют свободно текущими ритмами — их периодичность обусловлена особенностями организма.

Последующие исследования показали, что у человека период свободно текущих ритмов не такой длинный, как описанный в работах Ашоффа. Поскольку участники эксперимента могли контролировать освещенность в помещении, где находились, свет влиял на выраженность фаз цикла, увеличивая время бодрствования.

При проведении эксперимента с воздействием факторов, более точно регулирующих поведение, таких как свет, время приема пищи, температура и время сна, средняя периодичность свободно текущих ритмов у человека ориентировочно составила около 24,1-24,2 ч (Phillips et al., 2011).

Периодичность свободно текущих ритмов также зависит от образа жизни представителей вида. Эксперимент с ведущими ночной образ жизни хомяками, помещенными в условия постоянной темноты, показал, что периодичность их суточного ритма немного меньше 24 ч; когда хомяков помещали в условия постоянной освещенности, периодичность их суточного ритма была немного больше 24 ч.

Эксперименты на близких видах животных в условиях постоянной темноты показали, что у крыс период немного удлиняется, а у мышей - немного укорачивается. Как показано на рис. 2, у некоторых дневных животных суточные ритмы могут сдвигаться в противоположных направлениях (Binkley, 1990).

Рисунок 2. Свободно текущие ритмы у дневного животного.

Когда ведущих дневной образ жизни воробьев помещают в условия постоянной темноты, период их суточного ритма становится немного больше 24 ч; когда воробьев помещают в условия постоянной освещенности, период их суточного ритма становится немного меньше 24 ч. Таким образом, для определения периода суточного ритма любого вида или состояния необходимы экспериментальные исследования.

- Читать далее "Цайтгеберы - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 25.10.2023