Еще одна важная в этом деле структура мозга – гипоталамус. Гипоталамус тоже находится в стволе мозга, но уже в промежуточном отделе. Гипоталамус имеет нервные клетки, активные днем, и клетки, активные ночью. «Дневные» клетки посылают сигналы в центры бодрствования, «ночные» работают с центрами сна.

Но как гипоталамус узнает, когда день, а когда ночь?

Регуляция происходит при помощи супрахиазматического ядра. Это древняя зрительная структура, грубо говоря. Нервные клетки этого ядра отслеживают суточные ритмы освещенности. То есть, собственно, супрахиазматическое ядро и контролирует наш 24-часовой ритм, он же циркадный ритм, он же биологические часы.

Сигнал об отсутствии света идет от нейронов сетчатки глаза через гипоталамус в эпифиз, где в течение дня вырабатывался серотонин. Серотонин толкает ГАМК-нейроны (нейроны торможения нервной системы), сообщает им, что пора бы сворачивать активность. И начинается затухание восприятия внешних факторов. А вот уже в темноте из серотонина синтезируется так называемый «гормон сна». Оказывается, серотонин – нейромедиатор-хамелеон, днем он выступает за любую активность, а ночью перевоплощается в мелатонин.

Но мелатонин вырабатывается не постоянно в течение дня. Сначала должна накопиться усталость. За неё отвечает нейромедиатор аденозин. Аденозин ингибирует (захватывает) молекулы, высвобождающиеся во время активного бодрствования. То есть собирает в одну кучу отходы жизнедеятельности мозга. Таким образом, побочные продукты потребления организмом энергии накапливаются, и мы испытываем усталость.

Мелатонин сам по себе не создает сон, он сообщает организму, что пора бы поспать. Его концентрация плавно возрастает в сумерки, достигает максимума около четырех-пяти утра по местному солнечному времени, после чего медленно снижается. С рассветом, который дает эпифизу сигнал перекрыть кран с мелатонином, начинает продуцироваться кортизол (да-да, тот самый, что известен как «гормон стресса»), и мы просыпаемся. Мозг сообщает организму: «баланс усталость-отдых восстановлен, накопленный ресурс бодрости снова можно растрачивать».

Центральное серое вещество

Только что мы говорили о пробуждении-засыпании в зависимости от работы биологических часов и влиянии на них внешних факторов, в частности, количества солнечного света. Но есть же и внутренние факторы.

В ретикулярной формации есть нейроны, настроенные на работу и со внутренней средой, которые реагируют на усталость, насыщение, болезнь и т.д. Сонливость появляется в результате того, что эти факторы активируют ретикулярные ядра продолговатого мозга, от них сигнал уходит на центральное серое вещество. А серое вещество дает всеобщую команду «спать!»

Вывод

Итак, система сон-бодрствование работает в соответствии с врожденными циркадными ритмами, на которые влияют внешние и внутренние раздражители. И вся эта деятельность контролируется четкой и слаженной работой гормонов и нейромедиаторов.

Как вообще выяснили, что сон – это именно сон, а не просто особая форма бодрствования?

Наш мозг – это сложная система взаимодействия нейронов. Такое взаимодействие называется биоэлектрической активностью мозга. Ее можно измерить с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Многие знакомы с этой процедурой, когда на голову надевают шапочку-сеточку и вставляют в нее датчики-электроды. С помощью этих датчиков с отделов мозга считываются электрические волны, отражающие активность нейронов. Среди волн есть альфа, бета, тета, сигма и другие.

Так вот, оказалось, что электрические волны сна отличаются от волн бодрствования. И это не единственное отличие. О других отличиях поговорим ниже. Спойлер: в деле снова гормоны.

Структура сна: циклы, фазы, стадии сна

Сон – это не просто состояние без сознания, а четко структурированный процесс. Кроме того, что сон зациклен с бодрствованием, он и сам по себе цикличен.

Один цикл сна включает две фазы: медленный сон (Non-REM) и быстрый сон (REM, БДГ, фаза быстрых движений глаз, парадоксальный сон). Фазы поочередно сменяют друг друга.

Своё название фазы сна получили по быстрым и медленным электрическим ритмам.

Как только мы засыпаем начинается фаза медленного сна. Это фаза восстановления сил и отдыха. Состоит из следующих стадий:

– засыпание, состояние дремоты, медитативное состояние;

– поверхностный сон, когда человека легко разбудить. Момент перехода к глубокому сну. Если человека разбудить, он будет думать, что не спал совсем;

– глубокий медленный сон с двумя подтипами в зависимости от колебаний дельта-волн. Дельта-сон – это период, когда наиболее вероятно снохождение и разговоры во сне.

Затем наступает фаза быстрого сна, когда мы видим сновидения. Последние исследования показывают, что мы видим сновидения и во время медленного сна, но они короче и не такие интенсивные.

Волновая активность мозга в фазе быстрого сна почти не отличается от активности периода бодрствования. Рисунок ЭЭГ при бодрствовании и быстром сне практически идентичен, разница заключается в гормонах. Во время бодрствования в мозге преобладают моноамины (норадреналин, серотонин и гистамин), а во время быстрого сна – ацетилхолин и глутамат, что и обеспечивает парадоксальность такого состояния – высокую активность мозга при внешнем покое.

50% времени сна уходит на неглубокий сон, а вот остальные 50% примерно поровну распределены между двумя фазами сна: медленной глубокой и быстрой.

Один цикл длится примерно 90 минут. За ночь взрослый человек при 8-часовом сне проходит примерно 5 циклов. В первом цикле по времени преобладает медленная фаза, а в последней фазе, наоборот, преобладает период быстрых движений глаз. Предполагается, что медленная фаза в большей степени отвечает за физическое восстановление, а быстрая – за психическое.

Что происходит между циклами?

Сейчас важный вопрос. А что происходит между циклами? Один цикл закончился и…? Оказывается, циклы отделяются микропросыпаниями. Что это? Зачем это?

Вернемся к тому, что человек во время сна крайне уязвим для голодных саблезубых тигров. Хорошо бы иметь какой-то способ контролировать ситуацию: все ли тут в порядке, пока я сплю? Поэтому наша двигательная кора всегда на страже одним глазом.

Еженощно каждый человек просыпается всякий раз после завершения одного цикла сна. В норме мы этого не замечаем. Исследователи предполагают, что в этом может заключаться одна из функций быстрого сна – подготовка тела к окончательному пробуждению.

Это очень важная информация. Особенно она важна для тех, кому кажется, что он не спит сутками. Дело в том, что есть люди, которые во время этих микропросыпаний умудряются себя полностью взбудоражить, разбудить. И те микропросыпания, которые должны длиться несколько мгновений, растягиваются на 15 минут нового засыпания. А если хорошенько на этом зациклиться, то можно не уснуть и в течение пары часов.

Но и это еще не все. На протяжении всей ночи наблюдаются короткие пробуждения после или во время фазы быстрого сна. Каждую ночь каждый из нас просыпается не меньше сотни раз. Каждое микропросыпание длится меньше 15 секунд и происходит примерно каждые пять минут. Они не влияют на то, насколько человек чувствует себя выспавшимся, не связаны с пробуждением от кошмара или с тем, что его что-то разбудило, например, шум от соседей. Это опять же проверка безопасности.

Спонтанные пробуждения связывают еще и со случайной электрической активностью в определенном наборе нейронов мозга, которые названы «нейронами, способствующими пробуждению».

Дело в том, что, даже когда мы спим, нейроны непрерывно работают, хотя и на низком уровне электрической активности. Иногда эта электрическая суета случайно активирует «нейроны пробуждения». Тогда человек просыпается рывками. Но этому противостоят нейроны, способствующие быстрому засыпанию.