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.
Третий ареал играет особую роль у людей, страдающих внезапными приступами сна — нарколепсией. Здесь, в боковом гипоталамусе, собрано несколько десятков тысяч нервных клеток, вырабатывающих нейромедиатор орексин, или гипокретин. Это вещество ученые выделили лишь в 1998 г. у страдающих нарколепсией собак
[1]
. Если орексина слишком мало или если не хватает соответствующих ему молекул-рецепторов, возникает редкостная болезнь, когда человек днем ни с того ни с его внезапно глубоко засыпает и так же быстро вновь пробуждается.
Эти симптомы лишний раз доказывают, как уязвима для помех наша сеть сон-бодрствование, стоит лишь немного вывести ее из равновесия. А главное — они наглядно демонстрируют, что произойдет, если переход от бодрствования ко сну осуществится внезапно, помимо непрерывного процесса постепенного утомления и нарастания глубины сна.
Дело в том, что сеть регуляции сна функционирует как клавишный переключатель, способный только включать или выключать — без всяких промежуточных возможностей. Это система, не знающая переходных фаз, устойчивая лишь в одном из двух крайних состояний. Самое важное здесь то, что центры засыпания и возбуждения взаимно блокируют друг друга. Как только одна из сторон получает преимущество, вся система моментально переходит в противоположное состояние. В том, чтобы она не переключалась поминутно туда-обратно, особую роль играет, судя по всему, нервный узел, производящий орексин. Он возбуждает все центры бодрствования, не подавляя при этом центр сна. Этот небольшой дисбаланс осложняет коммутатору переключение как раз настолько, чтобы мы относительно редко переходили от сна к бодрствованию и наоборот.
Для того чтобы нам удалось заснуть, система возбуждения (arousal-system) должна ослабнуть, а активность центра сна в то же время — усилиться. Этот процесс, протекающий обычно очень медленно, знаком нам как постепенно нарастающее утомление. В первой стадии сна переключатель на несколько мгновений зависает на переходе и несколько раз колеблется взад-вперед.
Переключатель сна: Слева: когда мы бодрствуем, центры активности блокируют центр засыпания (ВЛПО). Орексиновая система (ORX) стабилизирует состояние. Справа: когда мы спим, центр засыпания блокирует центры активности и орексиновую систему.
Иногда сон все-таки нападает на нас неожиданно, например когда вечером после утомительного дня мы садимся перед телевизором. В этом виновата главным образом система возбуждения. Она дает нам возможность до позднего вечера сосредоточено работать, несмотря на уже весьма сильную в это время активность центра сна. Пока мы заняты решением важных интеллектуальных или физических задач, возбуждающие нервы в стволе мозга работают на полную мощность, и переключатель, словно приклеенный, стоит в положении бодрствования.
Но как только возбуждение спадает, например потому, что работа сделана и мы удобно расположились в кресле перед телевизором, усталость охватывает нас намного быстрее и внезапнее, чем обычно. Центр засыпания, давно уже подспудно работавший с большим напряжением, наконец берет свое.
Этот процесс может таить в себе опасность для жизни в том случае, если человек после утомительного рабочего дня должен в одиночестве добираться домой на машине, покрывая большое расстояние. Ведь управление автомобилем на шоссе — очень монотонное занятие, не предполагающее ни всплесков напряжения, ни развлечения. Возбуждение в нашем мозге неизбежно угасает с такой же скоростью, как перед телевизором. Вот только засыпание на автостраде при скорости 150 км/ч может закончиться несравненно хуже, чем в кресле перед экраном.
Засов для сознания
Фатальная семейная инсомния — крайне редкое врожденное нарушение, в силу которого отмирают определенные нервные клетки в промежуточном мозге. Как и болезнь Крейцфельда-Якоба, или «коровье бешенство» (BSE, bovine spongiform encephalopathy), она вызывается так называемыми прионами. Во всем мире насчитывается лишь несколько десятков семей, где передается по наследству ответственный за это нарушение ген. Человек, у которого один из родителей болен, с 50 %-й вероятностью заболеет тоже, как правило, по достижении среднего возраста.
