В 1937 году Альфред Лумис, Элисон Харвей и Дж. Хобарт провели электроэнцефалографическое исследование мозга. Прибор записывал электрические импульсы мозга в виде графика, «рассказывая» таким образом, что происходит с человеком, находящимся в объятиях Морфея. В результате этого эксперимента ученые впервые смогли выделить пять этапов сна, обозначив их как А, В, С, Д и Е. Собственно, и сама наука о сне – сомнология – начала формироваться во второй половине ХХ века, после создания электроэнцефалографа, когда стало возможным изучение механизмов сна и более понятным его биологическое значение.
А в 1953 году Натаниэль Клейтман и Евгений Азеринский из Чикагского университета уточнили деление процесса сна, разбив его на циклы, фазы и стадии. Ученые установили классическую «архитектуру» сна, признанную затем во всем мире гамму функциональных состояний мозга. После этого открытия в некоторых странах появились так называемые лаборатории сна, где исследовалась «структуризация» сна во всех его аспектах.
Эксперименты за свинцовыми стенами
Лаборатории сна представляли собой помещения, стены которых были обшиты тонкими свинцовыми пластинами. Так обеспечивалась полная изоляция, устраняющая шумы и электрические помехи, поступающие извне.
В центре комнаты располагалась кровать. На нее укладывался доброволец, согласившийся на проведение опыта по определению особенностей сна. Рядом находились контрольное устройство и телефон для связи с внешним миром в случае необходимости, а также магнитофон, на который испытуемый мог надиктовывать свои впечатления. От соседнего помещения, где дежурил врач, эту комнату отделяло зеркало, прозрачное с одной стороны, благодаря чему доктор мог незаметно наблюдать за своим подопечным и всем происходящим в лаборатории.
В изголовье кровати находился шлем с электродами и проводами, идущими к электроэнцефалографу, расположенному в соседней комнате. Доброволец приходил в лабораторию вечером и ложился спать, как у себя дома. Предварительно врач закреплял на голове испытуемого шлем, а затем отправлялся в соседнее помещение для наблюдения. Как только пациент располагался на кровати, врач включал электроэнцефалографическую установку.
Сначала на движущейся бумажной ленте не было видно ничего особенного. Затем постепенно появлялись редкие волны большой амплитуды, характерные для заснувшего человека.
Понадобились тысячи километров бумажных лент и множество часов, проведенных в таких лабораториях, прежде чем о процессе сна удалось получить точные сведения. Сегодня известно, что это состояние делится на повторяющиеся отдельные циклы, каждый из которых включает две фазы. Все это четко фиксирует электроэнцефалограф. Пребывание в постели в состоянии сна напоминает спуски и подъемы по лестнице, но это далеко не однородный процесс, и спим мы «фрагментами», плавно переходя с одного уровня на другой. А количество часов, проведенных в постели, не столь важно, эффективность ночного отдыха зависит от степени торможения коры головного мозга.
Медленный и быстрый сон
Такое название связано с частотой колебаний биотоков мозга во время сна. Отправляясь «на боковую», любой из нас становится своего рода архитектором собственного сна, возводя своеобразную эфемерную конструкцию, которая состоит, как уже было сказано ранее, из крупных блоков – циклов. Каждый цикл открывается фазой медленного, пассивного, или ортодоксального, сна.
Это постепенное погружение в глубокий сон не представляет собой единого целого, а складывается из разнотипных «кирпичиков» – стадий.
Когда мы начинаем засыпать, то вступаем в первую стадию – стадию спокойного сна, характеризующуюся замедлением частоты основного ритма, свойственного пассивному бодрствованию человека. Это дремота, при которой мозг посылает телу быстрые нерегулярные волны, похожие на те, какие присущи человеку в период бодрствования. Мускульное напряжение постепенно уменьшается, тело расслабляется, снижается частота сердечных сокращений и дыхания. Мы дышим спокойно, мысли о повседневной жизни скользят, как бы протекая через наше сознание, в котором возникают эфемерные образы. В мозге начинает работать тормозной механизм, предотвращающий пробуждение по малым сигналам. Пробуждение в такой стадии происходит легко и быстро, порой достаточно лишь невольно шевельнуться. Дремавший порой даже не замечает этой фазы и будет отрицать, что спал.
Вторая ступень – стадия легкого, спокойного сна, когда волны мозга становятся более длинными, веретенообразными. Они приобретают синусоидальную форму и лишь изредка прерываются внезапными проблесками мыслей. Эту стадию называют стадией сонных веретен. Частота сердечных сокращений еще более снижается, как и артериальное давление, а мозговой кровоток, температура тела и дыхание замедляются. Граница между сном и бодрствованием преодолена. Теперь уже не проснуться, даже если кто-то осторожно приподнимет веки ваших глаз – на внешние раздражители спящий не реагирует.
При погружении в третью стадию – стадию глубокого сна – на фоне «сонных веретен» появляются одиночные, так называемые дельта-волны головного мозга, а работа всех функций организма замедляется еще больше.
Наконец, спящий достигает стадии самого глубокого – дельта-сна, где дельта-волны доминируют в ритмическом узоре мозга, а давление, пульс, температура имеют минимальные значения. Спящего можно разбудить только очень сильным звуковым сигналом или толчком. Недаром анестезиологи и реаниматологи, погружая с помощью наркоза пациентов в глубокий сон, получают возможность для проведения хирургических операций.
Кстати, замечено, что неподвижность тела – необходимое условие перехода к глубокому сну, а различные движения мешают заснуть. Чем чаще человек меняет позу, тем более поверхностным остается его сон. Вообще плохо спящие люди совершают на 60 % больше движений, чем хорошо спящие.
Все вместе эти четыре перечисленные стадии образуют так называемую ортодоксальную фазу, или фазу медленного, пассивного сна, когда на электроэнцефалограмме отмечается торможение активности мозга, затихает вегетативная деятельность организма (то есть снижаются частота пульса, давление, температура).
Эта фаза занимает в среднем 26 % общего времени сна и служит для накопления сил, энергии организма и его обновления. Именно в это время происходит выработка ферментов и восстановление поврежденных клеток и систем.
Но медленный сон – только часть цикла, другим его компонентом является еще одна фаза. Каждая из них выполняет свои специфические функции. Они не взаимозаменяемы. Вторая фаза никогда не наступает сразу – прибор регистрирует ее появление лишь после периода медленного сна. А открытие этой «ступеньки» сна, которое произошло в 1953 году, было поистине сенсационным.
Евгений Азеринский, склонившись над своим подопечным, замер от удивления. Он подумал, что отошли закрепленные около глаз спящего электроды, с помощью которых измерялись и записывались вариации электрического потенциала, вызванные изменениями в движении глазных яблок. Но прибор работал нормально, в обычном режиме. Тем не менее он показывал то, чего никак не могло быть в действительности. Электроэнцефалограф фиксировал колебания, доказывающие, что спящий переводит свой взгляд из стороны в сторону, словно наблюдает за проходящими перед его глазами событиями.
