Философский метод не подошел для того, чтобы объяснить природу сна: возникла необходимость проводить научные эксперименты. И наиболее логичным стал подход через лишение сна – ведь, чтобы понять, насколько нам что-то нужно, этого следует сначала лишиться. Или лишить кого-то другого. Опыты с лишением сна называют депривацией (с латинского буквально так и переводится – «лишение»). Первые в мире исследования такого рода были проведены Марией Михайловной Манасеиной. Она была врачом и выдающимся ученым своего времени – занималась проблемами алкогольного брожения, воспитания детей и гигиены. В 1892 г. Мария Михайловна написала книгу, посвященную вопросам сна, – «Сон как треть жизни человека, или Физиология, патология, гигиена и психология сна»
. Она провела самые первые опыты по лишению сна животных – эксперименты были выполнены на 10 щенках 2–4-месячного возраста, которых поддерживали в состоянии постоянного бодрствования, лаская и заставляя непрерывно двигаться. Это привело к гибели всех животных в течение пяти суток, причем чем моложе был щенок, тем быстрее наступала смерть. Обследование мозга погибших собак обнаружило значительные изменения – кровоизлияния, разрушение сосудов, дегенерацию мозговой ткани. Сравнив эти данные с картиной мозга собак, погибших от голода, Мария Михайловна сделала вывод, что сон для организма важнее пищи, а причиной гибели животных назвала «нарастающее утомление». Она предположила, что главным назначением сна является восстановление деятельности мозга, поскольку именно в этом органе отмечались наибольшие повреждения в результате нехватки сна
. После публикации работы в итальянском научном бюллетене долгое время считалось, что опыты проводил какой-то француз de Manacéïne или немец von Manassein, и только в XX в. благодаря усилиям В. М. Ковальзона правда о личности забытого основателя отечественной сомнологии восторжествовала.
Работа Манасеиной повлияла на формирование методики депривации сна – ее повторили другие ученые, добравшиеся, наконец, и до человека. Значение исследований Марии Манасеиной признается в мире, несмотря на то что выполненные на современном уровне опыты по лишению животных сна опровергли первоначально сделанные Марией Михайловной выводы. В настоящее время установлено, что столь выраженные изменения мозговой ткани животных были следствием не столько лишения сна, сколько воздействия стресса, когда животных сутками заставляли находиться в неестественных условиях.
Щадящий подход к лишению животных сна был реализован значительно позднее в лаборатории американского исследователя Алана Рехтшаффена в 1983 г. и получил название «карусель Рехтшаффена». В рамках этого опыта в установку помещались две крысы. Когда одна из них засыпала, диск, снабженный вертикальной неподвижной перегородкой, начинал медленно вращаться, и от столкновения с перегородкой спящая крыса сбрасывалась в воду, от чего тут же просыпалась. Вторая крыса жила одновременно на том же диске, в тех же условиях, но в воду не падала – таким образом, она служила «спаренным контролем», поскольку испытывала те же воздействия, кроме лишения сна. Сравнивая продолжительность и структуру сна у обоих животных, можно было точно определить последствия лишения сна в чистом виде. Одни и те же несильные физические воздействия применялись и к депривируемой, и к спаренной контрольной крысам. Разница заключалась лишь в том, что у депривируемой крысы механические воздействия были строго приурочены к моменту наступления сна. У спаренного же животного такие воздействия оказывались квазислучайно распределенными во времени. Поэтому спаренная крыса могла отсыпаться в те периоды, когда депривируемое животное проявляло поведенческую активность и диск оставался неподвижен.
В результате пребывания на карусельном диске был выявлен разительный контраст между депривированными и спаренными животными. У спаренных животных суточная представленность сна во время депривации была снижена примерно на 30 %. Никаких нарушений внешнего вида, поведения, обмена веществ, а также со стороны внутренних органов (по результатам вскрытия) не отмечалось. Круглосуточная, почти полная депривация всего сна примерно через три недели (от 11 до 32 дней у разных животных) приводила к неизбежной смерти подопытного. При этом состояние погибшей крысы описывалось набором специфических признаков. Прежде всего по ходу эксперимента начинала уменьшаться масса тела на фоне увеличенного потребления пищи, что, безусловно, свидетельствовало о резком снижении эффективности пищеварения. Животные приобретали истощенный вид, на коже их лап и хвоста появлялись многочисленные изъязвления. В какой-то момент происходило повышение, а затем выраженное снижение внутрибрюшинной температуры тела. В конечном итоге резко изменялась электроэнцефалограмма – она становилась совершенно плоской, т. е. активность нейронов была минимальной. После этого животные больше не засыпали и примерно через сутки погибали. Вскрытие погибших животных выявило многочисленные язвы всего желудочно-кишечного тракта.
Проведя исследования депривации сна на вращающемся диске, ученые не смогли подтвердить результаты опытов М. М. Манасеиной – у крыс, которые в результате этих опытов погибали, изменения в мозге были минимальными: «Наверное, единственным органом, в котором не было обнаружено видных невооруженным глазом отклонений от нормы, был мозг»
, – пишут исследователи
[3]. В то же время отмечалось значительное поражение внутренних органов. Это наталкивает на мысль, что состояние сна исключительно важно, прежде всего, для обеспечения деятельности внутренних органов, а не головного мозга. Причиной гибели животных в данном случае называли развитие окислительного стресса во внутренних органах. При этом химическом процессе внутри клетки образуются высокоактивные молекулы, которые стремятся вступить во взаимодействие «со всем подряд», мешая, таким образом, протеканию естественных, необходимых для жизни реакций, или же, соединяясь с молекулами клеточной стенки, нарушают ее целостность, что приводит к гибели клетки. Экспериментально возникновение окислительного стресса из-за нехватки сна было показано в 2008 г. на клетках печени
. Авторы исследования сделали вывод, что снижение в клетках печени уровня фосфолипида, важнейшего компонента клеточных мембран, происходит из-за специфического влияния утраты сна, а не из-за ослабления физической активности или ограничения питательных факторов. По мнению российского ученого Ивана Николаевича Пигарева, результаты экспериментов лаборатории А. Рехтшаффена и его последователей поставили под сомнение доминирующее представление о том, что сон необходим для обеспечения высших интеллектуальных функций, памяти, сознания. «Стало очевидно, что основное назначение сна – это в первую очередь обеспечение нормального функционирования висцеральных систем организма»
.
Иван Николаевич развивает оригинальную концепцию, которая получила название «висцеральная теория сна». В 1994 г., «почти случайно» (слова Пигарева), при исследовании деятельности первичной зрительной коры у кошки он обнаружил, что, когда кошка засыпала, нейроны изучаемой области мозга продолжали работать, несмотря на то что видеть во время сна животное ничего не могло, поскольку его глаза были закрыты
(«первичной» зрительная кора называется потому, что непосредственно получает сигнал от зрительного анализатора). Профессор Пигарев предположил, что во время сна происходит переключение путей поступления сигнала: мозг начинает обрабатывать сигналы, которые поступают не извне (поскольку сон как раз и характеризуется снижением возможности реагировать на внешние раздражители), а изнутри – поток информации во сне идет из внутренних органов. При этом те области мозга, которые в бодрствовании занимаются обработкой сигналов, приходящих из внешнего мира, во сне, «чтобы не простаивать», начинают обрабатывать информацию от сердца, кишечника, печени и других органов, выполняя, по-видимому, какую-то важную восстановительную функцию. С точки зрения И. Н. Пигарева, мозг – это своего рода процессор, которому все равно, какого рода информацию обрабатывать, а состояние сна, по крайней мере медленноволнового, позволяет перевести этот «переключатель» в положение, когда информация начинает поступать в мозг преимущественно со стороны внутренних органов.
