Сън

КАКВО Е СЪНЯТ?

Доктор на биологическите науки Елена Наймарк
«Новини от областта на науката и техниката» №7-8, 2005

В продължение на цели две хиляди години човечеството се е задоволявало с формулировката на съня, изказана от Аристотел, която гласи, че сънят е половин смърт. В продължение на две хиляди години само философите са се опитвали да определят същността на илюзорния свят на съня. Ситуацията се е променила само тогава, когато хората започнали да смятат мозъка за вместилище на душата и разума. След разпространението на теориите на Дарвин и Фройд човекът се е освободил от налагания му дотогава божествен образ, а учените са започнали да изучават механизмите на функционирането на организма и мозъка. По това време хората са вярвали в науката, а организмът е изглеждал в представите на учените като някакъв сложен апарат. Смятало се е, че ако разбереш от какви съставни части е направен този апарат, то ще можеш да разкриеш тайната на живота и разума, т. е. във функционирането на организма и мозъка няма нищо свръхестествено. Томас Едисън е вложил всичките си средства в създаването на новата тогава рентгенова техника. Той искал да направи рентгенови снимки на главата си и да види по какъв начин работи мозъкът му. Томас Едисън направил рентгенови снимки на главата си, но не видял нищо особено, а хората възприемали експериментите му като нещо забавно и напълно естествено. По това време мозъкът се смятал за водеща структура както на мисловния процес, така и на съня.

Дълго време се е смятало, че сънят просто служи за отдих на претоварения през деня мозък и го предпазва от преждевременно износване. Освен това се е смятало, че по време на сън си почива не само мозъкът, но и мускулите и костите. Тази проста теория обаче не съответства на фактите.

Още в средата на ХХ век учените са изчислили, че метаболизмът на мозъка при спящ човек е само с 10-15% по-нисък, отколкото по време на лека дрямка, като в същото време изморените мускули могат да си починат и в състояние на покой. Следователно, организмът изобщо не се нуждае от този отдих, по време на който той прекарва една трета от живота си беззащитен и гладен. Естественият подбор не би рискувал живота на индивида само заради 10% ефективност на отдиха, защото например животните по време на сън не могат да реагират на потенциалната опасност или бързо да се ориентират в ситуацията, докато коварните им врагове винаги вършат черните си дела в мрака на нощта... Затова естественият подбор би трябвало да се замисли върху проблема за беззащитността на спящите индивиди и вместо такива безопасни, но и сложни за създаване убежища за сън като бърлоги и гнезда, да създаде универсално спящо животно, което е способно да реагира на опасността дори по време на сън. Естественият подбор обаче незнайно защо не го е направил.

Тези изчисления и разсъждения водят до заключението, че сънят не е просто отдих, а особено състояние на мозъка, което се отразява върху специфичното поведение на живото същество. Първо, спящото животно заема характерна за вида си поза за сън; второ, двигателната му активност рязко се понижава; трето, живото същество престава да реагира на външни дразнители, но може да се събуди след външна или вътрешна стимулация. Като се вземат предвид тези външни признаци на съня се оказва, че повечето животни спят, както висшите, така и нисшите.

Жирафите спят на колене като слагат шията върху краката си; лъвовете спят по гръб и слагат предните лапи върху гърдите си; плъховете спят на една страна и слагат опашката върху главата си. Лисиците спят по същия начин. Прилепите спят надолу с главата. Всеки човек е виждал как спят котките — на една страна с протегнати лапи. Кравите спят прави и с отворени очи. При делфините и китовете само едното полукълбо на мозъка им спи по време на сън, защото иначе те могат да „проспят” поредното си вдишване и да се удавят.

„Сънните” навици на птиците също са много разнообразни, но за разлика от млекопитаещите, птиците запазват по-голяма двигателна активност и мускулен тонус. Птиците могат да спят легнали, прави и дори при мътене на яйцата. Освен това много птици могат да спят във въздуха, защото презокеанските полети са много изморителни и те трябва да си почиват по време на полет. Мигриращите птици спят по следния начин: на всеки 10-15 минути една от птиците влиза в средата на ятото и заспива, като се носи от въздушния поток, който се създава от другите птици. След това мястото й заема друга птица. Птиците могат да спят не само във въздуха, но и във водата: патиците например спят без да излизат на брега. Папагалите спят с главата надолу.

Известно е, че спят не само топлокръвните животни, но и студенокръвните — гущерите, костенурките и рибите. По-рано хората са смятали, че студенокръвните животни не спят, а просто стават неактивни през нощта. Това донякъде е вярно, защото когато температурата на околната среда се понижава, заедно с нея пада и температурата на тялото на студенокръвните животни, метаболизмът също се понижава, и животното става вяло, като вследствие на това заспива. Оказва се обаче, че те заспиват не само при понижаване на метаболизма, защото рептилиите заспиват и при постоянна температура.

Раците и насекомите също спят, като техният сън отговаря на същите външни критерии, които важат и за висшите животни. Преди пет години Джоан Хендрикс от университета в Пенсилвания е успяла да заснеме с видеокамера как спят мухите дрозофили. Оказало се, че през нощта те спят в продължение на 4-5 часа, а през деня – около час и половина, т. е. общо през денонощието плодовите мушици спят около 8 часа. Преди сън те се отдалечават една от друга, намират си някое удобно място, отвръщат главата си от храната, лягат по корем и заспиват. По време на сън само крачетата им помръдват, а коремчето се движи в такт с дишането. Не ви ли прилича това на сън на изморен човек?

Както са показали многобройни изследвания през последните години, сънят при животните е свързан с така наречените циркадни ритми. В организма на живото същество съществува специален „биологичен часовник”, като циферблатът му обикновено е по-малък или по-голям от 24 часа. Точно това е циркадният цикъл. Този часовник „се навива” от специални фотозависими белтъчини. Дневната светлина активира чувствителните към светлина рецептори, които, от своя страна, активират група мозъчни неврони с работещи часови гени. Часовите гени синтезират специални белтъчини, като функцията на тези часови белтъчини се състои в потискане работата на часовите гени. По този начин се получава саморегулираща се обратна връзка: колкото повече часови белтъчини са синтезирани, толкова е по-малка работата на часовите гени. Това продължава, докато часовите гени не спрат да работят, което, от своя страна, води до прекратяване синтезирането на белтъчини. С течение на времето тези белтъчини се разрушават, а часовите гени започват отново да работят. Циркадният цикъл обикновено зависи от продължителността на светлинния ден.

 

Часова белтъчина KaiA

Часова белтъчина KaiA (изображението е от сайта yosemite.tamu.edu)


Интересното е, че часовите гени на мухите дрозофили и млекопитаещите много си приличат, което означава че циклите на съня и будното състояние имат много древен произход. Доколко са древни обаче ще покажат бъдещите генетични изследвания на циркадните цикли. Не е изключено да се окаже, че дори и микробите спят. Наскоро истинска сензация е предизвикало откритието на гените на краткия сън при мухите дрозофили. Техните гени много приличат на гените на краткия сън при хората. Според английския сомнолог Джеръм Сигел, гените на краткия сън се предават по наследство. Притежателите на тези гени спят много малко, около 4-5 часа, но все пак си остават жизнерадостни и дееспособни. Мухите дрозофили, които притежават гени на краткия сън, обаче живеят по-малко. Те умират 2–3 седмици по-рано от другите мухи дрозофили. Може би и хората, които имат гени на краткия сън, живеят по-малко от другите. Наполеон, например, е спал много малко и е умрял само на 52 години. Доста вероятно е, че ранната му смърт е била причинена не от депресията и самотата, а от увредени часови гени. Засега обаче това си остава само една хипотеза.

Сънят е доста сложно явление и не се състои само в проявите на циркадните ритми, защото както животните, така и човекът могат да спят дори тогава, когато осветеността не се сменя. Това явление е било проверено още през 1962 година от основателя на науката за циркадните ритми Юрген Ашоф. Той предложил на синовете си да стоят на тъмно в продължение на две денонощия. По време на целия експеримент децата заспивали напълно нормално, независимо от това, че денонощният им ритъм се беше изместил с половин час. Впоследствие тези изследвания са били потвърдени с многобройни експерименти. Всъщност, учените биха могли да минат и без тези експерименти, защото животните от Северния полюс могат да поддържат денонощен ритъм на съня дори по време на полярния ден. Наскоро изследователите Юли Шиблер и Майкъл Менакър са открили прост начин за изместване на циркадната периодичност. Когато плъховете, които в естествени условия ядат през нощта, започват да се хранят през деня, циркадният ритъм при тези нощни гризачи за кратко време става противоположен. Експериментите с хора показали същите резултати, така че ако човек трябва дълго време да работи през нощта, то най-добре е да започне и да се храни през нощта. По този начин организмът сам се пренастройва по естествен път. Механизмът на това явление обаче засега си остава загадка.

И така, за един век учените са изяснили, че повечето животни спят, т. е. не просто си почиват, а изпадат в особено състояние, което косвено е свързано с денонощните ритми. Какво представлява това особено състояние?

 

ЕЕГ в помощ на сомнолозите

 

Използването на електроенцефалографи е направило истинска революция в науката за мозъка. Електроенцефалографията е позволила на учените да видят онова, което става в мозъка, нещо, което Едисън навремето не е успял да направи с помощта на рентгена. Всяка невронна активност е свързана с възникването и предаването на електрически потенциали, които могат да бъдат регистрирани с помощта на чувствителен електрически измерител — енцефалограф. С помощта на ЕЕГ може да се възпроизведе обемна картина на активирането на различните мозъчни области. ЕЕГ започва да се използва в медицинската практика още през 30-те години на миналия век, но чак през 50-те години учените започват да измерват мозъчната активност на човека по време на сън.

Тези изследвания за първи път са били направени от страна на руските учени, работещи в университета в Чикаго Н. Клейтмън и Ю. Азеринский. Първите опити са били направени върху малкия син на Азеринский, който спокойно спал с електроди, поставени върху главата му, докато двамата учени с интерес наблюдавали показанията на уредите през цялата нощ. Резултатите се оказали толкова неочаквани, че Клейтмън направил същите опити върху дъщеря си. Тогава резултатите от предишния опит се потвърдили. Учените открили, че по време на сън мозъкът продължава да работи активно и неговата ЕЕГ не прилича на монотонна синусоида. Първо, ЕЕГ на спящ човек значително се отличава от ЕЕГ на активен или дори почиващ си човек. Второ, по време на сън електрическата активност на мозъка периодично се променя, като по този начин формира характерна картина на последователните фази на съня. Фазите на съня се редуват една след друга, но не сменят местата си. Трето, продължителността на една фаза на съня е около час и половина, докато общо през нощта човек има от четири до шест такива фази.

Клейтмън и Азеринский са описали подробно тези фази на съня. Първата фаза е дрямка. Тази фаза настъпва, когато човек ляга да спи и представлява недълбок сън, продължаващ около 5 минути (ако, разбира се, човекът не страда от безсъние). Електроенцефалограмата на тази фаза прилича на онази фаза, която се регистрира по време на почивка. Ако дремещият човек не е обезпокояван от нищо, тогава дрямката преминава във втора фаза, която продължава около 20 минути и се отличава от другите фази с това, че електроенцефалографът отчита характерни импулсни изригвания с висока честота и ниска амплитуда, които се наричат сънни вретена.

Третата фаза представлява дълбок сън, който върху електроенцефалограмата изглежда като високоамплитудни вълни с ниска честота. Това са т. нар. делта-вълни, които никога не се наблюдават в будно състояние. По време на дълбокия сън очите на спящия бавно се движат под затворените клепачи от единия край в другия.

Четвъртата фаза на съня представлява още по-дълбок сън. Електроенцефалографът отчита забавяне на делта-вълните, дишането и сърдечния ритъм, както и понижаване на температурата на тялото и мозъка. След 20-30 минути дълбок сън мозъкът на спящия отново се връща към втората фаза на недълбокия сън. В този момент мозъкът сякаш започва да работи на обратен ход и се старае да се събуди. Вместо да се върне към първата фаза на съня обаче, мозъкът преминава към пета фаза, която се нарича „РЕМ-сън”. Характерният признак на тази фаза е бързото движение на очите от единия край в другия. Наименованието на тази фаза идва от английското rapid eye movement, което означава бързи движения на очите и е противоположно на НРЕМ — nonrapid eye movement – бавни движения на очите. По време на тази фаза спящият човек се намира в състояние на атония (понижен или липсващ мускулен тонус), като само миниатюрните мускули на слуховите костици, както и мускулите, които движат очите и диафрагмата продължават да работят. Електроенцефалографът обаче отчита същата мозъчна активност, както при буден човек. Сърдечният и дихателният ритъм се ускоряват, а температурата и кръвното налягане се повишават. РЕМ-сънят продължава около 10 минути. Към края на нощта, по време на последните цикли на съня, продължителността на бързия сън се увеличава. Оттук следва, че мозъкът на спящия човек продължава да бъде много активен, независимо от липсата на мускулен тонус. Точно поради това невероятно съчетание на различните признаците РЕМ-сънят е получил и второто си наименование — „парадоксален сън”. След края на РЕМ-фазата отново се редуват втората, третата и четвъртата фази в строга последователност.

 

 

СПЕКТРОГРАМА НА СЪНЯ

СПЕКТРОГРАМА НА СЪНЯ.
В бяло е оцветен РЕМ-сънят (изображението е от сайта www.neurotraces.com)

 

По време на РЕМ-съня хората сънуват най-емоционалните си и зрелищни сънища. Дълго време се е смятало, че човек сънува само по време на тази фаза. Учените са събуждали спящите, когато електроенцефалографът е отчитал признаците на парадоксалния сън, и са ги питали дали са сънували нещо. В 90% от случаите участниците в експериментите са потвърждавали, че наистина са сънували, когато са ги събудили. Учените са направили голям брой такива експерименти, като дори са били провеждани експерименти, за да се провери дали и животните сънуват. През 1983 година в университета в Пенсилвания е бил проведен експеримент под ръководството на Е. Морисън, в който учените са направили много деликатна операция на котка, разрушавайки в мозъка й микрообластта на синьото петно, която отговаря за атонията по време на РЕМ-фазата. След операцията поведението на котката не се променило, а електроенцефалографът отчитал съвсем нормален сън с нормална бърза фаза, но оперираната котка ставала по време на парадоксалния сън, започвала да се разхожда из помещението, гонела въображаема мишка, миела се... По този начин котката сякаш показвала сънищата си пред очите на учудените наблюдатели. Учените са направили голям брой подобни експерименти, и не само върху котки, като по този начин са доказали, че животните наистина сънуват най-различни сънища, но не и еротични.

В последно време изследователите са доказали, че ние сънуваме и по време на бавния сън, само че тези сънища са по-кратки и не толкова емоционални. За да проверят това, учените събуждали спящите по време на първия цикъл на бавния сън и ги питали за сънищата им. По този начин се изключвала вероятността за това, че участниците в експеримента ще си спомнят сънищата, които са сънували по време на бързия сън. В половината от случаите се оказало, че участниците в експеримента наистина са сънували по време на бавния сън.

Изучаването на фазите на съня с помощта на електроенцефалографията е открило нова ера в сомнологията. В последно време учените са направили многобройни изследвания на фазите на съня при животните. Доколко фазите на съня са универсални обаче? На този въпрос не е толкова лесно да се отговори, защото за всяко животно трябва да се използва различна методика на изследване. Всяко животно притежава различен мозък, затова и електроенцефалограмите ще се различават. Различията в ЕЕГ обаче ще означават само разлика във външното отчитане на неврофизиологичните процеси, но не и в самите процеси. По този начин доскоро се е смятало, че китообразните не притежават фазата на бързия сън. Наскоро обаче учените от лабораторията на Л. М. Мухаметов към ИЕМЕЖ, Москва са направили изследвания, които показали, че китообразните също имат бърз сън, макар и много кратък. Освен това Джеръм Сигъл, професор от университета в Калифорния, е доказал, че такива примитивни млекопитаещи като птицечовките също притежават РЕМ-фаза на съня. За тази цел той сложил тънък електрод направо в мозъка на животното, тъй като външните електроди, поставени върху челните мозъчни дялове на птицечовката, не показали нищо.

Оказва се, че при всички млекопитаещи и птици сънят е организиран почти по един и същ начин. Птиците обаче имат много кратка РЕМ-фаза, която продължава само една-две минути, а при костенурките и другите влечуги учените все още не са открили фазата на парадоксалния сън. Открили са само бавен сън от трета и четвърта фаза с делта-вълни. По време на сън очите на костенурките бавно се движат, но не от единия край в другия, както при хората, а отгоре надолу. Освен това засега учените не успяват добре да интерпретират ЕЕГ при нисшите гръбначни, а на насекомите дори е трудно да се направи електроенцефалограма.

По какъв начин мозъкът организира толкова сложна и подредена картина на съня? Павлов е смятал, че в мозъка има един център на съня, който отговаря за потискането на мозъчните неврони. Великият физиолог обаче не успял да открие този център. От друга страна, учените са открили в мозъка пет или шест центъра на будното състояние. Тези центрове активират специални клетки, отделящи гамааминомаслена киселина, която е основният инхибитор на дейността на невроните. При прекаленото натрупване на това вещество в мозъка се потиска цялата система, в това число и центровете на будното състояние, т. е. цикълът сън – будно състояние се основава върху принципа за обратна връзка и в мозъка не съществува специален център на заспиването. Това обаче се отнася само за заспиването и фазата на бавния сън, а бързият сън си има собствен център, който се намира в задния мозък и се състои от три части: една група от клетки, които отговарят за атонията по време на РЕМ-фазата и две симетрични групи от клетки, които отговарят за активацията на мозъка по време на РЕМ-фазата на съня. Освен това учените са открили специален фермент, който се синтезира от тези групи клетки и взема участие в организацията на бързия сън. Този фермент се нарича орексин, но засега все още не е ясно каква точно роля изпълнява това вещество.

По този начин учените са успели да си изяснят организацията на съня при висшите животни с помощта на анатомията и електроенцефалографията. Изглежда, че в този случай не ни остава нищо друго освен да си отговорим на въпроса защо трябва да спим?

 

За какво е нужен сънят?

 

Засега никой не знае точния отговор на този въпрос, макар че някои неща все пак са известни, защото учените са успели да подредят някои фрагменти от този сложен пъзел.

 

Фрагмент 1. За да може да се изясни за какво служи определен орган, той трябва да се отреже или повреди. В този случай учените ще могат да видят какво липсва на организма, може ли организмът да се справи без този орган и ако може, то по какъв начин. Същото е и при съня. За да се види каква роля изпълнява той, учените не трябва да позволяват на участника в експеримента да спи.

Смята се, че първите експериментатори в тази област са били френските съдии, които осъдили на смърт един китаец по обвинение в убийството на съпругата си. Присъдата гласяла, че убиецът трябвало да бъде лишен от сън с помощта на трима пазачи, които се редували да го държат буден. След десет дни убиецът не издържал и помолил съда да го екзекутират, разстрелят, обесят или отровят, но само да спрат нечовешките мъки, на които е бил подложен. Този случай е бил описан в медицинско списание през 1859 година.

Разбира се, участниците в медицински експерименти не са били подлагани на такива мъчения, но учените все пак са проверили, как се чувства човек, който не е спал няколко денонощия. Масовите експерименти в тази област са започнали през 60-те години. Оказало се, че през петото денонощие зрението и слухът на хората се влошава, появяват се халюцинации, нарушава се координацията на движенията, вниманието се разсейва и човек губи способността си за целенасочена дейност. По време на експеримента повечето участници отслабнали, въпреки че не са били лишавани от храна. На осмия ден повечето участници отказали да продължат експеримента, като само трима души се съгласили да продължат, но при условие, че им платят допълнително за това. Учените обаче прекратили експеримента независимо от примамливото предложение, защото и те самите вече били доста измъчени. Интересното е, че при всички участници в експеримента нормалният сън се възстановил само за едно-две денонощия. Според книгата на рекордите на Гинес, рекордьор в тази област е Ранди Гарднър, който изкарал без сън 264 часа (около 11 денонощия).

Учените са провеждали и много опити върху животни. Още в края на XIX век такива експерименти е правила доктор М. М. Манасеина. В нейните опити всички лишени от сън кучета умирали след около две-три седмици. В същото време учените не са успели да открият каквато и да било явна причина за смъртта им, защото всички органи и тъкани изглеждали напълно нормално. По-късно подобни експерименти били повторени и върху други животни, но със същия тъжен изход и неразбираема причина за смъртта. Според Ралф Гринспан, дори мухите и хлебарките умират, ако бъдат лишени от сън.

 

Фрагмент 2. След откриването на фазовата картина на съня учените започнали да провеждат по-задълбочени експерименти върху животните с цел откриване функциите на фазите на съня. За първи път такива експерименти са били проведени през 60-те години на миналия век в лабораторията на Речшафен. Учените поставяли един плъх върху плочка с размерите на дъно на саксия, като самата плочка била разположена в центъра на малък басейн с вода. Когато животното заспивало, плочката започвала бавно да се върти. По време на фазите на дрямката и бавния сън, мускулите на плъха оставали в тонус и животното се държало на плочката. Когато настъпвала фазата на бързия сън обаче, мускулите изцяло се отпускали и плъхът падал във водата. Животното веднага се събуждало, връщало се върху плочката и започвало отново да заспива. След 40 дни животното умирало. Контролното животно, което учените събуждали в същите моменти, но не избирателно по отношение на фазата на съня, оцелявало. Разбира се, ако спящото животно се хвърля в студена вода, то може просто да умре от стрес, но дори когато учените събуждали плъховете без да ги поставят в басейн с вода, те все пак умирали.

Какво се случва, когато животното бъде събудено по време на бавния сън? Оказало се, че почти нищо не се случва. През първите дни от началото на експеримента мозъкът започва да се адаптира към новите условия, и поведението на животното става вяло и дезориентирано. След това мозъкът сякаш свиква с новите условия и различните мозъчни области започват да спят по различно време, а фазата на бавния сън става по-кратка и се разделя на отделни отрязъци. Такива опити са били провеждани не само върху плъхове, но и върху маймуни. Освен това е добре известно, че при делфините например по време на сън спи само едното мозъчно полукълбо, така че животните умират след лишаване от бързия, а не от бавния сън.

 

Фрагмент 3. По време на експериментите по лишаване както от бързия, така и от бавния сън учените са правили най-различни анализи на животните, но не са успели да открият никакви видими промени в здравословното им състояние. Единственото, което учените успели да открият, е рязкото увеличаване на вирусите и бактериите в кръвта на животните, загинали след лишаване от сън, а тъй като този симптом се наблюдавал при всички животни, то се появили предположения, че по време на сън организмът извършва настройка на имунната система. При лишаване от сън имунната система на животното излиза извън строя и престава да се бори с безбройните външни реагенти: вредните вещества и микроорганизмите. Някои изследователи обаче критикуват тази хипотеза, тъй като смъртта настъпва не поради някаква болест, защото иначе учените веднага щяха да я открият и да да получат прост отговор на този сложен въпрос. Всъщност, имунната система наистина излиза от строя, но това е една от многобройните реакции на организма към лишаването от сън, а не причината за смъртта на животните.

Според друга хипотеза, фазата на бързия сън е свързана с еволюцията на топлокръвността при животните. Тази хипотеза се основава върху това, че само топлокръвните животни (млекопитаещите и птиците) имат парадоксален сън, докато при другите животни учените все още не са го открили. Наистина по време на парадоксалния сън температурата на мозъка малко се понижава, и това означава, че парадоксалният сън пази мозъка от прегряване. По същия начин работят системите за охлаждане на съвременните компютърни процесори. Те също не могат да работят без вентилатори и колкото е по-мощен компютърът, толкова по-мощен трябва да е и вентилаторът. Тази хипотеза обаче също има ограничения, защото е доста трудно да се повярва, че толкова сложен и активен процес като съня е възникнал само за охлаждане на мозъка.

 

Фрагмент 4. През последните три години ученият Н. И. Пигарьов от ИЕМЕЖ е направил интересни експерименти за изясняване функциите на бавния сън. Експериментите се състояли в това, че учените присадили електроди в мозъка на котка, което им позволило да измерят електрическия потенциал както на стволовите, така и на кортикалните части на мозъка. Освен това учените измервали и електрическия потенциал на вътрешните органи. Оказало се, че по време на бавния сън импулсите на стомашните мускули съвпадат с импулсите на група клетки от фронталния дял на мозъчната кора. Този дял отговаря за обработването на сигналите от сензорните системи, и по-специално, на зрителната информация. Резултатите от експериментите показали, че по време на бавния сън сигналите от рецепторите на сензорните системи престават да постъпват във фронталните дялове на мозъка, като вместо тях там започват да постъпват сигнали от храносмилателната система. По този начин фронталните мозъчни дялове по време не вършат обичайната си работа, а започват да обработват сигналите от вътрешните органи. Оказва се, че по време на сън мозъкът ни се занимава не с външния, а с вътрешния ни свят. Американски и испански учени са повторили експериментите на Н. И. Пигарьов върху котки и маймуни и са получили същите резултати. По какъв начин обаче става превключването от външния свят към вътрешния все още не е известно. Само бъдещи опити ще разкрият това.

 

Фрагмент 5. Неврофизиолозите, които изучавали паметта и вниманието при доброволци, лишени от парадоксалния сън, стигнали до заключението, че парадоксалният сън, най-вероятно, е свързан с нашия разум. След многобройни експерименти учените успели да открият, че след сън участниците в експеримента много по-добре възприемат и научават нови неща. Ако обаче в съня липсва РЕМ-фазата, то вниманието и възприемането на нови неща се влошава. Всички са чували за този феномен: повтарянето на задачата преди сън води до това, че сутринта ние помним по-добре наученото. След пълноценен сън ние по-добре решаваме сложни проблеми, намираме изход от трудни ситуации, които вечерта са ни се стрували безизходни...

Днес в много лаборатории по света учените се опитват да разкрият древната загадка на съня: какво става с нас по време на това състояние? В наше време учените използват такива съвременни инструменти за изследване на съня като неврохимия на отделни групи от клетки, както и позитронно-емисионна томография, която позволява да се отчете активността на отделните неврони в момент на стимулация. Доколко този арсенал от технически средства ще се окаже полезен на учените, ще покаже бъдещето.

Преди повече от половин век немският психиатър Ханс Бергер, изучавайки електрическата активност на човешкия мозък, за първи път е открил слаби колебания с честота около 10 в секунда и ги е нарекъл алфа-вълни. Амплитудата на тези колебания е само около 30 милионни от волта. По този начин е бил открит алфа-ритъмът, който е най-ясният образец на всички прояви на електрическата активност в мозъка. Трябва да се отбележи, че алфа-вълните се наблюдават само при човека.

25 години след откриването на алфа-вълните изучаването им се обособило в нов раздел на науката, който се нарича електроенцефалография - ЕЕГ.

Освен това през 1968 година американският изследовател Д. Коън с помощта на безконтактен метод, за разлика от ЕЕГ, е успял да регистрира около главата на човека слаби колебания на магнитни полета, които възникват едновременно с колебанията на електрическите биопотенциали в мозъка. Той нарекъл получения запис магнитоенцефалограма (МЕГ). Колебанията на магнитоенцефалограмата съвпадат по честота с преобладаващия ритъм на електроенцефалограмата – алфа-ритъма.

Още през 1953 година ученият Грей Уолтър е предположил, че „чувствителността на мозъка към електрическите въздействия би могла да направи връзка с онова начало, което е навсякъде около нас”. Трябва да се отбележи, че дължината на вълната на електромагнитните колебания с честота на алфа-ритъм е доста близка до дължината на обиколката на земното кълбо и естествените резонанси на системата Земя-йоносфера.

През 1952 година, изследвайки електромагнитните полета в сферичния слой, ограничен от повърхността на Земята и долната йоносфера, В. О. Шуман първо по теоретичен начин е предсказал, а след това експериментално е потвърдил съществуването на естествени резонанси в областта Земя-йоносфера. Предсказаните от него резонансни честоти съответстват на т. нар. „стоящи вълни” в тънкия сферичен вълновод Земя-йоносфера, а дължината на вълната на електромагнитните колебания на основния резонанс е близка до дължината на обиколката на земното кълбо (тук трябва да си припомним оценката за алфа-ритъма на човешкия мозък). През деня учените Шуман и Кьониг са отчитали единични вълни от колебания с амплитуда до 100 мкВ/м с честота на запълване 9 Хц, които обикновено продължавали 0.3-3 сек и по-рядко до 30 сек. При основната, най-интензивна, спектрална вълна са възможни вариации на резонансната честота в пределите на 7-11 Хц, но в повечето случаи през цялото денонощие диапазонът на резонансните честоти обикновено е в пределите на ±(0.1-0.2) Хц. Широчината на резонансната вълна е 2.5 Хц.

Най-голяма интензивност резонансните колебания в областта Земя-йоносфера достигат през деня. При честота около 8 Хц спектралната плътност на колебанията е 0.1 мВ/м Хц, а по време на магнитни бури тя се повишава с 15%. През нощта резонансните свойства са по-слабо изразени, тъй като се увеличава преминаването на нискочестотните електромагнитни вълни през йоносферата в условията на понижена концентрация на електрони. Отношението на следобедния максимум на амплитудите към нощния минимум е 5-10 пъти.

Според повечето специалисти, причината за активирането на електромагнитните колебания с резонансни честоти, определяни от формата и размерите на Земята, се крие в разрядите на атмосферно електричество (светкавици), които се предизвикват от бурите по земното кълбо (около 100 разряда в секунда).

 

Нека разгледаме основните видове мозъчни ритми:

• делта-ритъм (от 0.5 до 4 колебания в секунда, амплитуда - 50-500 мкВ);

• тета-ритъм (от 5 до 7 колебания в секунда, амплитуда – 10-30 мкВ);

• алфа-ритъм (от 8 до 13 колебания в секунда, амплитуда – до 100 мкВ);

• сигма-ритъм – „вретена” (от 13 до 14 колебания в секунда);

• бета-ритъм (от 15 до 35 колебания в секунда, амплитуда – 5-30 мкВ);

• гама-ритъм (от 35 до 100 колебания в секунда, амплитуда – до 15 мкВ);

 

Колебанията на алфа-ритъма и другите електромагнитни прояви на мозъчната дейност отразяват сложните психо-физиологични процеси в мозъка. Според статистически и експериментални данни, алфа-ритъмът има вроден и, вероятно, наследствен характер.

Грей Уолтър и американският психолог Уорън МакКалък са изказали доста обоснована хипотеза за това, че алфа-ритъмът характеризира процеса на вътрешното „сканиране” на мислените образи при съсредоточаване на вниманието върху определен умствен проблем. Наблюдава се, например, интересно съвпадение между честотата на алфа-вълните и периода на инерция на зрителното възприятие (около 0.1 секунди).

Когато ние затваряме очи, нашите алфа-ритми се усилват и започват да приличат на дълги поредици от синусоидални колебания.

При повечето хора алфа-вълните изчезват тогава, когато те отварят очите си и пред тях възниква реален образ от действителността. Според Грей Уолтър, това ни позволява да смятаме, че алфа-ритъмът представлява процес на сканиране и търсене на определен шаблон. Този процес спира, когато шаблонът е открит. Когато ние започваме да изпитваме сънливост, върху електроенцефалограмата преди всичко се наблюдава намаляване на интензивността на алфа-вълните, свойствени за будното състояние, както и постепенното им заместване с тета-ритми. При спокойно спящия човек доминират бавни делта-вълни, макар че по време на сън могат да се появяват периоди на бързи колебания – вретенообразни групи от сигма-вълни с честота около 14 цикла в секунда. По това време спящият сънува.

Тук трябва да се отбележи, че повечето хора спят през нощта и отслабването на алфа-ритмите също става през нощта. Според Грей Уолтър, сънят е наследство от далечното минало, когато при падането на нощта хората са изпитвали нужда от почивка. В същото време бавните ритми, в частност делта-вълните, изпълняват ролята на „пазачи” на мозъка.

Характерът на алфа-ритъма е строго индивидуален. Изследванията, проведени от Грей Уолтър [10], са показали, че при повечето хора, които имат ясно изразен алфа-ритъм, преобладава способността за абстрактно мислене. При незначителен брой участници в експеримента алфа-ритмите изобщо липсвали, дори по време на сън. Учените са установили, че такива хора имат много добро образно мислене, но изпитват трудности при решаване на проблеми от абстрактен характер.

Другата особеност е ограничението на скоростта, наложено от честотата на алфа-ритмите (варираща при различните хора от 8 до 13 цикла в секунда) върху бързината на нашите сензорни и психически реакции. По-бързият ритъм, твърди Грей Уолтър, гарантира по-голяма оперативност на решенията и действията на човека.

Алфа-ритъмът е свързан както с формите на мислене, така и със същността на образите, които възникват в нашия мозък. Въображението, както и механизмът, който ни позволява да правим изчисления или да предвиждаме, най-вероятно, са се появили при хората още в далечното минало, а по-късно при човека са възникнали процесите на абстрактното мислене и контрола, т. е. онова, което ние наричаме воля.

Действието на тези механизми за съзнателен контрол може да бъде регистрирано във вид на електрически и магнитни вълни, които преминават през мозъка на човека като колебания на алфа-ритмите. В мозъка на животните дори и най-чувствителните уреди отчитат само изолирани и нерегулярни елементи на тези висши функции, и това означава, че мозъкът на човека значително се различава по този показател дори от мозъка на човекоподобните маймуни.

През 1960 година Кьониг и сътрудниците му са открили, че резонансната честота на земното кълбо е много близка до мозъчния алфа-ритъм на човека. Учените са съпоставяли времето за реакция на човека към оптичен сигнал при увеличаване напрежението на полето на основната честота на резонатора Земя-йоносфера (8 Хц), както и при нерегулярни колебания в диапазона 2-6 Хц. Изследователите провеждали тези масови експерименти всеки ден. Оказало се, че при увеличаване напрежението на полето на основната честота времето за реакция на човека (което обикновено е около 250 мс) намалява с 20 мс. При наличието на нерегулярни колебания от 2-6 Хц времето за реакция се увеличава с 15 мс. По-късно такива изследвания били проведени и в САЩ (1968-71г.). Получените резултати напълно потвърждават, че между алфа-ритмите и резонансите на Шуман има тясна взаимовръзка.

През нощта, особено между 2 и 4 часа, при будните хора се наблюдава забавеност на действията и се увеличава броят на грешките при решаване на аритметични задачи, но както сме отбелязали вече, именно през нощта значително се понижава напрежението на полето на резонансите на Шуман, а процесите на абстрактното мислене, изглежда, са тясно свързани с алфа-ритмите на човешкия мозък.