Журнал «Компьютерра» №37 от 11 октября 2005 года

Наука: Спать - и видеть сны?

Наука постепенно подбирается к объяснению одной из вечных загадок бытия: феномена сна. Например, недавно исследователи из медицинского центра Гарварда с помощью магниторезонансного сканирования смогли «подглядеть», какие мозговые центры работают у спящего человека. Показано, что моторные навыки (например, движения пальцев наподобие игры на пианино), полученные при бодрствовании, закрепляются во время сна. После сна работа нервных центров, управляющих выученными последовательностями, проходит в «автоматическом» режиме и не сопровождается работой центров, ответственных за беспокойство.

Журнал «Нейробиология» привел новые данные, позволяющие смотреть на человеческий мозг как на орган, поддающийся тренировке. Оказывается, с возрастом функциональная специализация отделов мозга меняется. Без устали работающие центры, отвечающие за мышление, подчиняют себе другие отделы мозга и начинают использовать их ресурсы. Благодаря этому основная деятельность нашего мозга может не просто успешно осуществляться, а даже совершенствоваться в пожилом возрасте. Кстати, в очередной раз показано, что умственная работа в зрелом возрасте коррелирует с хорошим состоянием здоровья (даже у тех, кто в молодости не отличался крепким организмом).

Но все-таки зачем нужны сны? Для чего нам кроме действительного мира, к которому мы приспосабливаемся, видеть еще и иллюзорный ночной мир? Зачем нужны кошмары? Они же снижают нашу приспособленность, отнимая душевные силы! Почему спящая собака гонится за кем-то во сне, дергает лапами и тихонько тявкает? Почему у новорожденного ребенка (которому и переживать-то нечего) фаза быстрого сна, для которой характерны сновидения, длится гораздо дольше, чем у взрослого? Почему сон слепого состоит из звуковых и осязательных образов?

Сны - очень важная часть нашей жизни. Иногда они мелькают где-то на периферии сознания, а иногда изумляют своей яркостью или неожиданной мудростью. Чтобы объяснить их, приходится предполагать, что значительная часть психики занята генерированием этих ночных образов. Строение нашего тела, как и особенности его функционирования, - результат эволюции. Как могла возникнуть столь странная особенность? Зачем она нужна?

С нашей точки зрения, сновидения - часть механизма, который обеспечивает гибкость поведения. Поведение есть механизм приспособления к среде. Адаптивное поведение повышает шансы особи на выживание и размножение, так же как наличие специфических структур или функций.

Виды делятся на специалистов и оппортунистов. Специалистам требуются отточенные формы поведения, соответствующие их характерным способам деятельности. Оппортунисты же способны к разным видам деятельности, переключение между которыми зависит от ситуации. Для них характерно более гибкое поведение.

Основа поведения - нейронные сети мозга. Характер связи между нейронами определяет классы задач, которые может решать эта сеть. Задать связь между нейронами можно двумя разными способами. Первый из них состоит в том, чтобы запрограммировать в наследственной программе развитие именно той нейронной сети, которая нужна для осуществления видового поведения. Этот способ оптимален для видов-специалистов. Второй способ получить нужную основу поведения заключается в том, чтобы настроить нейронную сеть информацией, поступающей из среды в ходе решения характерных жизненных задач.

Сравним эти способы. Жесткий позволяет получить именно то, что надо, с невысокой долей ошибок. Но выработка и корректировка сложного поведения таким путем требует долгого эволюционного пути, а сложность образующихся сетей ограничена: канал передачи наследственной информации имеет ограниченную «пропускную способность».

Второй способ требует «настройки» нейронных сетей в ходе значительной части онтогенеза, что чревато многими неудачами. Немало особей погибнет до того, как у них выработается совершенный механизм управления адаптивным поведением. Зато при изменении условий новые формы поведения могут возникнуть в эволюционном отношении почти мгновенно, на протяжении жизни одного поколения. Количество информации, которая поступает из внешней среды и может отражаться в строении нейронных сетей, больше, чем то, которое можно описать в наследственной программе.

Для большинства видов оптимальным оказывается некий баланс обоих механизмов: наследственная программа определяет основные параметры строения нервных сетей, управляющих поведением, а тонкая доводка осуществляется в ходе использования этих сетей. Для каждого вида существует свой компромисс между надежностью и сложностью, быстротой формирования и гибкостью функционирования нейронных сетей.

Последние данные из области нейрофизиологии позволили выяснить, что такая «доводка» связана с нейрогенезом, размножением нервных клеток в гиппокампе, их миграцией по мозгу и встраиванием в работающие нейронные сети. Как показали исследования Элизабет Гуд из Принстонского университета, скорости увеличения числа нейронов в тех или иных центрах зависят от интенсивности их работы. Итак, из нескольких «заготовок», заданных наследственной программой, наилучшее развитие получит та, которая используется чаще всего.

Какие механизмы могут ускорить выработку адаптивного поведения? Если оно всегда будет настраиваться в ходе жизненно важных взаимодействий, неудачная работа нейронных сетей может стать причиной гибели организма. Лучше всего проводить «настройку» физиологической основы поведения во время тренировок, например игры. Именно с этим связано широкое распространение феномена игры среди млекопитающих. Роль игры в оттачивании специальных форм поведения была понятна давно, а после открытия феномена нейрогенеза стало ясно, что она может способствовать не только лучшей организации нейронных сетей, но и увеличению в них количества нейронов.

Однако игра - тоже довольно дорогое удовольствие. Драка понарошку может окончиться травмами. Пока растущему детенышу млекопитающего нужно развивать не только нервную, но и опорно-двигательную систему, это оправдано. Но необходимость жесткого сопряжения тренировок обеих систем может быть неблагоприятна. Кроме того, не все функции нервной системы связаны с управлением движениями.

Итак, для развития нервной системы могут быть полезны холостые прогоны ее рабочих механизмов. Когда они должны происходить? Вероятно, во время сна, когда животное находится в относительно безопасном месте, а питание его нервной ткани улучшается. В этот момент складываются наилучшие условия для встраивания новых нейронов в важные для жизни узлы.

А как обеспечить развитие во сне именно тех центров, которые нужны? В нервной системе есть механизмы, оценивающие относительную важность тех или иных процессов, - именно они, по всей видимости, определяют «темы» для сновидений. С другой стороны, важность какой-то «сонной» работы может быть связана с недавними видами деятельности, для которых не хватало специализированных управляющих нервных сетей.

Понятно, почему максимальная активность механизма сновидений характерна для новорожденных. А почему у взрослых людей сновидения отражаются в сознании? Нервные центры надо развивать на той деятельности, которая является для них адаптивной. А когда процесс закончен, лишние данные из сознания можно убрать. Возможно, поэтому мы помним наши грезы, если проснулись во время сновидения, и забываем, если после него успели перейти в обычный режим сна.

Итак, мы выдвинули гипотезу, что сновидения - способ усложнять нейронные сети, обеспечивающие важные для бодрствования формы поведения. Не вполне ясно, является ли эта гипотеза по-настоящему новой. Открыватель нейрогенеза Элизабет Гуд исследует сейчас влияние лишения сна на подопытных животных, и можно предположить, что она проверяет похожее предположение. С другой стороны, такая точка зрения не обязательно противоречит тем, которые высказывались ранее. Так, по мнению российско-израильского психофизиолога Вадима Ротенберга, функция сна - обеспечивать поисковое поведение, недостаточно реализующееся во время бодрствования. Когда организм не может найти подходящие пути приспособления наяву, сны помогают разрядить накопившееся напряжение. Такое объяснение вполне сочетается с нашим. Преодоление конфликта во сне помогает развивать центры, необходимые для его преодоления наяву!

Процессы во внутреннем мире готовят нас к решению задач, которые ставит перед нами большой, внешний мир…

Во время подготовки статьи поступило сообщение о фактах, подтверждающих изложенное в ней предположение. Журнал Nature опубликовал работу японских ученых во главе с Тацухиро Хисацунэ из Токийского университета, в которой показано, что тета-ритм, генерируемый мозгом на эмоциональной фазе быстрого сна (когда снятся яркие сновидения!), усиливает синтез гамма-аминомасляной кислоты, стимулирующей размножение нейронов.

«…поэтому мир… надо признать родственным сновидению или даже принадлежащим к одному с ним классу вещей. Ибо та функция мозга, которая во время сна какими-то чарами порождает совершенно объективный, наглядный, даже осязаемый мир, должна принимать такое же участие в создании объективного мира бодрствования».

Артур Шопенгауэр