Краткая история тела. 24 часа из жизни тела: секс, еда, сон, работа

Глава 1 Пробуждение

Я приоткрываю глаза, чтобы взглянуть на часы: 5.28 утра, две минуты до звонка будильника. В мире царит тишина, только где-то вдалеке поет птичка. Звезды уже блекнут, но пройдет еще час, прежде чем первые лучи солнца блеснут из-за горизонта.

Может быть, вы похожи на меня и тоже предвосхищаете будильник, просыпаясь за одну-две минуты до его звонка. Скорее всего, вы проснулись не потому, что выспались. Тогда почему? Некоторые утверждают, что виной всему едва различимые триггеры («пусковые» сигналы), звуки раннего утра: нарастающий шум уличного движения за окном или даже то характерное тиканье, который издает механический будильник перед тем, как зазвонить[9]. Действительно, во время сна мозг способен воспринимать звуки; именно поэтому мы покупаем звуковые будильники, а не «пахучие», например. Пусть кое-кто утверждает, что их будит мерзкий запах скунса или густой аромат свежезаваренного кофе, последние открытия говорят об обратном. Ученые из Университета Брауна доказали: ни в одной фазе сна, за исключением дремоты, человек не реагирует даже на такие сильные запахи, как аромат мяты или ядовитый смрад пиридина, компонента каменноугольной смолы[10]. Не доверяйте носу миссию часового, говорят ученые, человеческое обоняние развито не настолько хорошо, чтобы вы проснулись от запаха.

В любом случае, появляется все больше свидетельств того, что «пусковые сигналы» могут исходить не снаружи, а изнутри вашего тела: замечательный маленький будильник в мозге подготавливает его к пробуждению. Когда Перетц Лави, исследователь сна из Техниона (Израильского технологического университета), изучал способность людей просыпаться без внешнего сигнала в установленное время, он обнаружил поразительную вещь. Многие из обследованных просыпались на 10 минут раньше или позже назначенного времени, даже если это было в 3.30 утра[11]. Вот поистине замечательное чувство времени, возможно более удивительное, чем присущая большинству людей способность без часов определять точное время в период бодрствования. Еще одно исследование показало: ожидание того, что в определенное время сон прервется, само по себе на 30 % повышает содержание в крови гормона стресса адренокортикотропина (АКТГ)[12] – яркий показатель того, что мозг готовится к пробуждению[13].

У некоторых из нас спящее сознание каким-то образом ведет счет времени, так что мозг «ждет» заданного события, например наступления времени пробуждения, точно так же как в период бодрствования, и в определенный момент дает сигнал к выбросу веществ, побуждающих нас проснуться и встать с постели. Способность предугадывать назначенный час, присущая, как полагали раньше, исключительно бодрствующему сознанию, на самом деле не изменяет ему и во сне, заставляя нас просыпаться в одно и то же предсказуемое время.

И вы еще говорите о тайнах!

Впрочем, может, вам и не знакома эта способность. Может быть, вы принадлежите к большинству, которое просыпается от звонка настоящего будильника или звуков радио, сработавшего по сигналу таймера и оглушившего вас громкой музыкой или болтовней диджея. Для вас утро начинается с нажатия ненавистной кнопки, которую так трудно нащупать спросонок, и попыток урвать еще десять минут сна. Скорее всего, эти десять минут вам действительно нужны – а может, и больше. В стране, где спят в среднем менее семи часов при необходимых восьми, большинство людей неизменно находится в состоянии легкого недосыпа, усугубляющегося к концу рабочей недели[14]. К сожалению, говорят специалисты, этот короткий кусочек сна между двумя сигналами будильника не приносит ни отдыха, ни сил: сон быстрый и прерывистый[15]. Даже если вы доспите до второго звонка будильника, ожидание неизбежного подъема повлияет на качество вашего сна.

Разумеется, есть и такие, кто сладко спит под самые пронзительные сигналы будильников. Для этих неисправимых сонь в 1855 году была запатентована «кровать-катапульта». Если вы не реагируете на встроенный будильник, боковая стенка опускается, а кровать наклоняется таким образом, что вы падаете на пол[16]. Немного более человечный аппарат недавно изобрели светлые головы Массачусетского технологического института. «Клоки», мягкий и пушистый будильник-робот, скатывается с прикроватной тумбочки, катит на своих колесиках в какой-нибудь дальний уголок комнаты и только там начинает звонить[17]. Каждый день он прячется в новом месте. Отчаянные поиски «Клоки», по уверениям изобретателей, помешают даже самым последним соням вновь вернуться в объятия Морфея.

Полежать минутку, пребывая на той грани между сном и бодрствованием, которая называется гипнопомпическим состоянием (от греч. hypnos – сон и pompe – прогонять), чтобы позволить сознанию вплыть в бодрствование и насладиться замечательным медленным наступлением дня… Немногим из нас доступна такая роскошь. Быстрый подъем воистину требует усилий: пусть ненадолго, но значительно учащается сердечный ритм, подскакивает кровяное давление, а содержание стрессового гормона кортизола в крови достигает пика.

Бодрость наступает далеко не сразу. Человека, только что вставшего с постели, пошатывает, он несколько дезориентирован – это называют «инерцией сна». Состояние, знакомое почти каждому. «Мозг не может взять полный разгон за семь секунд», – шутит Чарльз Чейслер, исследователь биоритмов из Гарвардского университета[18]. Большинство из нас куда хуже справляются с умственными и физическими нагрузками сразу после пробуждения, чем перед отходом ко сну. «Ирония заключается в том, – говорит Чейслер, – что в первые полчаса после пробуждения мозг работает куда хуже, чем после 24 часов бодрствования». Это открытие было сделано летчиками американских ВВС в 1950-е годы. Пилоты должны были спать в кабинах самолетов, пребывающих в боевой готовности, чтобы вылететь по первому сигналу. После побудки летчикам приходилось немедленно подниматься в воздух. Количество падений существенно возросло, и эту практику быстро отменили.

Исследуя в 2006 году инерцию сна, Кеннет Райт и его коллеги из Университета Колорадо выяснили, что когнитивные (познавательные) способности испытуемых сразу после пробуждения были не лучше, чем у пьяных[19]. Самые сильные проявления инерции сна рассеиваются в течение десяти минут, однако отдельные эффекты могут сохраняться на протяжении двух часов.

Степень инерции во многом зависит от той фазы сна, в которой вас разбудили. Группа Лави обнаружила, что люди, разбуженные во время фазы быстрого сна (или быстрых движений глаз – БДГ), скорее начинают ориентироваться в пространстве и оказываются более бойкими и разговорчивыми[20]. Фаза БДГ – своего рода врата пробуждения, считает Лави, наилучшим образом смягчающие выход из сна. (Она также примечательна насыщенными яркими сновидениями, которые после пробуждения остаются в памяти человека.)

С другой стороны, те, кого безжалостный звонок будильника вырвал из медленного глубокого сна, скорее всего, будут немного не в себе и зададутся вопросом: «Где я?». Чтобы исключить такое грубое пробуждение, исследовательские лаборатории «Эксон слип» разработали предназначенный для детей вариант «Клоки» – устройство «СлипСмарт», которое следит за вашим сном и будит вас во время фазы БДГ[21]. В наручный браслет, «очень маленький, удобный и гладкий», если верить рекламе, встроены электроды и микропроцессор, которые измеряют волны, излучаемые мозгом в каждой фазе сна, и передают информацию на стоящий у кровати будильник, запрограммированный на максимально позднее время звонка. Он-то и будит вас в последней фазе быстрого сна перед часом Х.

Вы впархиваете или вползаете в утреннюю суету в зависимости от своего хронотипа – принадлежности к «жаворонкам» или «совам»[22]. «Жаворонки» поют по утрам, «совы» ухают ночью.

Однажды я слышала, как писательница Джин Ауэл призналась, что лучше всего ей думается после захода солнца. Джин приступает к работе в 11 или 12 часов вечера, заканчивает в 7 часов утра и ложится спать. Спит до 4 часов дня, затем встает и ест вместе мужем (у нее это завтрак, у него – обед), выходит в город и около полуночи снова садится за работу. Она заявляет, что такая «совиная» жизнь никому не вредит.

В таком же ритме живет и великий генетик Сеймур Бензер. Его ночные исследования мутирующих дрозофил помогли выявить генетическую основу ежедневных биоритмов нашего тела[23]. Рабочая пора для Бензера настает в середине ночи; он говорит, что необходимость браться за работу утром, вместе с большинством людей, для него может обернуться катастрофой.

На противоположном конце спектра – истинные «жаворонки», из которых получаются превосходные хлебопеки. Они ложатся спать в 7 или 8 часов вечера, чтобы проснуться в 3–4 часа утра.

Два хронотипа отличаются друг от друга, как люди, рожденные в разные столетия или на разных концах планеты: «жаворонки» просыпаются как раз тогда, когда «совы» только засыпают. Они ведут совершенно разную жизнь: у них расходятся не только пики активности (11 часов утра для жаворонков и 3 часа дня для сов) и пики сердечного ритма (11 часов утра и 6 часов вечера соответственно), но также излюбленное время принятия пищи и физической активности, а кроме того, ежедневная доза кофе (чашечка для «жаворонка» и кофейник для «совы»)[24].

Тилл Рённеберг, хронобиолог из Мюнхенского университета, обнаружил, что истинные «совы» встречаются в три раза чаще, чем настоящие «жаворонки»[25]. Большинство людей находится где-то посередине, более или менее склоняясь в сторону «сов», а такой образ жизни часто противоречит обычному рабочему графику и приводит к социальному нарушению суточного ритма. Узнать, «жаворонок» вы или «сова», можно с помощью простой анкеты, разработанной группой Рённеберга и содержащей вопросы типа: «Когда вы обычно просыпаетесь в рабочие дни?», «А в выходные?», «Когда вы чувствуете себя полностью проснувшимся?», «В котором часу вы ощущаете упадок сил?»[26].

Несмотря на обилие пословиц, превозносящих «жаворонков» (достаточно вспомнить «Кто рано встает, тому Бог подает» Бенджамина Франклина и «Ранней пташке и червячок в клюв»), ученые утверждают, что «ранние пташки» не обладают никакими преимуществами – ни в плане здоровья, ни в отношении финансового благополучия и умственных способностей. Некоторое время назад британские ученые решили подтвердить слова Франклина, установив наблюдение над более чем 1200 пожилыми людьми[27]. Изучив взаимосвязь между временем пробуждения и отхода ко сну, с одной стороны, и здоровьем, материальным благополучием и когнитивными функциями – с другой, ученые пришли к выводу, что «совы» зачастую богаче «жаворонков», а вот в части здоровья и умственных способностей различие между двумя хронотипами незначительно.

В любом случае, не составляет труда определить, что вы за птица. Привычки «жаворонков» и «сов» обусловлены не личностными свойствами (как считалось ранее), а природой наших биологических часов. Около десяти лет назад Ханс ван Донген из Университета Пенсильвании продемонстрировал, что биологические часы людей среднего утреннего типа «опережают по фазе» часы людей вечернего типа. Они убегают по крайней мере на два часа вперед[28]. Вы можете подавить свои привычки, говорит ван Донген, но не сможете изменить их совсем[29]. «Сова» вы или «жаворонок», определяет ваша биология.

«Время – вот материал, из которого я сделан», – заметил аргентинский писатель Хорхе Луис Борхес[30]. В этой фразе скрыто глубокое прозрение. Как доказали последние исследования, время буквально пронизывает плоть всех живых существ, и по одной веской причине: мы живем на вращающейся планете.

Чтобы лучше понять это, нужно вернуться на миллиарды лет назад, к зарождению жизни, к одноклеточным организмам, населявшим теплое первобытное море[31]. Яркий полуденный свет чередовался с темной прохладой ночей – день за днем, с четкой предсказуемой периодичностью, и так триллионы дней. Свет и тьма, тепло и холод – в этой ежедневной матрице развивалась жизнь. В отсутствие озонового атмосферного слоя губительная для жизни солнечная радиация сжигала поверхность Земли в светлое время суток. Чтобы избежать воздействия вредоносных лучей, наиболее тонкие биохимические процессы должны были совершаться в безопасной темноте ночи, и в результате вырабатывался определенный ритм обмена веществ. У некоторых организмов появились сенсоры, реагирующие на свет, – сначала просто светочувствительные клетки, а затем более сложно устроенные глаза, которые позволяли различать самые незначительные изменения освещенности во время заката и рассвета.

Дальше дело было за эволюцией. У некоторых биологических видов развились гены, клетки и системы жизнеобеспечения, ответственные за выработку собственных внутренних биоритмов, прекрасно сочетающихся с планетарными циклами, – циркадианных (циркадных, околосуточных) ритмов (от лат. circa – около и dies – день). Световые сенсоры соединяются с циркадианными часами, чтобы синхронизировать внутренний биоритм организма с астрономическими сутками. «Таким образом, – говорит биолог Томас Вер, – циркадианный метроном создает для организма день и ночь, отражающие „режим“ внешнего мира»[32].

Эти метрономы настолько чувствительны к свету, что даже низкая освещенность приводит к изменению ритма[33]. Солнечный свет – основной экзогенный (внешний) фактор, управляющий биологическими часами; он настраивает их ритм таким образом, чтобы тот согласовывался с изменяющейся продолжительностью светового дня и ночи, так что летом биологический день длинный, а зимой – короткий. Когда вы утром раздергиваете шторы, специальные светочувствительные клетки сетчатки глаз измеряют уровень света и посылают в мозг сигнал о наступлении рассвета, тем самым синхронизируя циркадианные часы с космическими ритмами[34].

Ритмы внутреннего метронома настолько сильные и надежные, что они вырабатываются постоянно – даже при отсутствии внешних сигналов. Ученые обнаружили это в ходе наблюдения за организмами, на недели изолированными от природных воздействий. При отсутствии сигналов о наступлении дня или ночи организм переходил от астрономического цикла к 24-часовому циклу сна и бодрствования и ритмов других органов тела. (Эта «устойчивая» модель функционирования организма называется автономным ритмом и записана в геноме биологического вида.)

Такая система обладает двумя большими преимуществами: в организме в нужное время происходят нужные процессы, но при всем том он готов к ежедневной смене ритма и подстраивается под изменения во внешней среде. Неся в себе эту модель космоса, организм всегда на шаг опережает происходящие вокруг него изменения, подготавливаясь к разным событиям дня и ночи: приему пищи, спариванию, борьбе с хищниками и изменению температуры окружающей среды.

Слово «часы» недостаточно полно передает влияние циркадианного цикла на организм. Хотя внешние воздействия достаточно сильны, чтобы поддерживать постоянные условия функционирования организма, циркадианные импульсы обусловливают разительные колебания в течение 24-часового цикла. Как писал Эмерсон, «все кажется неизменным, пока вы не раскрыли его секрет»[35].

Возьмем температуру тела.

Допустим, вы принимаете душ. Чтобы проснуться и обрести бодрость, некоторые рекомендуют сделать душ контрастным, чередуя горячую воду с холодной. (Он может сослужить вам сомнительную службу: невольно вскрикнув под ледяными струями, вы перебудите домашних.) Тепловые рецепторы, находящиеся прямо под кожей, выдерживают температуру до 45 °C, холодовые рецепторы – до 10 °C. При более низкой или более высокой температуре включаются болевые рецепторы. Однако даже если вы пустите очень горячую или очень холодную воду, базовая температура тела изменится весьма незначительно. (Кстати, представление о том, что температура тела в норме составляет 37 °C[36], ошибочно[37]. Тщательное исследование, основанное на миллионах измерений, показало, что у женщин средняя температура тела равна 36,89 °C, а у мужчин – 36,72 °C.) Человеческий организм обладает настолько совершенным механизмом поддержания температуры тела вне зависимости от изменений во внешней среде, что у чемпионки по плаванию в холодной воде Линн Кокс температура тела остается неизменной даже в ледяных водах Антарктики, а марафонский бегун может не перегреться и при пятидесятиградусной жаре в Долине Смерти, межгорной впадине в пустыне Мохаве.

Способность человеческого организма поддерживать постоянную температуру и другие внутренние показатели – она называется «гомеостаз» (от греч. homoios – подобный и stasis – стояние) – можно принимать как должное, но это удивительный феномен[38]. Организм сохраняет свою внутреннюю среду неизменной, постоянно отслеживая все показатели: содержание глюкозы, углекислоты, гормонов в крови, температуру тела и даже рН (кислотность) спинномозговой жидкости. Они колеблются вокруг определенного заданного значения, или нормы. Сложная система нейрогуморальной регуляции улавливает любое отклонение от нормы и возвращает показатели на нужный уровень, приводя в действие механизмы коррекции[39].

Однако недавно мы узнали, что нормы на самом деле заданы не так уж жестко и меняются в течение дня, подчиняясь цикличности циркадианного ритма и обнаруживая существенную зависимость от того, что мы делаем и как себя чувствуем. Температура тела, например, может изменяться от 36,11°C ранним утром (37 °C утром – первый признак начинающейся лихорадки) до 37,22–37,78 °C ближе к вечеру. Эти колебания затрагивают все стороны жизнедеятельности организма. Так, с повышением температуры возрастает болевой порог, равно как и упругость мышц, скорость реагирования, зрительно-моторная координация.

Частота сердечных сокращений и артериальное давление тоже меняются в течение суток, как и количество лейкоцитов в крови, содержание гормонов и нейромедиаторов, скорость кровотока в мозге. Частота сердечных сокращений и давление в течение дня медленно повышаются, уровень гормона стресса кортизола падает. С наступлением ночи выработка «гормона темноты» мелатонина усиливается, температура тела, пульс и кровяное давление падают, а концентрация кортизола увеличивается, достигая пика к раннему утру.

Эти циркадианные колебания едва ли можно считать несущественными. Если терапевты не будут принимать их во внимание, результаты измерения жизненно важных показателей – от артериального давления и пульса до количества сперматозоидов в семенной жидкости и аллергических реакций – окажутся сильно искаженными. (Некоторые ученые даже настаивают на необходимости фиксации времени каждого клинического обследования[40].) Простые смертные вроде нас с вами могут использовать эти знания о своем теле себе во благо[41]. Если вы не хотите, чтобы порезы сильно кровоточили, бриться лучше в 8 часов утра, когда в крови больше всего отвечающих за ее свертываемость и вязкость тромбоцитов (потому-то сердечные приступы чаще случаются утром). Чтобы не извиваться от боли в кресле дантиста, назначьте визит на послеобеденное время, когда болевой порог самый высокий. Свою бутылку пива или бокал вина выпивайте между 5 и 6 часами вечера: в это время печень наиболее активно выводит из организма токсины, так что ущерб от алкоголя будет минимальным. А для установления спортивных рекордов более всего подходит ранний вечер[42].

Хронобиолог Джозефина Арендт утверждает, что влияние циркадианных циклов всеобъемлюще: «Можно сказать, что все происходящее в нашем теле подчиняется ритму – пока не доказано обратное»[43].

Так где же внутри нас находится крохотный хронометр, задающий биоритмы? Зайдите на секунду в ванную комнату и посмотритесь в зеркало. Если бы вы могли заглянуть внутрь своего черепа, то увидели бы пару крошечных образований в форме крыла, расположенных в гипоталамусе, позади глаз, чуть ниже их уровня; одно в правом полушарии, второе – в левом. Эти так называемые супрахиазматические ядра (СХЯ)[44], состоящие из 10 тысяч нейронов, и есть главные часы вашего мозга[45]. По прошествии каждых 24 часов СХЯ вырабатывают специальные белки, задействованные в циркадианном цикле. Они контролируют и организуют основные ритмы тела таким образом, что функции организма, связанные со сном, приходятся на ночное время, а связанные с бодрствованием – на дневное. (Когда во время опытов над лабораторными животными СХЯ разрушают путем микрохирургического вмешательства, их жизнедеятельность – движение, потребление воды и пищи, сон – выбивается из нормального 24-часового цикла и беспорядочно распределена в пределах суток.)

Большое зеркало и короткий экскурс в генную инженерию помогут вам уразуметь, где тикают остальные часы вашего организма. Сегодня мы знаем, что в нашем теле их миллиарды: циркадианные будильники скрыты буквально в каждой клеточке – в почках, печени, сердце, крови, костях и глазах. В 2004 году ученые поставили опыт с использованием гена люциферазы (белка, благодаря которому светятся светлячки), чтобы показать в режиме реального времени циркадианные ритмы клеток периферических тканей[46]. И вот клетки всех частей тела «замигали» в такт циркадианному биению.

Хотя циклические ритмы тела определяются главным образом СХЯ, генетические будильнички, спрятанные в клетках других тканей и органов, могут тикать в своем ритме, регулируя пики и спады активности разных органов таким образом, чтобы каждый из них получал необходимое ему в нужный момент в соответствии со своими предпочтениями[47]. Так, часы в клетках сердечной мышцы задают дневные ритмы колебания кровяного давления, а часы в клетках печени – ритмы переваривания пищи и обезвреживания токсичных веществ, например алкоголя.

Совокупность вторичных часов можно сравнить с оркестром, а СХЯ ими дирижируют, подстраивая под световые сигналы из внешнего мира. Впрочем, периферические часы могут выходить из повиновения и действовать по собственной программе. Этот феномен мы наблюдаем, когда согласие расстраивается из-за смены часовых поясов или работы ночью.

Ход каждых часов определяется совокупностью генов. Небольшие различия в этих генах делают одних из нас ранними пташками, встающими с петухами, а других – «совами», с трудом продирающимися сквозь утренние часы и достигающими пика активности к полуночи.

Луис Птачек и его коллеги из Университета Юты первыми доказали генетическую природу хронотипа «жаворонков» в крайнем его проявлении[48]. Эта группа ученых обнаружила у всех членов одной большой семьи «жаворонков» из Юты, страдающих наследственным синдромом опережающей фазы сна, при котором люди засыпают примерно в 7 часов вечера и просыпаются в 2 часа утра, мутацию гена главных часов (СХЯ) Per2[49]. С тех пор Птачек и его сотрудники нашли уже около 60 семей с подобной мутацией. Считалось, что эти люди рано ложатся спать из-за своей подавленности и необщительности. Теперь ясно, что их поведение обусловлено изменениями в «часовых» генах.

Британские ученые также доказали, что истинные «жаворонки» и «совы» являются носителями различных вариантов гена Per3[50]. Примечательно, что практически у всех «жаворонков» была обнаружена более длинная вариация гена, чем у «сов».

Более умеренные проявления утреннего или вечернего хронотипа тоже связаны с генетическими вариациями. В 1998 году группа ученых провела среди 410 человек тест на самоидентификацию «сова – жаворонок», чтобы выявить, в какое время испытуемые предпочитают совершать те или иные действия (вставать с постели, заниматься спортом, выполнять умственную работу), установить уровень их активности после пробуждения и определить их место в спектре хронотипов[51]. У испытуемых взяли кровь на анализ и сравнили структуру одного из «часовых» генов. Люди с одной вариацией гена предпочитали вечернее время, отставая от «жаворонков» в различных видах активности как минимум на 45 минут.

Два известных исследователя биоритмов заметили как-то, что «наши родители – через свою ДНК – продолжают диктовать нам, когда ложиться спать»[52].

Конечно, дело тут не только в генах. Возраст тоже имеет значение. В период полового созревания могут происходить серьезные сдвиги в хронотипе. Тилл Рённеберг изучил образ жизни 25 тысяч людей в возрасте от 8 до 90 лет и обнаружил, что среди детей преобладают «жаворонки», но с началом полового созревания они все больше склоняются к тому, чтобы стать «совами»[53]. Малыш, просыпающийся в 6 часов утра, превращается в подростка, который не вставал бы и до полудня, – любой знает, как трудно вытащить тинейджера из постели к началу уроков в школе. В выходные дни и праздники подростки ложатся и просыпаются на 3 часа позже обычного. Это продолжается примерно до 19 лет у девушек и до 21 года у юношей. Фактически, говорит Рённеберг, пик «совиных» предпочтений приходится на конец подросткового возраста. После этого часто происходит обратный сдвиг и мы снова становимся скорее «жаворонками».

Важен и свет. Проведенное Рённебергом исследование предполагает, что многие из нас ведут «совиный» образ жизни, потому что не получают того количества дневного света, которое необходимо для нормальной работы биологических часов[54]. Люди, которые проводят на улице 30 и более часов в неделю, встают и ложатся спать на 2 часа раньше тех, кто бывает на улице только 10 часов в неделю. Однако стоит вам провести на улице всего 1–2 часа ранним утром, как ваши внутренние часы убегут вперед на 45 минут. Так что если хотите стать ближе к «жаворонкам», ходите на работу пешком.

Пробуждение трудно дается всем: молодым и пожилым, «жаворонкам» и «совам». Недавно я приняла участие в психологическом исследовании, в ходе которого должна была следить за своей активностью в течение дня. При мне всегда был карманный компьютер-наладонник, по его сигналу я отвечала на несколько вопросов, а затем с помощью небольшого теста определяла скорость своей реакции.

Ранним утром она была ниже всего.

Пусть я и настоящий «жаворонок», мне все равно нужно какое-то время, чтобы стряхнуть с себя паутину сна и встретить день во всеоружии. Время и тонизирующее средство, которое содержится в чашке крепкого кофе.

Я безнадежно подсела на кофе. Однажды, оказавшись в отдаленном уголке Северо-Восточного Китая, я должна была провести ночь в старом армейском бараке: выбитые окна, вместо унитаза – дырка в полу, матрасы прожжены сигаретными окурками. Я понимала, что достать кофе здесь вряд ли удастся, и взяла с собой зерна и кофеварку (французский пресс), чтобы приготовить напиток самой. Но оказалось, что там не достать и кипятка. Признаюсь, что утром мне пришлось жевать зерна, чтобы прийти в себя.

Густой аромат, ползущая вверх желтоватая пенка – уже сам ритуал приготовления кофе обещает вам ясность ума.

Кофе любил Бах. Любили его Бальзак, Кант, Руссо и Вольтер. Последний, говорят, выпивал по дюжине чашек в день[55]. Моя мама ограничивалась шестью. Двести лет назад Самуэль Ганеманн писал, что у пьющих кофе «сонливость исчезает, сменяясь искусственным оживлением, наступает бодрствование, вырванное у Природы»[56]. Сегодня на мировом рынке кофейные зерна занимают второе место после нефти, а кофеин стал самым популярным психостимулятором. Более 80 % людей потребляют его в том или ином виде, когда пьют кофе, чай, матэ, какао или колу[57]. Индейцы племени ачуар-хиваро из амазонских районов Эквадора и Перу начинают день с чашки травяного чая из листьев южноамериканского падуба (Ilex guayusa), в котором содержится столько же кофеина, столько в пяти чашках кофе[58]. Этот напиток настолько крепок, что индейцы обычно стараются извергнуть из желудка почти всё выпитое, чтобы избежать последствий передозировки – головной боли, испарины и нервной дрожи.

Мне, чтобы преодолеть утренний ступор, нужно 300–400 миллиграммов кофеина, то есть две чашки крепкого кофе, которые я глотаю в один присест. Последние исследования говорят, что, принимая кофеин таким образом – одной большой дозой, по примеру ачуар-хиваро, – вы не извлекаете из него максимума пользы. Чарльз Чейслер и его гарвардские коллеги установили, что одна доза кофеина порождает быстрый пик активности, которая так же быстро спадает[59]. Наиболее эффективный способ побороть слабость и стимулировать умственные способности, избежав нервного перевозбуждения, – пить кофе маленькими дозами, выпивая по 60 граммов каждый час.

О том, почему кофеин оказывает такое сильное воздействие на организм человека, заговорили только в последние годы[60]. Он выводится за 4–6 часов, влияя практически на все системы организма. С кровью кофеин поступает в ткани и жидкости тела, нигде не накапливаясь, но равномерно циркулируя в крови – а также в околоплодных водах и в тканях плода. При этом немного повышается кровяное давление, расширяются бронхи, улучшается кровоснабжение (а значит, и доступ клеток к «топливу» – кислороду, содержащемуся в крови). Через почки протекает больше мочи, на толстую кишку кофеин действует как слабительное. Он даже несколько усиливает метаболизм, что немного ускоряет сжигание калорий. Через 15–20 минут 90 % кофеина попадает из желудка и кишечника в мозг[61].

Секрет стимулирующего воздействия кофеина состоит в следующем: это вещество по своей химической структуре похоже на аденозин и соответственно имеет сродство с аденозиновыми рецепторами. Аденозин – эндогенное (то есть образующееся в самом организме) соединение, побочный продукт энергетического обмена, накапливающийся в организме по мере того, как клетки расходуют энергию. Чем больше тратится энергии, тем больше образуется аденозина. Он присоединяется к «своим» рецепторам, расположенным в основном в клетках мозга, и снижает их активность. Так, он уменьшает частоту сердечных сокращений и артериальное давление, выброс стимулирующих нейромедиаторов и вызывает сонливость. Кофеин подстегивает вашу активность, воздействуя на аденозиновые рецепторы «вместо» аденозина и мешая ему выполнять тормозящую функцию[62]. Это влияние кофеина на аденозиновые рецепторы настолько велико, что проявляется даже при малых дозах.

Таким образом, кофеин не возбуждает нервные клетки, но мешает им избавиться от возбуждения. Вопрос о том, стимулирует ли он работу мозга, пока остается открытым[63]. В 2005 году австрийские ученые изучали воздействие кофеина на мозг с помощью магнитно-резонансной томографии[64]. Перед началом эксперимента волонтеры должны были воздерживаться от кофе в течение 12 часов. Затем половина из них выпила чашку крепкого кофе, содержащую 100 миллиграммов кофеина, а вторая половина – плацебо[65]. Через 20 минут участники эксперимента должны были выполнить ряд заданий на память и концентрацию, в то время как их мозг сканировали магнитно-резонансным томографом. Сканирование выявило у всех участников опыта всплеск активности отделов мозга, отвечающих за моторную и рабочую память. Однако у тех, кто принял кофеин, возросла (по крайней мере на 45 минут) активность и других отделов мозга, отвечающих за внимание и концентрацию. Исследователи полагают, что эти отдельные всплески нервной деятельности также могут объясняться воздействием кофеина на рецепторы аденозина.

Впрочем, есть и скептики[66]. Нейробиолог Роланд Гриффитс из Университета Джонса Хопкинса предположил, что положительное воздействие на работу мозга, которое люди приписывают утренней чашке кофе, иллюзия. Кофе просто снимает симптомы абстиненции после ночного воздержания от него. Без кофе, полагает Гриффитс, ваша активность, скорее всего, повысится сама собой через час или два после пробуждения.

Возможно, он и прав. Но я не могу ждать. Иллюзия это или нет, я не могу жить без допинга, который избавляет меня от утренней бестолковости и помогает прийти в себя перед началом нового дня.

Глава 2 Восприятие

«Кофе?» – шепчу я спящему мужу. Не хочется его пугать, но мой шепот все же лучше вспышки яркого света или 70-децибельного звонка его будильника. Утро входит в сознание через сенсорное восприятие, мягкое или резкое. В течение нескольких секунд после пробуждения вы можете видеть звезды, чувствовать запах утренней росы в воздухе, ощущать прикосновение простыней или ночной рубашки из мягкого хлопка, в темноте разглядеть лицо лежащего рядом человека и услышать сонный ответ. Молекулы запаха поднимаются по носовым проходам и возбуждают обонятельные рецепторы. Нервные окончания, находящиеся прямо под кожей, откликаются на вес и фактуру материала, из которого сшита ваша одежда, какой бы мягкой и легкой она ни была, и преобразуют механическую энергию воздействия в нервные импульсы, которые мозг читает как прикосновение – грубое или нежное, шелковистое или шершавое. Звук голоса или звонок будильника приходит с движущимися волнами воздуха, которые с невероятной точностью перерабатываются в электрические сигналы, интерпретируемые как речь, пение птиц или музыка. А группа клеток, расположенных в сетчатке глаза, выхватывает изображение лица даже в тусклом свете темной спальни и сразу передает его в мозг.

На первый взгляд кажется, что проще этого ничего быть не может: посредством пяти органов чувств в одну секунду создается достоверная картинка мира. Хотя любой, даже самый мощный, компьютер решает подобные задачи с трудом, вам это кажется настолько же естественным, как ходьба или дыхание. Однако, как недавно узнали ученые, в этом процессе нет ничего простого. Череда захватывающих открытий радикально усложнила наши представления о сенсорном восприятии – как будто в калейдоскопе внезапно сменилась картинка.

Возьмем обоняние. Не так давно считалось, что способность чувствовать запах, например вонь гниющих отбросов или автомобильных выхлопов, – это всего лишь малопонятная и не слишком важная функция мозга, в которой участвуют ограниченные участки «низших» структур мозга. Теперь же органы обоняния рассматриваются как чрезвычайно сложная и чувствительная система, которая может распознать тысячи разных запахов с помощью около 350 видов рецепторов и проанализировать их важность при участии различных отделов мозга, чтобы предупредить об опасности или оценить качество пищи[67]. Для восприятия многих запахов достаточно миллиардных долей вещества, говорит Джей Готфрид, нейробиолог из Северо-Западного университета, так что мы можем различать два запаха, разница между которыми сводится всего к одному молекулярному компоненту[68].

Запахи – сложные органические молекулы, попадающие в носоглотку вместе с вдыхаемым воздухом, – улавливаются рецепторами слизистой оболочки носа. Миллионы обонятельных нервных окончаний, каждое из которых обладает десятками идентичных рецепторов, пронизывают слизистую носа, реагируя на внешние воздействие[69]. Получаемые рецепторами сигналы передаются по аксонам – длинным отросткам нервных клеток, проникающим через маленькие отверстия в костях черепа в обонятельный бульбарный отдел мозга. Обнаруживая поразительную способность к самоорганизации, аксоны группируются таким образом, что тысячи аксонов, относящихся к нейронам с одинаковыми рецепторами, сходятся в одной и той же точке обонятельной луковицы. Каждый запах возбуждает какую-то часть группы, а затем мозг разносит соответствующий сигнал по разным отделам.

Характер запаха (свежий или тухлый, хороший или плохой) определяется в орбитофронтальной части коры головного мозга, той важнейшей части лобной доли мозга, которая отвечает за принятие решений, контроль эмоций, влечение и чувство долга[70]. Интенсивность запаха (его остроту) иногда определяет мозжечковая миндалина – миндалевидное образование, отвечающее за страх и другие эмоции, но «только в том случае, если запах эмоционально возбуждает», уточняет Готфрид (как, например, запах льва возбуждает газель, в отличие от запаха травы)[71].

В распознавании и анализе запаха – сильный или слабый, хороший или плохой – участвуют также отделы мозга, ответственные за память. Исследование, проведенное в 2005 году во Франции, показало, что при интерпретации запахов активируются участки памяти в обоих полушариях, – возможно, для того, полагают исследователи, чтобы способствовать выработке ассоциаций, которые помогают идентифицировать запах[72]. Как сказал один ученый, «нужно сначала вспомнить запах, а потом идентифицировать его»[73].

Некоторые запахи способны увлечь нас в глубины личных воспоминаний. Например, мне запах бекона напоминает летние дни детства, когда я просыпалась от запаха жарящихся ломтиков копченой свиной грудинки и корюшки – замечательной маленькой рыбки, которую мой дедушка рано утром ловил в темных водах озера Мичиган и жарил внукам на завтрак. Долгие годы множество свидетельств отдельных людей заставляло предположить, что запахи служат необычайно ярким напоминанием о пережитом. Это явление известно как «феномен Пруста», названный в честь знаменитого романиста, который описал, как вкус печенья «мадлен» возрождает в памяти детские воспоминания. Ученые доказали, что стимуляция обоняния действительно пробуждает воспоминания сильнее, чем «подсказки» всех прочих органов чувств[74]. И они сохраняются дольше других сенсорных воспоминаний[75]. Это тем более поразительно, что обонятельные клетки эпителия полости носа живут всего несколько месяцев, а затем их заменяют новые, которые заново устанавливают связь с клетками мозга.

Чем же обусловлено подобное воздействие запахов на память? Как полагает нейробиолог Линда Бак, «ароматные» воспоминания выдерживают испытание временем, потому что обонятельные клетки (старые или новые), заключающие в себе рецептор определенного запаха, всегда посылают свои сигналы в одну и ту же точку мозга[76].

Таким образом, нужно поговорить и об удивительной структуре обонятельной системы.

Первый глоток кофе не похож ни на что. Чтобы получить максимальное удовольствие от кофейного аромата, задержите напиток во рту, прежде чем проглотить его. Пары́ кофе проникнут из вашей глотки через нёбо в полость носа, а затем в обонятельную луковицу, чтобы прошептать: «А вот и я!» – вашему мозгу.

Возможно, вы уверены, что богатый вкус кофе ощущаете языком. Но букет кофе – как и любой другой букет – на 75 % состоит из запаха. Пригубите кофе «суматра», и язык подскажет вам лишь одно: кофе горький. Дана Смолл рассказывает: замечательный вкус кофе – это на самом деле замечательный аромат, который мы отождествляем со вкусом, потому что он воспринимается через рот.

Смолл и ее коллеги из Гарвардского университета обнаружили, что в мозге существует особая сенсорная система для обработки запахов, поступающих через рот[77]. Ученые провели эксперимент, в ходе которого в горло и ноздри волонтеров вставляли маленькие трубочки. Затем в разные трубки направили четыре различных запаха и просканировали мозг с помощью магнитно-резонансного томографа. Было обнаружено, что сигналы о запахах, связанных с пищей и поступивших разным путем (через горло и через нос), интерпретировались разными участками мозга. А это, по мнению Смолл и ее коллег, позволяет предположить, что в мозге существует как минимум две отдельные обонятельные подсистемы: одна распознает запахи удаленных объектов, другая – тех, что находятся во рту. Вторая подсистема задействуется, только когда мы жуем или глотаем.

«Важнейший факт, связанный с вкусовыми стимуляторами, – это то, что они вызывают основные человеческие эмоции – радость (сладкое) и раздражение (горькое)», – пишет Гордон Шеферд, нейробиолог из Йеля[78]. Они заложены в мозге с рождения. Реакция на ароматную составляющую вкуса, напротив, в основном вырабатывается со временем, замечает он, что объясняется, по всей вероятности, огромным разнообразием запахов в кухнях мира.

До недавнего времени наука мало знала о восприятии через рот. Сегодня инструменты генной инженерии и сканеры мозга позволяют приподнять завесу тайны над механизмом восприятия запаха. Те 25 % букета, которые определяются вкусом, распознаются вкусовыми рецепторами, расположенными в сосочках языка. Каждый рецептор отвечает за один из пяти вкусов: соленый, сладкий, кислый, горький и умами. Последний (от япон. umai – хороший и mi – вкус) отвечает за пикантный аромат таких продуктов, как куриный бульон, сыр пармезан, грибы и бекон.

Едва ли не в каждом учебнике вы найдете схемы, показывающие, какой вкус воспринимает тот или иной участок языка: кончик – сладкое, боковые края – кислое и т. д. Однако вопреки этим расхожим представлениям клетки, ответственные за распознавание пяти основных вкусов, разбросаны по всей поверхности языка. Некоторые из них расположены в глотке, гортани и надгортаннике, но основные – во вкусовых сосочках языка[79].

Любопытно, что вкусовые сосочки больше всего напоминают луковицу. Каждый из них состоит из сотни вкусовых клеток с рецепторами, которые и воспринимают вкус. Частички пищи, проникая через крошечные отверстия в сосочках, встречаются с рецепторами, которые посылают сигналы в соответствующий отдел коры головного мозга[80]. Мозг сопоставляет вкусовые ощущения с информацией о качестве и структуре – так сказать, «ротовым ощущением» пищи (которое делает хрустящий картофельный чипс восхитительным, а раскисший – неаппетитным), а в случае со жгучим красным перцем и другой острой пищей – с болевыми ощущениями, чтобы сформировать полное восприятие сладкого домашнего вкуса бананового хлеба или пряного голубя в вине.

Температура пищи – еще одна часть картины. Тепло усиливает ощущение сладости и горечи (вот почему горячий кофе такой вкусный)[81]. Действительно, даже изменение температуры языка – охлаждение или нагрев – вызывает у каждого второго человека вкусовые ощущения. В 2005 году группа ученых заявила об открытии странного феномена «теплового вкуса»[82]. При стимуляции языковых рецепторов сладкого вкуса открывается специальный канал. Оказалось, что тепло также открывает этот канал, активируя вкусовые рецепторы даже в том случае, когда пробовать нечего.

Всем известно, что мы ощущаем вкус по-разному. Возьмем сладкоежек или тех, кто терпеть не может кориандр либо анчоусы. Широко известна нелюбовь Джорджа Буша-старшего к брокколи. А вкус оливок? Одни воспринимают его как божественную смесь соленого, кислого и горького, а другим он напоминает корабельное житье, когда, по описанию Эмерсона, «задыхаешься от вони застоявшейся трюмной воды, ядовитых миазмов и застарелой нефти»[83]