Сон. Наука сну, або Пробудження після неспокійної ночі

Спи, мій синку

Усім нам потрібен сон. Або принаймні всім тваринам. Ми, люди, можемо спати горілиць, долілиць, на боці, обій­нявши подушку або людину, з якою спимо, підібгавши ноги... Зрештою ми доволі вигадливі. Але якщо колись нам забагнеться чогось нового, існують інші представники тваринного світу, які пропонують нам різноманітний перелік способів відпочинку.

Кажани, приміром, сплять близько дев’ятнадцяти годин на добу і роблять це, висячи на лапах, «так що твоє черево видно навспак», як слушно завважив Лука Продан[10]. Багатьом з нас захотілося б блювати або ми одразу відчули б головний біль, але цим своєрідним ссавцям, либонь, подобається так спати. До того ж одна з переваг цієї пози полягає в тому, що дозволяє їм краще ховатися й уникати нападів, бо на відміну від інших летючих істот кажани не біжать, щоб відірватися від землі. Тому для втечі в разі небезпеки їм досить упасти.

Іншою твариною, яка спить у доволі своєрідний спосіб, є жираф, який робить це навстоячки — одне його око при цьому весь час розплющене, а вуха невпинно ворушаться з боку в бік. Таким чином жираф постійно пильнує на випадок, якби якомусь хижакові заманулося поласувати довгошиїм харчем. Може, це й не надто зручний спосіб сну, але ж стосовно поз немає жодних приписів.

Дельфін теж знайшов манеру відпочивати, не важачи життям: він заплющує одне око, притлумлює половину мозку, а тим часом і далі плаває! Так само чинить і качка.

Пози для сну, які ми знаходимо в природі, такі різноманітні, що, мабуть, можна було б написати «Камасутру відпочинку», хоча зі зрозумілих причин вона б не мала такого успіху, як першотвір. Отже, ті, кому набридло просто заплющувати очі, або хто не знаходять зручної пози, можуть спробувати завмерти чи користуватися лише половиною мозку. Втім, якщо вони опиняться в хащах і навколо кружлятиме якийсь хижак, ці зусилля не матимуть особливого сенсу.

Зазвичай сторожким сном сплять беззахисні тварини на кшталт газелі, а глибоким — ті, які мають обмаль або й зовсім не мають природних ворогів. Тому, споглядаючи лева, ми майже завжди завважуємо, що він поринув у глибокий сон (оскільки клопоти по дому — себто по савані — покладені на левиць).

У пошуках втраченого часу

Припустімо, ми спимо в середньому вісім годин на добу. Отже, в місяць ми витрачали б на це близько 240 годин, а в рік — 2920. Якщо нам вдасться дожити принаймні до 80 років, ми проведемо вві сні 233 600 годин, тобто понад 26 років!

А за 26 років можна зробити безліч речей. У цьому віці, приміром, Марадона виграв для Аргентини другу світову першість з футболу й викликав сльози своєю грою «космічного метеорита»[11]. Айнштайн надрукував свої три знамениті статті про відносність у журналі Annalen der Physik und Chemie («Аннали фізики та хімії»). А Мікеланджело вже виліпив свою Pietá[12], яка зачаровує нас, коли ми бачимо її у Ватикані. Як це можливо, що третину життя ми віддаємо сну замість робити такі жадані подорожі, прогулюватися з друзями або раз по раз смакувати смажениною у родинному колі?

Численні команди вчених ставили собі це питання, на яке так важко знайти відповідь, і хоча й висунули різноманітні теорії, досі не можуть дійти згоди. В цьому сенсі наука й політика не надто різняться між собою: майже завжди суперечливі думки пожвавлюють дискусію. Всі зазвичай обстоюють різні точки зору, допомагаючи нам краще зрозуміти, що відбувається: в цьому разі — чому ми спимо?

Битва титанів

У 1970-ті роки американський психолог Вільзе Вебб[13] розвинув теорію збереження енергії. В ній він стверджує, що ми спимо в ті проміжки доби, коли пошук їжі найменш ефективний. Тоді ми потребуємо й витрачаємо менше енергії, і наш метаболізм зменшується приблизно на 10 %, тобто наші клітини вже не працюють на повну силу. Так ми зберігаємо запаси, які можемо використати, коли насправді їх потребуватимемо.

У протилежному кутку рингу теорія відновлення наголошує, що, поки ми спимо, тіло перезаряджає батарейки й налаштовується. Одним з її представників є Іан Освальд[14], який працював над цією темою в 1960-ті роки; багато хто вважає його предтечею досліджень сну в Сполученому Королівстві.

Щоб підтвердити цю гіпотезу, вчені ґрунтувалися на дослідах з різними видами тварин, яким не давали спати. Без необхідного відпочинку імунна система цих істот поступово слабшала, аж поки вони вмирали. Користуючись нагодою, зазначимо самовідданість та жертовність цих нещасних створінь в ім’я наукового прогресу, за що ми повинні їм дякувати.

Коли ми відпочиваємо, вступає в дію інший фактор: наше тіло виділяє гормон росту, який, крім усього іншого, відновлює тканини. Простіше кажучи, це так, начеб тіло щоночі відвідує механічну майстерню. Коли ми не спимо, нейрони (клітини нервової системи) виробляють у нашому мозку аденозин, субстанцію, що, накопичуючись, змушує нас відчувати втому. Коли ж ми лягаємо в постіль і заплющуємо очі, аденозин поступово зникає, і тому, прокинувшись, ми почуваємося бадьорими. Отже, сон відновлює тканини тіла й усуває відчуття втоми. Деякі субстанції, приміром кофеїн, блокують дії цієї речовини, тож, п’ючи каву, ми залишаємося бадьорими та пильними.

У третьому кутку рингу (в наукових питаннях кількість учасників бою необмежена) ми бачимо набагато новішу теорію нейропластичності, яка обстоює можливість утворення під час нашого сну нових сполучень між клітинами нервової системи. Іншими словами: в структурі та організації мозку можуть відбуватися зміни. Як ми побачимо згодом, у різних інститутах світу досліджують, яким чином сон (або неспання) діє на навчання й пам’ять, як під час засвоєння нових даних і методів, так і в ході закріплення тих, якими ми вже володіємо. Увага: нехай підлітки, котрі повинні готуватися до іспиту з хімії, не ховаються за цією теорією, щоб натомість віддаватися післяобідньому сну, й — замість учити періодичну таблицю — не кладуть її під подушку.

І нарешті, вільний куток квадрату займає менш тренована й чимало критикована теорія бездіяльності. Вона — під несхвальні вигуки — обстоює думку, буцімто тварини, які нерухомо сплять уночі, менше наражаються на небезпеку нападу, оскільки не привертають уваги хижаків. Утім, як слушно мовить народна мудрість, «сплячий крокодил — це портфель», тож краще пильнувати, щоб швидко реагувати й тікати, замість наражатися на небезпеку, удаючи статую.

Та хоч би хто завдав останнього удару (і хоч би як розділяли між дослідженнями ринг), достеменно відомо, що з усіма нами, коли ми кладемо голови на подушки, відбувається дещо схоже.

Не дай мені впасти

Щоб проаналізувати, що саме відбувається з нами, коли ми спимо, дослідники зосередилися на трьох аспектах. З одного боку, щоб вимірити мозкову активність, вони застосували електроенцефалограми (ЕЕГ): за допомогою липкої маси до волосатої шкіри люб’язних волонтерів прикріпили електроди й під’єднали їх до комп’ютера, що фіксував електричні сигнали, які подавав мозок, поки ті спали. Водночас за допомогою електроміограми (ЕМГ) виміряли м’язовий тонус: процедура схожа на попередню, тільки електроди розміщуються на м’язах різних частин тіла. І нарешті, за допомогою електроокулограми (ЕОГ) виміряли рухи очей.

Після численних вимірів чи, сказати б, після тривалого дослідження волонтерів (або, висловлюючись більш професійно, об’єктів експерименту), які — оповиті дротами — погодилися спати в лабораторії, вчені виявили, що вві сні ми проходимо через різні фази, які циклічно повторюються впродовж ночі (або дня, залежно від звичок кожного).

Коли Льюїс Керрол у 1865 році написав «Алісу в Країні див», навряд чи він міг уявити, що від самого початку твору досить точно змальовує різні моменти спання. Аліса йде за дивним кроликом у камізельці й майже непомітно для себе починає повільно падати. Вона падає, падає, падає, аж поки відчуває, що спить і їй починає снитися сон. Якщо вам цікаво, що сталося далі, прочитайте книжку або подивіться одну з її екранізацій. Ви маєте багатий вибір: після першої, 1903 року, нова версія з’являлася приблизно кожні десять років.

Натхненні чи ні англійським письменником і математиком, дослідники подібно до цього описали фази сну. Під час першої ми можемо відчувати, нібито падаємо. Наші очі рухаються повільніше, а м’язи всього тіла розслаблюються. Під час другої очі нерухоміють, а хвилі, які посилає наш мозок, робляться повільнішими, хоча виявляють довільні піки активності. Впродовж цієї фази наш сон неміцний: нас легше розбудити й часто ми навіть заперечуємо, що спали.

Щойно падіння припиняється, ми поринаємо в глибокий сон. У третій та четвертій фазі нас важче розбудити, а коли це вдається, ми дещо ошелешені та сонні. Як побачимо в останньому розділі, в такі моменти деякі нещасливці йдуть трохи прогулятися, інші здатні промовляти цікаві й викривальні монологи. Потім наш сон входить в особливу фазу, що дістала назву REM (абревіатура від rapid eye movement — швидкі рухи очей)[15].

Очі, що не бачать, але рухаються... Та ще й як!

У REM-фазі очі роблять саккадичні (так називають дуже швидкі та різкі) рухи й активізуються чимало зон нашого мозку, які в попередніх фазах були притлумлені, як, приміром, деякі зони, пов’язані з пам’яттю й емоціями. В цій фазі також виробляється особливий тип хвиль, подібних до хвиль у стані неспання, і в цей же час існує більша вірогідність, що нам снитимуться сни.

Це відкриття REM-фази відбулося 1953 року, вірніше, тільки 1953 року, і ним ми завдячуємо двом науковцям Чиказького університету. Насправді все почалося набагато раніше, коли такий собі доктор Натаніел Кляйтман[16] спробував пояснити, як ми спимо, й у 1939 році надрукував книжку, що окреслила дослідження цієї проблеми: Sleep and Wakefulness («Сон і неспання»). Однак Кляйтман, як більшість учених, працював не сам. Йому допомагали двоє учнів, які невдовзі довели, що вони такі ж або й більш блискучі дослідники, ніж їхній учитель: Юджин Асеринський[17] та Вільям Демент[18].

Асеринський годинами не виходив з лабораторії й так довго спостерігав людей, які спали там в ім’я науки, що помітив, що в певний момент їхні повіки рухаються дуже швидко, а в активності очей існує певна послідовність. Він розповів про своє відкриття Дементові, який за допомогою ЕЕГ (та будячи волонтерів, щоб запитати, чи їм щось снилося) довів, що ці рухи пов’язані з появою снів, і запропонував визначення різних фаз сну.

А куди рухаємося ми після REM? Ми повертаємося або майже повертаємося до початку: замість падати знову, ми переходимо безпосередньо до другої фази. Все це відбувається протягом обмеженого часу — стільки, скільки триває футбольний матч. Від тієї миті, коли ми заплющуємо очі, й до входження в чарівний світ REM, що розчиняє перед нами двері в незнані виміри, минають дев’яносто хвилин. Ті, кому не до вподоби один із найкращих у світі видів спорту, можуть використати цей час, аби трохи поспати, замість критикувати нашу пристрасть до видовища, під час якого двадцять двоє солідних панів бігають за одним м’ячем.

З плином часу все поліпшується (або погіршується, залежно від змісту наших сновидінь). Кожна наступна REM-фаза триваліша, а час міцного сну скорочується, аж поки майже зникає. І нарешті — оскільки все має свій кінець — ми прокидаємося.

REM або не-REM — ось питання

Немає нічого кращого, ніж після виснажливого дня прийти додому, де на нас чекають з вечерею, а поївши, впасти в ліжко на м’який і пружний матрац. Звичайно, потрібна ще й дуже зручна подушка. Але чого ми не підозрюємо, так це того, що, поки наші очі заплющуються, в нашому тілі починаються зміни.

Холод, який ми часто відчуваємо серед ночі, спричинений тим, що під час фаз, які передують REM, тобто не-REM-фаз, температура нашого тіла лише трохи нижча за його температуру, коли ми не спимо. Натомість, коли ми входимо у REM-фазу, температура досягає свого мінімуму, і через те ми починаємо смикати ковдру, щоб краще укритися. У цей визначальний період сну ми також дихаємо більш часто й уривчасто.

Існують і інші відмінності між обома фазами. В серцево-судинній системі відбуваються зміни кров’яного тиску та серцевого ритму: ці перемінні величини більшають у різні моменти REM-фази і коли ми прокидаємося, й зменшуються у не-REM-фазі. Те саме відбувається з роботою симпатичної нервової системи, яка — хоч би скільки жартів це викликало — підтримує нас у стані боротьби-втечі, що дозволяє бути більш пильними, бігти швидше чи викликає приплив сил у критичних ситуаціях.

З іншого боку, під час не-REM-фази наш мозок одержує менший приплив крові, а у REM-фазі він такий самий, як і тоді, коли ми не спимо. Разом з тим певні зони, пов’язані з емоціями та процесом бачення, одержують більше крові впродовж REM-фази.

Так само й секреторна діяльність наших гормонів різна, залежно від часу дня та різних фаз сну. Приміром, тиреоїдний гормон вивільняється, коли вечоріє, а гормон, який відповідає за ріст, робить це через кілька годин після того, як ми засинаємо. Через це дехто пов’язує низький зріст із перериваннями четвертої фази сну (частини глибокого сну), що відбувалися в дитинстві. Відтак куцани мають, на що скаржитися... а бабусі — чудову причину відправляти дітлахів до ліжка.

Коли ми спимо, чимало перемінних нашого тіла діють так само, як і під час неспання, однак природа позбавляє нас зайвих незручностей, бо рухи тіла блокуються і не дозволяють видінням нашого могутнього розуму втілюватися в реальному світі. Таким чином ми можемо спокійно бачити вві сні, що біжимо виснажливий марафон чи граємо го­ловну роль у фільмі «Хлопець-каратист», не наражаючись на небезпеку покалічити людину, яка спить з нами (або самих себе).

Чарівний світ сновидінь

Багато кому може здаватися, нібито, коли ми спимо, наш мозок просто гасне. В цьому є частка правди, бо існують зони, які насправді відпочивають, проте чимало інших працюють інтенсивніше, ніж тоді, коли ми не спимо. Як ми вже зазначали, фази REM і не-REM відрізняються тим, які зони мозку активуються[19].

Перш за все, що ми робимо, щоб заснути? Все дуже просто: в нашому чарівному та складному мозку чимало зон виконують різні функції й сполучаються між собою завдяки нейромедіаторам — дуже корисним речовинам, що здійснюють обмін інформацією між нейронами, які їх виробляють. Деякі з них — гістамін, орексин, глютамат, дофамін і серотонін — окрім інших завдань, дбають, щоб ми не спали. У центральній частині мозку, гіпоталамусі, розташовані різні згромадження нейронів, що звуться ядрами й виконують різні специфічні функції. Одне з них — супрахіазматичне ядро, визначальне у функціонуванні внутрішнього годинника хребетних тварин (це особливий механізм, що, як ми побачимо в шостому розділі, визначає діяльність нашого організму кожної хвилини доби).

Це ядро сполучається з іншою частиною гіпоталамуса — вентролатеральною преоптичною зоною, відповідальною за не-REM-фазу і за те, щоб ми заплющили очі для сну. З цією метою вона уриває сигнали нервової системи, що передаються під час неспання; таким чином ми засинаємо так, мовби нас заколисують, але в хімічний спосіб.

Уві сні чергування фаз REM і не-REM контролює зона, розташована між мостом стовбура головного мозку та середнім мозком (структурами, які сполучаються з мозком приблизно на рівні шиї), що активує або притлумлює інші зони мозку. Відтак, коли ми спимо, наша голова працює значно інтенсивніше, ніж ми могли б уявити. До того ж уся ця діяльність мозку може придатися для інших речей.

От трохи посплю й знайду рішення

Як ми вже зазначали, сон потрібен нам, аби наш мозок відпочив й узявся за виконання своїх функцій. Але водночас було б вельми небезпечно цілковито втратити контакт із зовнішнім світом; ми б зробилися легкою здобиччю для першого-ліпшого хижака, а, як відомо, іноді життя залежить від того, щоб тебе не з’їли.

Щоб вирішити цю проблему, наша нервова система дбає, аби мозок відпочивав, не наражаючи на небезпеку наше життя. Чимало вчених вважають це однією з функцій REM-фази сну. Впродовж цієї фази наш мозок тримає напоготові рухову, сенсорну та емоційну системи, щоб вони могли діяти в разі нагальної потреби. REM-фаза виконує також інші надзвичайно важливі для нашого організму фізіологічні функції. Передусім вона регулює та підтримує в стабільному стані температуру мозку. А крім того, зрештою ми можемо навчитися користуватися телескопом або вивчити партитуру якоїсь пісні.

Часто, засинаючи, ми намагаємося пригадати, як щось зробити, а вранці — завдяки чарівній силі REM — маємо відповідь. Тому вважається, що ця фаза зміцнює недекларативну пам’ять, що забезпечує підсвідоме засвоєння різних навичок, таких як їзда на велосипеді, керування машиною чи в’язання.

Щоб дослідити цей феномен, деякі науковці вдалися до експерименту: вони попросили учасників доторкнутися до великого пальця кожним пальцем іншої руки й зафіксували, скільки часу тим для цього знадобилося. Потім дослідники проаналізували фази сну волонтерів і помітили, що REM-фаза тривала довше. Наступного дня вони завважили, що учасникам знадобилося менше часу для виконання цього завдання.

Інша група вчених спостерегла, що під час цієї фази задіяні ті самі протектори мозкової діяльності, що й під час опанування процедурного завдання, переважно у мозочку та різних зонах кори головного мозку, й серед них — у руховій.

Однак, на щастя, ми запам’ятовуємо не лише дії. Ми здатні пригадати, приміром, лінію нападу наших мрійливих снів (назва, наче спеціально придумана для цієї книжки) команди «Уракан», чемпіона 1973 року, й одразу, майже не замислюючись, вигукнемо: «Гаусман, Бріндісі, Аваллай, Бабінгтон і Ларроса»[20]. «Майже», тому що насправді, щоб згадати ці імена, ми повинні вдатися до так званої декларативної пам’яті, до якої вдаються свідомо і яка також пов’язана з REM-фазою.

Ця пам’ять залежить головно від гіпокампу, базової зони нашого мозку в тих випадках, коли навчання пов’язане з контекстуальною та просторовою інформацією. Численні дослідження довели, що ця структура активізується, коли ми навчаємося і в період глибокого сну, якому передує навчання. Крім того, було помічено, що, коли людину будили, перш ніж вона входила у REM-фазу, це негативно впливало на її здатність сприймати нову декларативну інформацію — вихідні дані, дати, імена тощо.

З іншого боку, дослідники виявили спосіб полегшити цей пов’язаний, на їхню думку, з емоціями вид навчання. Під час інших експериментів вони впевнилися, що REM-фаза допомагає зміцнити декларативну пам’ять у тих випадках, коли інформація містить якийсь емоційний компонент. Таке може відбуватися тому, що в цій фазі активізуються лімбічні та паралімбічні зони нашого мозку, які управляють емоціями.

Чимало людей зазвичай запам’ятовують дані, що асоцію­ються з образами, які видаються їм важливими. Існують курси, які на основі цих асоціацій та інших технологій сприяють покращенню пам’яті. Звичайно, щоб отримати бажаний результат, після лекцій треба добре виспатися (ніяких танців і happy hour[21] з однокурсниками в барах Буенос-Айреса[22]).

Утім, цій REM-фазі властиве й дещо особливо цікаве: це наші двері у світ снів, час, коли відбуваються неповторні, яскраві та вигадливі історії, що їх найбільші щасливці зазвичай згадують наступного ранку. Це особливий світ, в якому присутні елементи емоцій, руху та інстинкту, вироблені масою нейронів. І цей світ заслуговує на окремий розділ.