Характерные черты медленной фазы сна человека. Исследование фаз сна и их влияние на полноценный отдых Что происходит в период быстрого сна

Здравствуйте, уважаемые читатели блога! Не знаю как Вам, но мне всегда была интересна тема сна. Уж очень много я всяких теорий и догадок про него слышал: и про медленный сон, и про быстрый, и про всевозможные его фазы. Вот только никогда сам этого «не проверял». Слышал, да и все тут. А копнуть глубже все ума не хватало руки никак не доходили 🙂 (хотя, статью про здоровый сон я уже писал раньше – значит немного копал).

Так вот сегодня я решил исправиться и заполнить этот пробел в знаниях. Ну и, как обычно, всей интересной информацией, что я нахожу в интернете, открыто делюсь с Вами.

Классификация стадий

Итак, первое, на что я наткнулся – самая простейшая классификация, известная нам еще со школы. Согласно ей стадии сна делятся на:

быстрые ;
и медленные .

Притом каждая стадия имеет свои «подстадии». Так, быстрый сон делится на:

эмоциональный;
неэмоциональный.

А медленный на:

дремоту;
сонные веретена;
дельта сон;
глубокий дельта сон.

Углубляться в каждый из этих пунктов я не вижу смысла – интересного там мало (в основном разница в активности мозговых волн и все такое). Лучше взгляните на эту табличку различий между стадиями, которую я составил для Вас:

Ну а сейчас давайте определим, что же происходит с нами при засыпании и как все эти стадии чередуются между собой. Вот это уже немного интереснее, не так ли?

Последовательность стадий

1) После того, как мы легли в кровать и начали засыпать, активизируется первая фаза сна (или же стадия дремоты).

Длится она примерно 5-10 минут, не больше. Как правило, за этот короткий промежуток времени наш мозг не успевает «успокоиться» и по прежнему достаточно активен: он решает последние задачи, проблемы – в общем, работает по инерции 🙂

2) Затем следует вторая фаза медленного сна .

Здесь наблюдается снижение мышечной активности, замедление дыхания и сердечного ритма. Глаза при этом остаются неподвижными. На этой стадии есть целый ряд коротких моментов, в которые человека легче всего разбудить. Длится эта стадия сна порядка 20 минут.

3) Третья и четвертая фазы сна очень схожи между собой и длятся порядка 30-45 минут (разница заключается лишь в количестве дельта-колебаний – потому они и называются «дельта» и «глубокий дельта» сны).

4) После этого человек возвращается вновь во 2-ую стадию медленного сна (описана выше), и уже после нее переходит в первую часть быстрого* (очень короткую – всего лишь порядка пяти минут).

*Заметьте, что быстрый сон наступает лишь после прохождения всех 4-х (а точнее пяти: 4 вперед, и одну назад:)) — фаз медленного.

Вся эта последовательность из четырех пунктов, описанных выше, и называется циклом . Время первого такого цикла – порядка 90-100 минут.

Что же мы делаем остальные 5-6 часов?

Все просто: остальное время эти фазы повторяются при одном лишь условии: доля быстрого сна увеличивается за счет снижения доли медленного (под утро стадия быстрого сна может длиться целый час – так написано в Википедии). При полноценном здоровом отдыхе наблюдается порядка пяти таких циклов.

Ух, ну вот, вроде понятно все изложил 🙂 Теперь, когда мы знаем что и за чем идет, давайте попробуем ответить на вопрос: «когда же лучше всего просыпаться? ».

Так когда же лучше всего просыпаться?

Значит, я нашел несколько способов для определения лучшего времени подъема.

1) Вот этот ресурс. На основе известных лишь им алгоритмов калькулятор рассчитывает оптимальное время для пробуждения. Все, что нужно – это вбить время засыпания и нажать «рассчитать».

Вот, к примеру, если я усну в 23:00 (как обычно и бывает), просыпаться мне лучше всего в 6:00. Кто знает, может это и правда (т.к. проснулся я сегодня в 6:25 и пробуждение было не из самых легких – благо, выручил контрастный душ) 🙂 Завтра попробую подняться в 6:00.

2) Еще можно воспользоваться вот этой таблицей. Не знаю, кто ее автор, но все изложено очень понятно и доходчиво – огромное спасибо ему за это.

Зеленым цветом здесь выделены фазы быстрого сна, красным – медленного. И если верить этой схеме, то просыпаться лучше всего в самом конце первой фазы — притом именно быстрого сна. Это время даже помечено будильничком.

Если верить временной шкале (ось икс), то лучше всего просыпаться через семь часов после засыпания. В принципе, все совпадает: если взглянуть на скриншот выше (пункт 1), то мне, засыпая в 23:00, лучше всего вставать в 6:00 – здесь картина та же. Ну все, завтра встаю ровно в 6:00! Если не забуду – напишу Вам о своих успехах 🙂

А Вы знали?

Ну вот, стадии сна мы разобрали, лучшее время для пробуждения определили. Чем же займемся теперь? О, у меня идея! А давайте узнаем, как спят животные!

А Вы знали , что:

кошки спят по 16 часов в сутки;
жирафы, прежде чем заснуть становятся на колени и загибают голову вокруг ног;
дельфины и китообразные обладают способностью одностороннего сна (это когда одно полушарие мозга спит, а второе бодрствует). У морских жителей это объясняется необходимостью всплывать что бы набрать воздух во время сна.
птицы могут спать не только стоя, но даже и на лету! (у мигрирующих птиц выработался интересный механизм: каждые 15 минут одна особь залетает в самый центр стаи и засыпает, лишь слегка работая при этом крыльями. Парит в воздухе она в основном за счет воздушного потока стаи. После своеобразного отдыха она возвращается, уступая место другим).

Согласитесь, что в нашем случае все не так и плохо – когда есть мягкая постель, одеяло и подушка под головой 🙂

Подытожим

Ну вот, вроде все рассказал о чем хотел. Надеюсь, статья получилась не слишком запутанной, хотя фазы сна вещь довольно непростая.

На этом все. Успехов Вам, уважаемые читатели и всех благ. Следите за своим здоровьем, как физическим так и психическим, и не забывайте посещать страницы моего блога.

Я, если честно, до сих пор не понимаю намерения автора этого видео. Ну зачем, зачем будить спящую синицу, да еще и таким способом? 🙂

Многие слышали о том, что сон состоит из последовательно сменяющих друг друга фаз и стадий . Некоторые знают, что в одни фазы проснуться легче, в другие – тяжелее, поэтому в идеале пробуждение стоит подстраивать на определенные этапы сна. Кто-то скажет, что сны снятся только в какую-то одну фазу (небольшой спойлер – на самом деле это не так, см. ниже). В данной статье мы предлагаем углубиться в эти и другие вопросы, связанные с различными периодами сна, и рассмотреть, какие фазы выделяются , какова их характеристика и продолжительность , сколько фаз нужно , для того чтобы выспаться, и как самостоятельно рассчитать сон по фазам . Кроме того, в последней части текста мы рассмотрим, как с точки зрения фаз и стадий оцениваются некоторые так называемые рациональные схемы сна.

Фазы сна человека: предисловие

Сны кажутся такой обыденной вещью, и тем не менее это – одна из тех областей, которая еще таит множество загадок. В частности, пока у ученых не наблюдается единства мнений даже в отношении того, видим ли мы А вот стадии и фазы сна человека можно считать вполне изученными , в том числе потому что их проще исследовать с помощью различных приборов. Основные источники цветные сны или черно-белые . данных для ученых – активность мозга в целом и его долей в частности (показывается на электроэнцефалограмме – ЭЭГ), движения глазных яблок и мышц затылка. Эти и ряд других показателей позволяют составить более или менее ясную картину циклов фаз сна.

В целом мы предлагаем не углубляться в термины и методики сомнологии (науки о сне), а рассмотреть фазы сна на более практическом уровне: понять, сколько фаз выделяется, разобрать их главные черты и то, что отличает фазы друг от друга. Эти знания помогут ответить на вопросы, в какую фазу легче проснуться, сколько должен длиться здоровый сон и т.д. Но сначала сделаем несколько ремарок :

фазы и стадии рассматриваются на примерах взрослых (с возрастом соотношение и длительность фаз меняется);
для простоты и единообразия периоды сна будут показаны на примерах тех, кто ложится спать вечером или в начале ночи, а не под утро и не работает по ночам;
мы рассматриваем только физиологический сон – медикаментозный, гипнотический и т.д. в данном материале в счет не берутся;
мы сфокусируемся на тех, кто имеет счастье спать достаточное для своего организма количество часов и не вынужден, например, бежать к первой паре после ночного написания курсовой.

Итак, каким должен быть нормальный сон у среднестатистического здорового человека в подобных условиях?

В целом специалисты делят сон на две фазы:

Медленный сон , он же ортодоксальный , или NREM-сон . Название NREM происходит от английского Not Rapid Eye Movement и отражает тот факт, что для данной фазы не характерны быстрые движения глаз.
Быстрый сон , он же парадоксальный , или REM-сон (то есть быстрые движения глаз присутствуют). Название «парадоксальный» связано с тем, что во время этой фазы сна сочетаются полное расслабление мышц и высокая активность мозга. Получается, что в этот период мозг работает почти так же, как при бодрствовании, но при этом не обрабатывает информацию, получаемую от органов чувств, и не отдает телу приказов, как реагировать на эту информацию.

Цикл «медленный + быстрый сон» длится примерно 1,5-2 часа (подробнее чуть ниже), и в ходе ночи данные фазы последовательно сменяют друг друга. В среднем 3/4 цикла приходится на медленный сон и, соответственно, около четверти – на быстрый.

При этом у медленного сна выделяется ряд стадий:

дремота – переход от бодрствования ко сну;
легкий сон ;
умеренно глубокий сон ;
глубокий сон – именно на этой стадии сон самый крепкий.

Стадии 3 и 4 носят общее название – дельта-сон , что связано с наличием на ЭЭГ специфических дельта-волн.

Схема ночного цикла по фазам и стадиям сна

С точки зрения циклов сна наша ночь проходит следующим образом:

Сначала наступает стадия 1 медленного сна, то есть мы переходим от бодрствования ко сну через дремоту.
Далее мы последовательно проходим стадии 2, 3 и 4 . Потом двигаемся в обратном порядке – от дельта-сна к легкому (4 – 3 – 2).
После стадии 2 наступает фаза быстрого сна . Из-за того что она активизируется последней в цикле – после того, как прошли все остальные этапы, – иногда ее называют 5 фазой или 5 стадией, что, строго говоря, не совсем точно, потому что быстрый сон – совсем другой по сравнению с медленным.
Затем мы снова возвращаемся в стадию 2 , и дальше опять погружаемся в дельта-сон, потом легкий, потом быстрый, потом снова легкий… И так смена фаз и стадий идет по кругу. Другой вариант – после быстрого сна наступает пробуждение.

Продолжительность фаз и стадий сна

Как мы уже говорили выше, на весь сонный цикл (медленный и быстрый сон) в среднем уходит примерно от 1,5 часов до 2 часов. При этом продолжительность фаз и стадий и их соотношение в рамках одного цикла меняется с течением ночи. Рассмотрим, как в среднем распределяются фазы и сколько длится каждая из них.

Таким образом, в первом цикле полноценный глубокий сон (стадия 4) наступает примерно через 40-50 минут после сна , а быстрый – через 1,5 часа . Исходя из средней потребности во сне, получаем, что в нормальном состоянии человеку за ночь нужно проспать 3-6 циклов – в зависимости от их продолжительности и от его потребности во сне. В свою очередь, данная потребность весьма разнится: некоторым нужно 4 часа, для некоторых норма может превышать 10 часов.

В какую фазу лучше просыпаться и как это рассчитать

Как известно, просыпаться легче всего на фазе быстрого сна , на втором месте – стадия легкого. Зная последовательность разных периодов, вы сможете подгадать оптимальное время пробуждения. С другой стороны, надо учитывать, что длительность фаз неодинакова у разных людей, кроме того, потребность в том или иной «виде» сна колеблется в зависимости от состояния. Например, если вы устали, болеете или восстанавливаетесь после болезни, медленный сон способен занять больше времени.

Конечно, чтобы облегчить себе пробуждение, можно купить различные гаджеты, которые считывают характерные особенности фаз (подробнее чуть ниже) и будят
вас именно в положенное время. Но узнать, как проснуться в фазу быстрого сна, можно и самостоятельно – в первую очередь надо поэкспериментировать . Например, примите за фазу сна 2 часа, рассчитайте, во сколько надо лечь/проснуться, чтобы выдержать целое число циклов. Например, если вам надо встать в 8 утра, кратное число фаз будет в 6 утра, 4 утра, 2 ночи, полночь и т.д. При расчете времени учитывайте и то, что еще немного времени вам потребуется на то, чтобы заснуть. Как мы говорили, на стадию 1 обычно уходит 5-15 минут. То есть, чтобы встать в 8, лечь надо в 1:45 или 23:45.

Попробуйте какое-то время придерживаться такого графика и посмотрите, получается ли у вас просыпаться в фазу быстрого сна. Если нет, «поиграйте» с границами – сделайте расчет исходя из 1 часа 50 минут или 1 часа 40 минут. Таким образом вы сможете найти именно вашу продолжительность ночного цикла и в дальнейшем отталкиваться от нее. Проводить эксперименты лучше всего, когда вы находитесь в нормальном физическом и эмоциональном состоянии и более или менее нормально высыпались накануне экспериментов.

Также намекаем, что под «лечь спать» мы имеет в виду именно лечь спать, а не «лечь в кровать со смартфоном в обнимку и еще час переписываться в мессенджерах». Заметим и то, что расчет фаз сна не придаст вам бодрости, если вы уже неделю спите только по одному циклу за ночь. Подстройка под фазы – инструмент для более легкого пробуждения, но от необходимости полноценно спать он вас не освободит.

Фазы сна и сновидения

Что происходит с нами в разные фазы сна

Одно из главных отличий фаз друг от друга – разная активность мозга , которую визуально можно проследить в волнах на ЭЭГ, однако физиология фаз сна характеризуется не только этим. Другое различие быстрого и медленного отражено в английских названиях REM и NREM – наличие и отсутствие быстрых движений глаз. В целом же определение фазы сна на глазок, без учета приборов и измерения различных показателей, достаточно проблематично. Можно только сказать, что если человек двигает глазами, конечностями и т.д., скорее всего, речь идет о быстром сне. А что можно зарегистрировать на различных приборах? Приведем несколько интересных фактов.

Черты медленного сна

Чтобы погрузиться в первую стадию медленного сна (дремоту), мозг вырабатывает специальные вещества, которые блокируют его активность, вызывают вялость, а также влияют на другие системы организма, в том числе замедляют метаболизм . В стадиях 2-4, особенно при дельта-сне, обмен веществ также замедляется.

Говорить, что во время медленного сна в принципе нет движения глаз , не совсем верно – они есть в стадиях 1 (дремота) и
2 (легкий сон), но специфически медленные; в английской терминологии они так и называются – slow rolling eye movement (SREM). В свою очередь, во время дельта-сна нет даже таких движений, зато именно в этой фазе люди ходят или говорят во сне, а также совершают иные неконтролируемые действия, если им это свойственно.

Черты быстрого сна

Одна из главных особенностей быстрого сна – самые яркие сновидения . Под словами «самые яркие» мы имеет в виду то, что практически все сны, которые мы помним после пробуждения, – именно из этой фазы. Считается, что быстрый сон, в свою очередь, отвечает за обработку полученной за день информации, внутреннюю работу над эмоциями и т.д. Но пока ученые точно не могут точно сказать, как что конкретно происходит во время быстрого сна и какие механизмы при этом задействованы.

Как мы уже отмечали, визуально быстрый сон можно узнать по движениям глазных яблок, по иногда сбивающемуся дыханию, движениям рук и т.д. Также для этой фазы характерны изменения температуры тела и ритм сердца: они могут повышаться или понижаться в рамках одного и того же этапа.

Интересно, что мозговая активность во время быстрого сна насколько высокая, что ученые в течение долгого времени не могли заметить разницу на ЭЭГ между этой фазой сна и бодрствованием. Правда, на сегодняшний день несколько важных различий все же было найдено.

Интересные особенности, связанные с фазами сна

Для любой фазы характерно искаженное представление о времени . Наверное, всем знакомы ситуации, когда на минуточку закроешь глаза – и 5 часов как не бывало. Верно и обратное: казалось, уже вся ночь минула и много снов приснилось, а на самом деле прошло всего 20 минут.

Некоторые считают, что во время сна человек полностью отключается от реальности , однако на самом деле это не так. Многие сигналы мозгом действительно должным образом не обрабатываются, особенно во время
дельта-сна, но во время быстрого и легкого главным источником информации становятся звуки. Например, нас не всегда будит шум, но человек может проснуться от того, что кто-то даже негромко позовет его по имени. Также во время быстрого сна звуки могут встраиваться в сновидение и становиться его частью. Это говорит о том, что мозг обрабатывает звуки во время сна и решает, каким уделить внимание и как именно это сделать.

У детей доля быстрого сна больше, чем у взрослых, а у пожилых людей она еще меньше. То есть чем старше мы становимся, тем короче парадоксальная фаза сна и длиннее ортодоксальная. Интересно, что быстрый сон отмечается даже у детей, находящихся в утробе матери. Ученые говорят, что на ранних этапах жизни (в том числе до рождения) быстрый сон очень важен для формирования центральной нервной системы.

Исследования показывают, что мозг может не погружаться целиком в одну и ту же фазу, что особенно характерно для дельта-сна. Хотя бОльшая часть мозга, как правило, находится на одном и тот же этапе.

Значение фаз сна для организма: небольшое предостережение

Сказать, какой сон лучше или полезнее – быстрый или медленный – невозможно. Они обе фазы нужны для полноценного отдыха и восстановления организма как на физиологическом, так и психическом уровне. В связи с этим вызывают вопросы схемы сна, в которых отсутствует полноценный цикл. Наверняка многие слышали о схемах, предполагающих, что человек спит не 1 раз в сутки 6-8 часов, а несколько раз в течение дня.
Некоторые подобные схемы выглядят вполне безобидными, однако польза других вызывает серьезные сомнения.

В частности, в интернете встречается информация о якобы очень эффективном расписании, когда спать надо 6 раз по 20 минут или 4 раза по 30 минут. Исходя из типичного цикла сна, эти временные промежутки очень короткие, и за 20-30 минут человек не успеет перейти дальше 2-3 стадии, то есть о глубоком и быстром сне речь не идет в принципе. Между тем важнейшие для нашего организма процессы происходят именно на этих этапах. Возможно, у людей, которые описаны как успешно применявшие такие схемы, циклы сна очень сжаты, но велик шанс, что действительность просто приукрашена в угоду впечатляющей истории.

Конечно, какое-то время организм среднестатистического человека профункционирует и на 20 минутах 6 раз в сутки. Ему может даже казаться, что он стал более эффективно расходовать время, однако польза этих схем для организма в данном случае вызывает вопросы. Системный недостаток сна ударяет как психическому, так и физическому состоянию и приводит различным неприятным последствиям. Не отрицая пользу и эффективность других рациональных схем сна, призываем вас консультироваться с врачом и очень настороженно относиться к вариантам, которые не включают хотя бы несколько полноценных циклов в сутки.

Быстрый сон (REM-сон) представляет собой уникальную фазу сна млекопитающих, характеризующуюся случайным движением глаз, низким мышечным тонусом по всему телу и способностью спящего видеть сны. Данная фаза также известна как парадоксальный сон (PS) и в некоторых случаях как десинхронизированный сон по причине физиологического сходства с состоянием бодрствования, включающего быстрые, низковольтные и десинхронизированные мозговые волны. Электрическая и химическая активность, регулирующая данную фазу, происходит из ствола головного мозга и характеризуется более заметным избытком нейротрансмиттера ацетилхолина в сочетании с практически полным отсутствием моноаминовых нейротрансмиттеров гистамина, серотонина и норэпинефрина. Быстрый сон физиологически отличается от других фаз сна, которые в целом носят название глубокий сон (NREMS, синхронизированный сон). Быстрый и глубокий сон чередуются в течение одного цикла сна, который длится около 90 минут у взрослых людей. Так как циклы сна возобновляются, они сменяются в направлении более высокой доли быстрого сна. Переход к быстрому сну связан с заметными физическими изменениями, начиная с электрических импульсов, называемых понто-геникуло-окципитальными волнами, которые происходят из ствола головного мозга. У организмов в фазе быстрого сна приостанавливается центральный гомеостаз, допуская большие колебания в дыхании, терморегуляции и циркуляции, которые не наблюдаются во всех других фазах сна или пробуждения. Тело резко теряет мышечный тонус, вступая в состояние, известное как атония быстрого сна. Быстрые движения глаз и их связь со сновидениями были установлены Натаниелем Клейтманом и его студентом Евгением Азерински в 1953 г. и позднее описаны исследователями, включая Уильяма Демента и Мишеля Жуве. Множество экспериментов включало пробуждение субъектов, когда они начинали впадать в фазу быстрого сна, таким образом, испытывая состояние, известное как депривация быстрого сна. Субъектам позволялось спать в обычном порядке, допуская незначительное восстановление быстрого сна. Техники нейрохирургии, инъекции химических веществ, электроэнцефалография, позитронно-эмиссионная томография и, разумеется, отчеты спящих после пробуждения использовались для изучения этой фазы сна.

Физиология

Электрическая активность головного мозга

Быстрый сон называется «парадоксальным» в связи с его сходством с пробуждением. Хотя тело парализовано, головной мозг действует в некоторой степени как в состоянии бодрствования. Электроэнцефалография во время быстрого сна обычно показывает быстрые, десинхронизированные, низкоамплитудные «мозговые волны» (нейронные колебания), которые отличаются от медленных δ (дельта) волн глубокого сна, но имеют сходства с паттернами, наблюдаемыми во время бодрствования. Важной составляющей этих волн является θ (фета) ритм в гиппокампе. Кора демонстрирует 40–60 Гц гамма-волны, как при пробуждении. Кортикальные и таламические нейроны в мозге при бодрствовании или в фазе парадоксального сна более деполяризованы, т.е. могут «возбуждаться» более быстро, чем в мозге в фазе глубокого сна. Правое и левое полушария мозга более согласованы в стадии быстрого сна, особенно во время осознанных сновидений. Быстрый сон перемежается PGO (понто-геникуло-окципитальными) волнами, импульсами электрической активности, происходящими из ствола головного мозга. Эти волны наблюдаются в кластерах примерно каждые 6 секунд в течение 1–2 минут во время перехода от глубокого сна к парадоксальному. Они демонстрируют максимальную амплитуду после смещения в зрительную кору и вызывают «быстрые движения глаз» в парадоксальной фазе сна. Энергия головного мозга, использующаяся в фазе быстрого сна, как определено обменом кислорода и глюкозы, равна или превышает количество энергии, используемое при пробуждении. Скорость в глубоком сне на 11–40% ниже.

Химические вещества головного мозга

По сравнению с медленноволновым сном, и бодрствование, и фаза парадоксального сна включают повышенное использование нейротрансмиттера ацетилхолина, который может вызывать более быстрые мозговые волны. Моноаминовые нейротрансмиттеры норэпинефрин, серотонин и гистамин полностью недоступны. Инъекции ингибиторов ацетилхолинэстеразы, которые эффективно повышают доступность ацетилхолина, вызывают парадоксальный сон у людей и других животных даже в фазе медленноволнового сна. Карбахол, который подражает действию ацетилхолина на нейроны, обладает аналогичным влиянием. У пробуждающихся людей те же инъекции вызывают парадоксальный сон, только если моноаминовые нейротрансмиттеры уже израсходованы. Два других нейротрансмиттера, орексин и гамма-аминобутановая кислота (GABA), способствуют бодрствованию, ослабляют глубокий сон и ингибируют парадоксальный сон. В отличие от резких переходов электрических паттернов, химические изменения в головном мозге демонстрируют непрерывные периодические колебания.

Роль ствола головного мозга

Нейронная активность во время быстрого сна наблюдается в стволе головного мозга, в особенности в понтинной покрышке и голубом пятне. Согласно гипотезе активации-синтеза, предложенной Робертом МакКарли и Алланом Гобсоном в 1975–1977 гг., контроль на протяжении фазы быстрого сна включает пути «REM-включающих» и «REM-выключающих» нейронов в стволе головного мозга. REM-включающие нейроны преимущественно холинергические (т.е. включает ацетилхолин); REM-выключающие нейроны активируют серотонин и норадреналин, которые, помимо других функций, подавляют REM-включающие нейроны. МакКарли и Гобсон свидетельствуют, что REM-включающие нейроны фактически стимулируют REM-выключающие нейроны, таким образом, обеспечивая механизм циклического повторения быстрого и глубокого сна. Они использовали уравнения Лотка-Вольтерра для описания данной циклической обратной зависимости. Каюза Сакаи и Мишель Жуве выдвинули аналогичную модель в 1981 г. В то время как ацетилхолин проявляется в коре в равной степени во время бодрствования и фазы быстрого сна, он наблюдается в более высоких концентрациях в стволе головного мозга во время фазы быстрого сна. Выведение орексина и GABA могут привести к отсутствию других возбудительных нейротрансмиттеров. Исследование в 1990-х, использовавшее позитронно-эмиссионную томографию, подтвердило роль ствола головного мозга. Оно также свидетельствует, что, в пределах переднего мозга, лимбическая и паралимбическая системы, обычно связанные с эмоциями, в большей степени демонстрируют активацию, чем другие области. Области мозга, активированные во время быстрого сна, практически противоположны тем, которые активируются во время глубокого сна.

Движения глаз

Большая часть движений глаз при “быстром” сне фактически менее быстрая, чем обычно наблюдается у бодрствующих людей. Они также короче по продолжительности и более вероятно возвращаются к исходной точке. Около семи таких возвращений наблюдается в течение одной минуты быстрого сна. В то время как в медленноволновом сне глаза могут расходиться, глаза у спящего в фазе парадоксальной фазе сна двигаются совместно. Эти движения глаз следуют за понто-геникуло-окципитальными волнами, происходящими из ствола головного мозга. Движения глаз сами по себе могут иметь отношение к зрительному чувству, испытываемому во сне, но непосредственная связь должна быть точно установлена. Наблюдалось, что у слепых от рождения людей, которые обычно не имеют зрительных образов в сновидениях, во время быстрого сна глаза все же двигаются.

Циркуляция, дыхание и терморегуляция

В общих словах, организм приостанавливает гомеостаз во время фазы парадоксального сна. Частота сердечных сокращений, сердечное давление, минутный сердечный выброс, артериальное давление и частота дыхания быстро становятся нерегулярными, когда организм вступает в фазу быстрого сна. В целом, дыхательные рефлексы, такие как реакция на гипоксию, ослаблены. В общем, головной мозг в меньшей степени контролирует дыхание; электрическое стимулирование связанных с дыханием регионов мозга не оказывает влияния на легкие, как во время глубокого сна или при бодрствовании. Колебания частоты сердечных сокращений и артериального давления стремятся совпадать с PGO-волнами и быстрыми движениями глаз, подергиваниями или внезапными изменениями дыхания. Эрекция пениса (ночная эрекция или NPT) обычно сопутствует фазе быстрого сна у крыс и людей. Если мужчина страдает эректильной дисфункцией (ED) во время бодрствования, но демонстрирует эпизоды ночной эрекции во время фазы быстрого сна, это свидетельствует, что эректильная дисфункция имеет скорее психологическую причину, чем физиологическую. У женщин эрекция клитора (ночная клиторальная эрекция или NCT) вызывает сопутствующее увеличение вагинального кровотока и транссудации (т.е. выделения смазки). На протяжении нормальных ночей сна пенис и клитор могут находиться в состоянии эрекции от одного часа до трех часов и половины продолжительности фазы быстрого сна. Температура тела недостаточно регулируется во время быстрого сна и, таким образом, организмы становятся более чувствительными к температурам за пределами их термонейтральной зоны. Кошки и другие мелкие покрытые мехом млекопитающие вибрируют и дышат быстрее для регулирования температуры во время глубокого сна, но не быстрого сна. За счет потери мышечного тонуса животные теряют способность регулировать температуру за счет движения тела. (Тем не менее, даже кошки с понтинными повреждениями, препятствующими мышечной атонии во время быстрого сна, не регулируют температуру посредством вибрирования.) Нейроны, которые обычно активируются в ответ на холодные температуры-запускающиеся для нейронной терморегуляции-не активируются во время фазы быстрого сна, так как делают это во время глубокого сна и бодрствования. Следовательно, горячие или холодные температуры окружающей среды могут снижать долю быстрого сна, а также общее количество сна. Другими словами, если организм находится в конце фазы глубокого сна, и показатели температуры выходят за пределы определенного диапазона, он не вступит в фазу быстрого сна во избежание дерегуляции, позволяя температуре медленно меняться в отношении желаемого значения. Данный механизм может быть «обманут» искусственным нагреванием головного мозга.

Мышцы

Атония быстрого сна, практически полный паралич тела, достигается посредством ингибирования двигательных нейронов. Когда организм вступает в фазу быстрого сна, двигательные нейроны по всему организму подвергаются гиперполяризации: их негативный трансмембранный потенциал снижается на дополнительные 2–10 милливольта, таким образом, растет предел, который должен превышать стимул для их активации. Мышечное ингибирование может быть результатом недоступности моноаминовых нейропередатчиков, избытка ацетилхолина в стволе головного мозга и, возможно, механизмов, использующихся для мышечного ингибирования при бодрствовании. Продолговатый мозг, расположенный между варолиевым мостом и остистым отростком, обладает способностью распространяющегося на многие организмы мышечного ингибирования. Могут наблюдаться некоторые локализованные мышечные сокращения и рефлексы. Отсутствие атонии быстрого сна вызывает нарушение поведения во время быстрого сна, страдающие от которого осуществляют физические действия во время сновидений. (Альтернативное объяснение заключается в том, что спящий «действует во сне»: мышечный импульс предшествует мысленному представлению. Данное объяснение также может распространяться на обычных спящих, у которых сигналы к мышцам подавлены.) (Следует заметить, что обычный лунатизм наблюдается во время медленноволнового сна.) Нарколепсия, в отличие от этого, включает чрезмерную и нежелательную атонию быстрого сна-т.е. катаплексию и избыточную дневную сонливость во время бодрствования, гипнагогические галлюцинации перед вступлением в фазу медленноволнового сна или сонный паралич во время бодрствования. Другие психиатрические расстройства включают депрессию, которая связана с непропорциональной фазой быстрого сна. Пациенты с потенциальными нарушениями сна обычно диагностируются посредством полисомнограммы. Повреждения варолиевого моста, предотвращающие атонию быстрого сна, вызывают «нарушение поведения во время быстрого сна» у животных.

Психология

Сновидение

Фаза быстрого сна со времени ее открытия тесно связывалась со сновидениями. Пробуждение спящих во время фазы быстрого сна представляет собой распространенный экспериментальный метод получения отчетов о снах; 80% нейротипичных людей сообщают об определенном типе сновидений в данных условиях. Спящие, разбуженные во время фазы быстрого сна, стремятся дать более долгие повествовательные описания сновидений, которые они пережили, и оценить сновидения по продолжительности как более длительные. Об осознанных сновидениях сообщается наиболее часто в фазе быстрого сна. (Фактически они должны приниматься во внимание как гибридное состояние, объединяющее существенные элементы быстрого сна и осознанность бодрствования.) Мыслительные процессы, которые происходят во время быстрого сна, наиболее часто имеют отличительные признаки сновидений, включая повествовательную структуру, осознанность (экспериментальное сходство с жизнью наяву) и объединение инстинктивных мотивов. Гобсон и МакКарли предположили, что PGO-волны, характерные для “фазического” быстрого сна, могут обеспечивать зрительную кору и передний мозг электрическим возбуждением, которое усиливает галлюцинаторные аспекты сновидения. Тем не менее, люди, разбуженные во время сна, не сообщают о значительно более причудливых сновидениях во время фазического быстрого сна по сравнению с тоническим быстрым сном. Другая возможная связь между двумя феноменами может заключаться в том, что более высокий предел прекращения чувствительности во время фазы быстрого сна позволяет мозгу в дальнейшем передвигаться вдоль нереалистичных и специфических цепочек мыслей. Некоторые сновидения могут наблюдаться во время фазы глубокого сна. “Чутко спящие” могут наблюдать сновидения во время стадии 2 глубокого сна, в то время как “крепко спящие”, после пробуждения на данной стадии, скорее всего, сообщат о “мышлении”, а не “сновидении”. Определенные научные усилия определить уникальную аномальную природу сновидений, предпринятые во время сна, были вынуждены сделать вывод, что мышление наяву может быть не в меньшей степени причудливым, особенно в условиях снижения чувствительности. По причине сновидений во время глубокого сна, некоторые исследователи сна категорически отвергают важность связи сновидений с фазой быстрого сна. Перспектива того, что хорошо известные неврологические аспекты быстрого сна сами по себе не являются причиной сновидений, свидетельствует о необходимости переоценки нейробиологии сновидения по существу. Некоторые исследователи парадоксального сна старой гвардии (Демент, Гобсон, Жуве), тем не менее, противятся идее об отсутствии связи сновидений с фазой быстрого сна.

Творческие способности

После пробуждения из фазы быстрого сна сознание “гиперассоциативно”-более восприимчиво к семантическому инструктированию. Люди, пробуждающиеся из фазы быстрого сна, лучше выполняют такие задания, как анаграммы и решение творческих проблем. Сон способствует процессу, посредством которого творческие способности преобразуют ассоциативные элементы в новые комбинации, которые практичны и отвечают определенным требованиям. Это происходит скорее в фазе быстрого сна, чем в фазе глубокого. Вряд ли это связано с процессами памяти, но приписывается изменениям во время фазы быстрого сна в холинергическом и норадренергическом нейромодулировании. Высокие уровни ацетилхолина в гиппокампе подавляют обратную связь гиппокампа с неокортексом, в то время как более низкие уровни ацетилхолина и норэпинефрина в неокортексе стимулируют неконтролируемое усиление ассоциативной активности в неокортикальных регионах. Это противоположно осознанности бодрствования, где высокие уровни норэпинефрина и ацетилхолина ингибируют повторяющиеся соединения в неокортексе. Фаза быстрого сна посредством данного процесса усиливает творческие способности, позволяя «неокортикальным структурам реорганизовывать ассоциативные иерархии, в которых информация из гиппокампа заново интерпретируется относительно предыдущих семантических представлений или узлов.»

Продолжительность

В цикле сна продолжительностью менее 20 часов организма чередуются фазы глубокого сна (медленные, большие, синхронизированные мозговые волны) и парадоксального сна (быстрые, десинхронизированные волны). Сон наблюдается в тесной связи с большим циркадным ритмом, который оказывает влияние на сонливость и физиологические факторы, основываясь на внутренних часах организма. Сон может распределяться в течение всего дня или кластерами на протяжении одной части ритма: у ночных животных в течение дня и у дневных животных ночью. Организм возвращается к гомеостатической регуляции практически сразу же после окончания фазы быстрого сна. Во время ночного сна обычно наблюдается около четырех или пяти периодов быстрого сна; они достаточно короткие в начале сна и более долгие ближе к концу. Многие животные и некоторые люди склонны просыпаться или демонтируют период очень чуткого сна в течение короткого времени непосредственно после периода быстрого сна. Сравнительное количество быстрого сна в значительной степени меняется с возрастом. Новорожденный ребенок проводит более 80% общего времени сна в фазе быстрого сна. Во время фазы быстрого сна активность нейронов мозга достаточно сходна с активностью во время бодрствования; по этой причине фаза быстрого сна называется парадоксальным сном. Быстрый сон обычно занимает 20–25% общего времени сна у взрослых людей: около 90–120 минут ночного сна. Первый эпизод быстрого сна наблюдается по прошествии примерно70 минут после погружения в сон. Циклы имеют продолжительность около 90 минут, при этом каждый цикл включает большей частью быстрый сон. Новорожденные проводят больше времени в фазе быстрого сна, чем взрослые. Доля быстрого сна затем значительно снижается в детстве. Взрослые люди в целом склонны спать меньше, но фаза быстрого сна занимает примерно то же время, и вследствие этого быстрый сон занимает большую часть времени сна. Быстрый сон может быть разделен на тонический и фазический режимы. Тонический быстрый сон характеризуется фета-ритмами в головном мозге; фазический быстрый сон характеризуется PGO-волнами и фактическими “быстрыми” движениями глаз. Обработка внешнего стимула значительно ингибируется во время фазического быстрого сна, и недавние факты свидетельствуют, что спящие сложнее пробуждаются от фазического быстрого сна, чем от медленноволнового.

Действие депривации быстрого сна

Депривация быстрого сна значительно повышает число попыток впасть в фазу быстрого сна в спящем состоянии. В восстановительные ночи субъект впадает в стадию 3 и фазу быстрого сна более быстро и демонстрирует восстановление быстрого сна, что направлено к значительному повышению времени, затрачиваемого на быстрый сон, по сравнению с нормальными уровнями. Данные открытия согласуются с идеей, что быстрый сон биологически необходим. После завершения депривации могут развиться легкие психологические нарушения, такие как тревожность, раздражительность, галлюцинации и неспособность концентрироваться, а также может снизиться аппетит. Существуют также положительные последствия депривации быстрого сна. Некоторые симптомы депрессии подавляются депривацией быстрого сна; агрессия и пищевое поведение могут усилиться. Высокий уровень норадреналина выступает возможной причинной таких результатов. Насколько длительная депривация быстрого сна оказывает психологическое действие, остается предметом споров. Некоторые отчеты свидетельствуют, что депривация быстрого сна усиливает агрессивное и сексуальное поведение у лабораторных животных. Было доказано, что кратковременная депривация быстрого сна может облегчить определенные типы депрессии, когда депрессия связана с дисбалансом определенных нейротрансмиттеров. Хотя депривация сна в целом досаждает большей части населения, она неоднократно продемонстрировала облегчение депрессии, хотя и временное. Более половины субъектов, которые продемонстрировали такое облегчение, сообщают, что она становилась неэффективной после сна на следующую ночь. Таким образом, исследовали разрабатывают такие методы как изменение режима сна на некоторый период времени после периода депривации быстрого сна и объединение изменений режима сна с фармакотерапией для пролонгации действия. Предположительно большая часть антидепрессантов выборочно ингибирует быстрый сон в связи с их действием на моноамины, данное действие ослабляется после долгосрочного использования. Депривация сна стимулирует гиппокампальный нейрогенез в большей степени, чем данные антидепрессанты, но обусловлено ли это действие фазой быстрого сна, точно не известно. Исследования депривации быстрого сна на животных значительно отличаются от человеческих исследований. Существует доказательство, что депривация быстрого сна у животных имеет более серьезные последствия, чем у людей. Это может быть вызвано тем, что продолжительность времени депривации сна у животных значительно большая (до семидесяти дней), или что различные используемые протоколы более некомфортны и неприятны, чем протоколы для людей. Метод “цветочного горшка” включает расположение лабораторных животных над водой на платформе, настолько маленькой, что они падают с нее как только теряют мышечный тонус. Естественное неприятное пробуждение, результаты которого могут вызвать изменения организма, которые обязательно превосходят простое отсутствие фазы сна. Другой метод включает компьютерное наблюдение мозговых волн, завершаемое автоматической механической тряской клетки, когда животное впадает в фазу быстрого сна. Факты свидетельствуют, что депривация быстрого сна у крыс нарушает изучение нового материала, но не оказывает влияния на имеющуюся память. В одном исследовании крысы не научились избегать болезненный стимул после депривации быстрого сна, что могли сделать до депривации. Отсутствие нарушений научения было выявлено у людей, перенесших одну ночь депривации быстрого сна. Депривация быстрого сна у крыс вызывает повышение числа попыток впасть в фазу быстрого сна, а после депривации быстрый сон восстанавливается. У крыс, также как и кошек, депривация быстрого сна повышает возбудимость мозга (например, электрическая амплификация сенсорных сигналов), что снижает порог для пароксизмов при бодрствовании. Данное повышение возбудимости головного мозга аналогично у людей. Одно исследование также обнаружило снижение сенсорной возбудимости заднего мозга. Задний мозг в целом менее восприимчив к информации афферентного пути, поскольку восприимчив к повышению амплификации данных путей.

Быстрый сон у животных

Быстрый сон наблюдается у всех наземных млекопитающих, а также у птиц. Количество быстрого сна и время цикла варьируется среди животных; хищники испытывают большее удовольствие от быстрого сна, чем жертвы. Более крупные животные также стремятся находиться в фазе быстрого сна больше времени, возможно по причине того, что более высокая тепловая инерция их головного мозга и организма позволяет им переносить более долгую приостановку терморегуляции. Период (полный цикл быстрого и глубокого сна) длится около 90 минут у людей, 22 минуты у кошек и 12 минут у крыс. В утробе млекопитающие проводят более чем половину (50–80%) суток в фазе быстрого сна.

Гипотезы касательно функций быстрого сна

В то время как функция быстрого сна недостаточно понята, предлагается несколько теорий.

Память

Сон в целом способствует памяти. Быстрый сон может способствовать сохранению определенных типов памяти: в особенности процедурной, пространственной и эмоциональной памяти. Быстрый сон повышает последующие интенсивное научение у крыс, в особенности по прошествии нескольких часов, а в некоторых случаях по прошествии нескольких ночей. Экспериментальная депривация быстрого сна в некоторых случаях ингибирует консолидацию памяти, особенно в отношении сложных процессов (например, как выйти из сложного лабиринта). У людей наилучшее доказательство в отношении улучшения быстрым сном памяти заключается изучении процедур-новые способы движения тела (такое как перепрыгивание трамплина) и новые техники решения проблемы. Депривация быстрого сна нарушает вербальную (т.е. непроцедурную) память только в более сложных случаях, таких как запоминание долгих историй. Быстрый сон явно противодействует попыткам подавить определенные мысли. Согласно гипотезе двойственного процесса сна и памяти, две основные фазы сна соотносятся с различными типами памяти. “Полуночные” исследования протестировали данную гипотезу посредством задач на память, которые начинались либо перед сном, либо в средине ночи, либо начинались в середине ночи и оценивались утром. Медленноволновой сон, часть глубокого сна, важен для вербальной памяти. Искусственное увеличение глубокого сна улучшает восстановление из памяти на следующий день запомненных пар слов. Такер и др. показали, что дневной легкий сон, включающий только глубокий сон, усиливает вербальную память, но не процедурную. Согласно следующей гипотезе два типа сна взаимодействуют с целью консолидации памяти. Ингибиторы моноаминоксидазы (MAO) и трициклические антидепрессанты могут подавлять быстрый сон, но при этом отсутствуют свидетельства, что данные препараты вызывают нарушение памяти. Некоторые исследования показывают, что ингибиторы моноаминоксидазы улучшают память. Боле того, одно предметное исследование субъекта, который обладал непродолжительным или отсутствующим быстрым сном в связи с осколочным повреждением ствола головного мозга, не обнаружило, что его память была нарушена. (для более подробной критики связи между сном и памятью см. ссылку)) Имеющие непосредственное отношение к обзорам относительно функции быстрого сна в консолидации памяти, Грэм Митчисон и Фрэнсис Крик предположили в 1983 г., что за счет свойственной спонтанной деятельности функция быстрого сна «заключается в том, чтобы устранить определенные нежелательные режимы взаимодействия в сети клеток в коре головного мозга», процесс, который они определили как «разучение». В результате те воспоминания, которые актуальны (лежащий в основе которых нейронный субстрат достаточно силен для того, чтобы противостоять такой самопроизвольной, хаотической активации), в дальнейшем укрепляются, в то же время слабые, временные, «фоновые» воспоминания уничтожаются. Консолидация памяти во время парадоксального сна специфически взаимосвязана с периодами быстрого движения глаз, которое не происходит непрерывно. Одно объяснение данной взаимосвязи заключается в том, что электрические PGO-волны, которые предшествуют движениям глаз, также оказывают влияние на память. Быстрый сон может обеспечивать возможность для возникновения “разучения” в основных нейронных сетях, вовлеченных в гомеостаз, которые защищены от данного “синаптического даунскейлинга” во время глубокого сна.

Развитие стимулирования центральной нервной системы в качестве основной функции

Согласно другой теории, известной как Онтогенетическая гипотеза быстрого сна, данная фаза сна (также известная как активный сон у новорожденных) отчасти важна для развития мозга, возможно за счет того, что она обеспечивает нейронное стимулирование, которое необходимо новорожденным для образования зрелых нервных связей и для надлежащего развития нервной системы. Исследования, изучавшие действие депривации активного сна, показали, что депривация в ранние периоды жизни может привести к поведенческим проблемам, устойчивому нарушению сна, снижению массы головного мозга и аномальному масштабу клеточной смерти нейронов. В дальнейшем данную теорию поддержал факт, что количество быстрого сна у людей снижается возрастом, что также распространяется на другие виды (смотри ниже). Один важный теоретический вывод из Онтогенетической гипотезы заключается в том, что быстрый сон может не обладать жизненно важной функцией в отношении зрелого мозга, т.е. когда развитие центральной нервной системы завершено. Тем не менее, поскольку процессы нейронной пластичности не ограничиваются мозгом, быстрый сон может быть непрерывно вовлечен в нейрогенез у взрослых в качестве источника поддерживающего самопроизвольного стимулирования.

Защитная иммобилизация: предшественник сновидений

Согласно Цукаласу (2012 г.), быстрый сон представляет собой эволюционное преобразование хорошо известного защитного механизма, рефлекса притворной смерти. Данный рефлекс, также известный как животный гипноз или симулирование смерти, действует как последний способ защиты от атакующего хищника и заключается в общей иммобилизации животного таким образом, что оно кажется мертвым. Цукалас аргументирует, что нейрофизиология и феноменология данной реакции демонстрирует поразительные сходства с фазой быстрого сна; например, обе реакции контролируются стволом головного мозга, характеризуются параличом, симпатической активацией изменениями терморегуляции.

Переключение внимания

Согласно «гипотезе сканирования», непосредственные свойства быстрого сна связаны с переключением внимания в образах сновидения. Против этой гипотезы выступает то, что такие быстрые движения глаз наблюдаются у тех, кто родился слепым, а также у зародышей, несмотря на отсутствие зрения. Кроме того, бинокулярный быстрый сон несогласован (т.е. оба глаза могут не находится в одном направлении время от времени) и, таким образом, отсутствует точка фиксации. В поддержку данной теории исследователи обнаружили, что в целенаправленных сновидениях движение глаз направлено за действием в сновидении, что определено взаимосвязью движений глаз и тела у пациентов с нарушением поведения во время быстрого сна, который совершают действия из сновидений.

Другие теории

Другие теории свидетельствуют, что требуется отключение моноамина таким образом, что моноаминовые рецепторы в головном мозге могут восстанавливаться до достижения полной чувствительности. Более того, если быстрый сон периодически прерывается, человек компенсирует это более долгим быстрым сном, «восстановительным сном», при первой возможности. Некоторые исследователи приводят аргументы, что сохранение сложных мозговых процессов, таких как быстрый сон, свидетельствует, что они выполняют важную функцию для выживания млекопитающих и птиц. Он удовлетворяет важные физиологические потребности, жизненно важные для выживания в такой степени, что длительная депривация быстрого сна ведет к смерти экспериментальных животных. И у людей, и у экспериментальных животных утрата быстрого сна ведет к тяжелым поведенческим и физиологическим патологическим отклонениям. Утрата быстрого сна отмечалась при различных естественных и экспериментальных инфекциях. Выживаемость экспериментальных животных снижается, когда быстрый сон полностью ослаблен во время инфекций; это ведет к возможности того, что качество и количество быстрого сна в целом важно для нормальной физиологии организма. Защитная гипотеза быстрого сна была предложена Фредериком Снайдером в 1966 г. Она основана на наблюдениях, что за фазой быстрого сна у нескольких млекопитающих (крыса, еж, кролик и макака-резус) следует короткое пробуждение. Это не наблюдается у кошек и людей, хотя люди более легко могут пробуждаться от быстрого сна, чем от глубокого. Снайдер выдвинул гипотезу, что быстрый сон периодически активирует животных в целях проверки окружающей среды на возможных хищников. Эта гипотеза не объясняет мышечный паралич быстрого сна; тем не менее, логический анализ может показывать, что мышечный паралич проявляется с целью предотвращения полного пробуждения животного без необходимости, позволяя с легкостью погрузиться в глубокий сон. Джим Хорн, исследователь сна в университете Лафборо, свидетельствует, что быстрый сон у современных людей компенсирует сниженную потребность в пробуждении с целью поиска пищи. Другие теории заключаются в смазывании роговицы, нагревании головного мозга, стимуляции и стабилизации нейронных цепей, которые не были активированы во время бодрствования, развитии внутреннего стимулирования, способствующего развитию ЦНС, или в отсутствии целей, как будто бы он случайно создавался активацией головного мозга.

Открытие и дальнейшие исследования

Немецкий ученый Ричард Клу в 1937 г. Впервые открыл период быстрой электрической активности головного мозга кошек. В 1944 г. Оглмейер сообщил о 90-минутных циклах сна, демонстрирующих эрекцию у мужчин на протяжении 25 минут. В Университете Чикаго в 1952 г. Евгений Азерински, Натаниель Клейтман и Уильям К. Демент открыли фазы быстрого движения глаз во время сна и связали их со сновидениями. Их статья была опубликована 10 сентября 1953 г. Уильям Демент провел исследование депривации быстрого сна, эксперименты, в которых субъектов будили каждый раз, когда электроэнцефалограмма свидетельствовала о наступлении фазы быстрого сна. Он опубликовал статью «Действие депривации сна» в июне 1960 г. («депривация быстрого сна» стала более распространенным понятием в результате последующих исследований, показавших возможность глубокого сна.) Нейрохирургические эксперименты Мишеля Жуве и других в последующие два десятилетия привнесли понятие атонии и доказательство важности понтинной покрышки (дорсолатеральный варолиевый мост) в запуске и регулировании парадоксального сна. Жуве и другие обнаружили, что нарушение ретикулярной формации ствола головного мозга ингибирует данный тип сна. Жуве придумал название “парадоксальный сон” в 1959 г. и в 1962 г. опубликовал результаты, свидетельствующие, что он может наблюдаться у кошек при полном удалении переднего мозга.

Сейчас нам известно, что ночной сон является сложным физиологическим процессом, включающим в себя до пяти циклов быстрого и медленного сна. Но совсем недавно, в XIX веке, сон воспринимался учеными, как феномен закрытый для изучения, в отличие от состояния бодрствования, которое поддается измерениям и наблюдениям.

Можно оценить позу спящего, измерить его физические показатели: пульс, артериальное давление, частоту дыхания, температуру тела. Но как оценить фундаментальные процессы самого сна?

Первые эксперименты основывались на пробуждении испытуемого, то есть на вторжении в процесс сна.

Тем не менее, с помощью этих исследований было получено представление о том, что сон протекает в виде последовательных стадий.

Кёльшюттер, немецкий физиолог, в XIX веке установил, что сон в первые часы наиболее глубок, а в дальнейшем переходит в более поверхностный.

Прорывом в истории изучения сна стало открытие электрических волн, возникающих в мозге и которые можно регистрировать.

Ученые получили возможность наблюдать, записывать и изучать явления, происходящие во сне с человеком, – с помощью электроэнцефалограммы.

Благодаря многочисленным исследованиям было установлено:

Состояние вегетативной нервной системы в обеих стадиях различно.

В медленном сне мы растем быстрее: гормон роста, вырабатываемый гипофизом, в этой фазе вырабатывается активнее.

Сновидения носят разный характер.

В быстрой фазе – картины снов насыщенны действиями, ярко и эмоционально окрашены, в медленной – сюжет сновидений спокойный или же вовсе отсутствует.

Пробуждение .

Если разбудить человека посреди быстрого сна, он встанет намного легче, и будет чувствовать себя гораздо лучше, чем в результате пробуждения в медленной фазе.

Даже если на сон ушло достаточно времени и вы ожидаете почувствовать прилив сил и бодрости – этого не случится, если вы неудачно проснетесь в начале или в середине цикла медленного сна. В такой ситуации можно услышать: «Встал не с той ноги?»

Видимо причиной такого состояния выступают незавершенные нейрохимические процессы, проходящие в медленном сне.

Дыхание при засыпании становится реже и громче, но менее глубоким.

Оно еще более замедляется и становится неритмичным в дельта-сне.

Дыхание в быстром сне то медленное, то частое, то – так мы реагируем на события сна, который смотрим.

Температура мозга снижается в медленном сне, а в быстром, благодаря усиленному притоку крови и активному обмену веществ, поднимается и иногда превышает температуру в бодрствовании.

Несмотря на многочисленные различия, стадии медленного и быстрого сна имеют химическую, физиологическую, функциональную взаимозависимость и принадлежат к единой сбалансированной системе.

Сон – такое простое ежедневное действие, которое человек выполняет вечером и просыпается утром. Обычно мы не задумываемся над этим вопросом – что такое сон? Однако сон, как физиологическое действие, не является простым. Сон состоит из двух фаз: быстрой и медленной. Если лишить человека фазы быстрого сна (будить в начале этой стадии), то у человека будут наблюдаться расстройства психики, а если лишить медленной фазы сна, то возможно развитие апатии, депрессии .

Фазы и циклы нормального сна, свойства быстрого и медленного сна

Характеристика быстрой фазы сна

Начнем рассмотрение с быстрой фазы сна. Также эту фазу называют парадоксальной или фазой быстрых движений глаз (БДГ-сон). Этот период сна называют парадоксальным, так как электроэнцефалограмма напоминает таковую при бодрствовании. То есть на электроэнцефалограмме записывается α – ритм, сама кривая низкоамплитудная и высокочастотная. Рассмотрим, что такое электроэнцефалограмма – это запись сигналов мозга при помощи специальной аппаратуры. Подобно записи деятельности сердца на кардиограмму , также записывается и деятельность мозга на энцефалограмму. Но в данной фазе парадоксального сна наблюдается более выраженное, чем в фазу медленного сна, расслабление скелетной мускулатуры. Параллельно с расслаблением скелетной мускулатуры совершаются быстрые движения глазами. Именно эти быстрые движения глаз и дали название быстрой фазе сна. В быструю фазу сна активируются следующие структуры мозга: задний гипоталамус (центр Гесса) – центр включения сна, ретикулярная формация верхних отделов ствола мозга, медиаторы – катехоламины (ацетилхолин). Именно в эту фазу человек видит сны. Наблюдаются тахикардия , повышение артериального давления , увеличение мозгового кровообращения. Также возможны такие явления как сомнамбулизм, лунатизм, сноговорение (речь во сне) и т. д. Разбудить человека сложнее, чем в медленную фазу сна. В общей сложности быстрая фаза сна занимает 20 – 25% от общего времени сна.

Характеристика медленной фазы сна

В фазу медленного сна электроэнцефалограмма содержит сонные веретена. В реализации этой фазы сна участвуют следующие структуры – передний гипоталамус и нижние отделы ретикулярной формации. В общем медленный сон занимает 75 – 80% времени от общего количества сна. Медиаторы этой фазы сна – гаммааминомасляная кислота (ГАМК), серотонин, δ – пептид сна.
Медленную фазу сна по глубине делят на 4 подфазы:

дремота (погружение в сон). На электроэнцефалограмме выявляются α – волны, β и ζ. При бессоннице дремота очень выражена, остальные подфазы медленного сна могут и не наступать
фаза сонных веретен . На электроэнцефалограмме преимущественно ζ – волны и сонные веретена. Это наиболее длительная фаза сна – занимает 50% всего времени сна. Из этой фазы человек выходит легко
третью и четвертую подфазы медленного сна объединяют в одну под общим названием δ – сон (медленный, глубокий). Третья подфаза представляет собой переход в эту фазу. Разбудить человека очень трудно. Именно здесь снятся кошмары. При бессоннице эта фаза не бывает нарушена.

Циклы сна

Фазы сна объединены в циклы, то есть чередуются в строгой последовательности. Один цикл длится около двух часов и включает в себя медленный сон, состоящий из подфаз, и быстрый сон. В рамках этих двух часов 20 – 25% приходится на быстрый сон, то есть около 20 минут, а все остальное время занимает медленный сон. Начинается нормальный здоровый сон с медленной фазы. К утру у человека преобладает быстрая фаза сна, поэтому часто бывает трудно вставать по утрам. На сегодняшний день считается достаточным для полноценного отдыха наличие 3-4 сонных циклов, то есть продолжительность сна 6-8 часов. Однако такое утверждение справедливо лишь для здоровых людей. Современные ученые показали, что при различных соматических заболеваниях потребность в количестве сна возрастает. Если же страдает качество сна, то человеку также хочется спать больше. Практически каждый человек в какой-то период жизни сталкивался с проблемами качества сна. Поэтому на сегодняшний день проблема нарушений сна очень актуальна.

Виды нарушений сна

С нарушением сна у своих пациентов встречаются врачи практически любых специальностей. Примерно половины населения России недовольны качеством своего сна. В более благополучных странах нарушения сна различной степени беспокоят от трети до половины населения. Встречаются нарушения сна в разном возрасте, однако, частота их с возрастом возрастает. Имеются также половые различия – чаще нарушения сна отмечаются у женщин, чем у мужчин.

Нарушения сна условно разделяют на три группы:

пресомнические расстройства сна
интрасомнические расстройства сна
постсомнические расстройства сна

Жалобы, предъявляемые людьми с пресомническими расстройствами сна.
Не можете заснуть?

Рассмотрим более подробно, что представляет собой каждая из групп. Первая группа – пресомнические расстройства . Эта группа объединяет нарушения сна, связанные с трудностью засыпания. В этом случае человеку приходят в голову различные страхи и тревоги, он часами не может заснуть. Часто тревоги и страхи о том, что заснуть не удастся, появляются еще до отхождения ко сну. Тревожит и навязчивая мысль о том, что завтра все опять повторится. Однако если заснуть удается, то сон у этих людей протекает благополучно.

Жалобы, предъявляемые людьми с интрасомническими расстройствами сна.
Просыпаетесь по ночам?

Вторая группа – это, так называемые, интрасомнические расстройства . Данная группа объединяет такие расстройства сна, при которых процесс засыпания более или менее удовлетворителен, но имеют место ночные пробуждения по разным причинам. Такие ночные пробуждения довольно частые, и после каждого из них долго не удается заснуть. Вследствие этого утром ощущается невыспанность. Также по утрам такие люди недостаточно бодры.

Жалобы, предъявляемые людьми с постсомническими расстройствами сна.
Рано просыпаетесь?

Третью группу объединяют постсомнические расстройства сна. При этом виде нарушений сна сам сон и процесс засыпания благополучны, однако, пробуждение наступает довольно рано. Такие люди говорят обычно: «Ну, просто сна ни в одном глазу!». Как правило, повторные попытки заснуть неудачны. Таким образом, время, проведенное во сне, сокращено.

Все эти типы нарушения сна ведут к повышенной утомляемости днем, вялости, усталости, сниженной активности и работоспособности. К этим явлениям добавляется чувство подавленности и плохое настроение. Появляется целый ряд недомоганий, которые обычно связываются человеком с нарушением сна. Эти недомогания носят совершенно разнообразный характер и могут касаться деятельности всех органов и систем.

Что не удовлетворяет в своем сне людей с нарушениями сна ?

Попробуем поближе рассмотреть людей, которых беспокоят нарушения сна.

Первая категория – это те, кто спят мало, но достаточно хорошо. Как правило, это относится к людям молодого возраста, активного образа жизни. Эти люди часто бывают преуспевающими, или стремящимися к преуспеванию в какой-либо области. Для них такой режим сна не патология, а образ жизни.

Вторая категория – это люди, недовольные качеством своего сна. Их смущает недостаточная глубина сна, частые эпизоды пробуждения и чувство невыспанности по утрам. Причем беспокоит данную категорию лиц именно качество сна, а не его продолжительность.

Третья категория объединяет людей, недовольных и глубиной сна, и продолжительностью сна. То есть нарушения сна более глубоки, по сравнению с первыми двумя категориями. В силу этого наиболее трудно проводить лечение именно этой группы людей с нарушениями сна.

Какие причины приводят к нарушению сна?

Необходимо все же отметить, что различные нарушения сна – это всегда проявление какого-либо заболевания. То есть данное явление вторично. Общая классификация разновидностей нарушения сна имеет много разделов. Мы рассмотрим основные, из которых наиболее часто встречающееся – психофизиологическое нарушение сна.
Основной фактор в развитии психофизиологического нарушения сна – это фактор, связанный с психическим состоянием человека.

Стрессовые ситуации и психо-эмоциональное перенапряжение
Это означает, что нарушения сна возникают в ответ на острый психоэмоциональный стресс или психосоциальный стресс. Нарушение сна, возникшее вследствие воздействия стрессорных факторов, является психофизиологической реакцией. Для такой реакции характерно постепенное восстановление сна через некоторое время после исчезновения психотравмирующих факторов.

Эмоциональные расстройства
Следующий фактор в развитии нарушений сна связан с эмоциональными расстройствами. Это, прежде всего тревожные расстройства, нарушения настроения и панические расстройства. Ведущими среди эмоциональных расстройств являются тревога и депрессия.

Любые соматические хронические заболевания
Существуют и другие факторы, приводящие к нарушению сна, роль которых усиливается с возрастом. Например, с возрастом возникают болевые ощущения, когда необходимо проснуться ночью для совершения мочеиспускания, усиливаются проявления сердечнососудистых и других заболеваний. Все эти факторы, вызванные течением и прогрессированием соматических заболеваний – различных органов и систем, также мешают нормальному сну.

И тут возникает следующая ситуация, при которой люди связывают свое неважное психическое состояние с нарушениями сна. Именно нарушения сна они ставят во главу своих болезненных проявлений, полагая, что при нормализации сна будут чувствовать себя лучше. На самом деле как раз наоборот – надо наладить нормальное функционирование всех органов и систем, чтобы при этом сон также нормализовался. Для решения этой задачи может понадобиться коррекция схемы лечения хронических заболеваний с учетом изменения функционального состояния организма. Так как причины нарушения сна многообразны, следует подчеркнуть, что ведущее место среди этих причин все-таки занимают психогенные.

Как нарушения сна связаны с эмоциональными расстройствами?
Как проявляются нарушения сна, связанные с тревогой и депрессией? У людей с повышенной тревожностью преобладают пресомнические расстройства сна. Наибольшую трудность представляет для них засыпание, но, если удается заснуть, то спят они достаточно удовлетворительно. Однако возможно развитие и интрасомнических, и других проявлений. Для людей с депрессией чаще характерны постсомнические расстройства сна. Засыпают, страдающие депрессией, более или менее нормально, но рано пробуждаются, после чего заснуть не могут. Такие утренние часы для них самые тяжелые. Депрессия людей, имеющих такие постсомнические нарушения сна, носит тоскливый характер. К вечеру их состояние, как правило, улучшается. Этим, однако же, проявления депрессии не исчерпываются. Среди больных с депрессией нарушения сна встречается у 80-99%. Нарушения сна могут быть, с одной стороны, ведущей жалобой, а с другой – быть в комплексе других депрессивных проявлений.

Упорные нарушения сна в отсутствие выявления четких причин данного состояния, служат основанием для исключения скрытой, маскированной депрессии.

Люди с депрессией часто рассказывают, что ночь проводят в раздумьях, которые происходят все-таки во время сна, хотя голова совершенно не отдыхает. В то же самое время ипохондрики утверждают, что они лежат в ночное время без сна и их размышления проходят в бодрствовании, то есть не являются проявлениями сна. То есть люди с депрессией считают, что их размышления мучают во сне, а ипохондрики полагают, что их мысли мучают в бодрствовании.

Как мы уже говорили, нарушения сна чаще встречаются при увеличении возраста, когда увеличивается и число депрессий. Обнаружена связь между возрастом, депрессией и женским полом, в основе которой лежат общие нейробиохимические системные расстройства. При этом происходит уменьшение фазы медленного сна, который является самым глубоким сном, движения глаз, становятся менее регулярными. Движения глаз присутствуют в фазе быстрого сна, во время которой возникают сновидения.

Любопытным является аспект сна и депрессии, который был подмечен случайно. Люди, страдающие депрессией и проводящие несколько ночей без сна, в последующие дни чувствуют себя лучше. Этот феномен был изучен. В результате было выяснено, что проведение лишения сна в течение нескольких недель (лишение сна проводили 2-3 раза в неделю) помогает при тоскливой депрессии больше, чем применение антидепрессантов. Однако при тревожной форме депрессии такое лишение сна менее эффективно. Важно подчеркнуть, что после лишения сна увеличивалась эффективность последующего применения антидепрессантов.

Нарушение бодрствования
Однако кроме инсомнических расстройств, при депрессии изредка наблюдаются нарушения бодрствования (гиперсомния ), состояния повышенной сонливости. Эти нарушения касались синдрома гиперсомнии, который проявляется глубоким сном, затруднением утреннего пробуждения, а также сонливостью днем. Такой синдром часто возникает при нейроэндокринной патологии. Другая форма гиперсомнии – нарколепсия , является генетическим заболеванием.

И, наконец, еще одно проявление гиперсомнии – это синдром, так называемой, периодической спячки . Данное явление наблюдается в основном у молодых людей, у которых на несколько дней (7-9 дней) наступала непреодолимая сонливость безо всякой видимой причины. Эти люди вставали, принимали пищу, справляли физиологически нужды, однако большую часть дня проводили во сне. Такие периоды внезапно начинались и так же внезапно заканчивались. Данные эпизоды трактовались как проявления депрессии. Проведение соответствующего профилактического лечения в межприступном периоде в большинстве случаев является эффективным.

Принципы лечения нарушений сна

При уточнении депрессивной природы нарушений сна и бодрствования рекомендовано применение курсовое лечение антидепрессантами . При этом особое значение придается препаратам, обладающим селективным воздействием на серотониновые системы мозга, ответственные за инициацию и развитие сна.

Снотворные препараты, которых существует великое множество, не могут решить проблему сна у людей с депрессией. Они лишь являются симптоматическими средствами.