Основы мозга: понимание сна
Введение
Сон — важная часть вашего распорядка дня — на него вы тратите около трети своего времени. Качественный сон — и его достаточное количество в нужное время — так же важен для выживания, как пища и вода. Без сна вы не можете формировать или поддерживать пути в своем мозгу, которые позволяют вам учиться и создавать новые воспоминания, и вам труднее сосредоточиться и быстро реагировать.
Сон важен для ряда функций мозга, в том числе для взаимодействия нервных клеток (нейронов) друг с другом. На самом деле, ваш мозг и тело остаются удивительно активными, пока вы спите. Недавние исследования показывают, что сон играет роль уборщика, удаляя из мозга токсины, которые накапливаются во время бодрствования.
Всем нужен сон, но его биологическое предназначение остается загадкой. Сон влияет почти на все типы тканей и систем организма — от мозга, сердца и легких до метаболизма, иммунной функции, настроения и устойчивости к болезням. Исследования показывают, что хроническое недосыпание или плохое качество сна увеличивает риск заболеваний, включая высокое кровяное давление, сердечно-сосудистые заболевания, диабет, депрессию и ожирение.
Сон — это сложный и динамичный процесс, который влияет на то, как вы функционируете, так, как это начинают понимать ученые. В этой брошюре описывается, как регулируется ваша потребность во сне и что происходит в мозгу во время сна.
Анатомия сна
Несколько структур в мозгу связаны со сном.
Гипоталамус , структура размером с арахис в глубине мозга, содержит группы нервных клеток, которые действуют как центры управления, влияющие на сон и пробуждение. Внутри гипоталамуса находится супрахиазматическое ядро (СХЯ) — скопление тысяч клеток, которые получают информацию о воздействии света непосредственно от глаз и контролируют ваш поведенческий ритм. Некоторые люди с повреждением СХЯ спят беспорядочно в течение дня, потому что они не могут сопоставить свои циркадные ритмы с циклом свет-темнота. Большинство слепых людей сохраняют некоторую способность ощущать свет и способны изменять свой цикл сна/бодрствования.
Ствол мозга в основании мозга сообщается с гипоталамусом, чтобы контролировать переходы между бодрствованием и сном. (Ствол головного мозга включает структуры, называемые мостом, продолговатым мозгом и средним мозгом.) Содействующие сну клетки в гипоталамусе и стволе мозга вырабатывают химическое вещество мозга, называемое ГАМК , которое снижает активность центров возбуждения в гипоталамусе и стволе мозга. . Ствол мозга (особенно мост и продолговатый мозг) также играет особую роль в БДГ-сне; он посылает сигналы, чтобы расслабить мышцы, необходимые для осанки и движений конечностей, чтобы мы не разыгрывали свои мечты.
Таламус действует как реле для передачи информации от органов чувств к коре головного мозга (покрытие мозга, которое интерпретирует и обрабатывает информацию из кратковременной в долговременную память). На большинстве стадий сна таламус успокаивается, позволяя вам отключиться от внешнего мира. Но во время быстрого сна таламус активен, посылая в кору изображения, звуки и другие ощущения, которые наполняют наши сны.
Шишковидная железа , расположенная в двух полушариях мозга, получает сигналы от SCN и увеличивает выработку гормона мелатонина , который помогает вам заснуть, когда гаснет свет. Люди, которые потеряли зрение и не могут координировать свой естественный цикл бодрствования и сна с использованием естественного освещения, могут стабилизировать свой режим сна, принимая небольшие количества мелатонина в одно и то же время каждый день. Ученые считают, что пики и спады мелатонина с течением времени важны для согласования циркадного ритма организма с внешним циклом света и темноты.
Базальный передний мозг , расположенный рядом с передней и нижней частью мозга, также способствует сну и бодрствованию, в то время как часть среднего мозга действует как система возбуждения. Высвобождение аденозина (химический побочный продукт потребления клеточной энергии) из клеток в базальных отделах переднего мозга и, возможно, в других областях поддерживает ваше влечение ко сну. Кофеин противодействует сонливости, блокируя действие аденозина.
Миндалевидное тело , миндалевидная структура, участвующая в обработке эмоций, становится все более активной во время быстрого сна.
Стадии сна
Существует два основных типа сна: сон с быстрыми движениями глаз (REM) и медленный сон (который состоит из трех разных стадий). Каждый из них связан с определенными мозговыми волнами и активностью нейронов. Вы циклически проходите через все стадии медленного и быстрого сна несколько раз в течение обычной ночи, при этом все более длинные и глубокие периоды быстрого сна происходят ближе к утру.
Стадия 1 медленного сна — это переход от бодрствования ко сну. В течение этого короткого периода (длительностью несколько минут) относительно легкого сна ваше сердцебиение, дыхание и движения глаз замедляются, а мышцы расслабляются с периодическими подергиваниями. Волны вашего мозга начинают замедляться из-за дневного бодрствования.
Стадия 2 медленного сна — это период легкого сна, прежде чем вы погружаетесь в более глубокий сон. Ваше сердцебиение и дыхание замедляются, а мышцы расслабляются еще больше. Температура тела падает, а движения глаз прекращаются. Активность мозговых волн замедляется, но характеризуется короткими вспышками электрической активности. Вы проводите больше повторяющихся циклов сна во второй стадии сна, чем в других стадиях сна.
Стадия 3 медленного сна — это период глубокого сна, который вам нужен, чтобы утром чувствовать себя отдохнувшим. Это происходит в более длительные периоды в течение первой половины ночи. Ваше сердцебиение и дыхание замедляются до самого низкого уровня во время сна. Ваши мышцы расслаблены, и вас может быть трудно разбудить. Мозговые волны становятся еще медленнее.
БДГ-сон впервые наступает примерно через 90 минут после засыпания. Ваши глаза быстро двигаются из стороны в сторону за закрытыми веками. Активность мозговых волн смешанной частоты становится ближе к наблюдаемой в состоянии бодрствования. Ваше дыхание становится более быстрым и нерегулярным, а частота сердечных сокращений и артериальное давление увеличиваются почти до уровня бодрствования. Большая часть ваших сновидений происходит во время фазы быстрого сна, хотя некоторые из них могут происходить и во время медленной фазы сна. Мышцы ваших рук и ног временно парализованы, что мешает вам воплотить в жизнь свои мечты. С возрастом вы спите меньше времени в фазе быстрого сна. Консолидация памяти, скорее всего, требует как медленного, так и быстрого сна.
Механизмы сна
Два внутренних биологических механизма — циркадный ритм и гомеостаз — работают вместе, чтобы регулировать, когда вы бодрствуете и спите.
Циркадные ритмы управляют широким спектром функций, от ежедневных колебаний бодрствования до температуры тела, метаболизма и выброса гормонов. Они контролируют время вашего сна и вызывают сонливость по ночам и склонность просыпаться утром без будильника. Биологические часы вашего тела, которые основаны примерно на 24-часовом дне, контролируют большинство циркадных ритмов. Циркадные ритмы синхронизируются с сигналами окружающей среды (свет, температура) относительно фактического времени суток, но продолжаются даже при отсутствии сигналов.
Гомеостаз сна-бодрствования отслеживает вашу потребность во сне. Гомеостатический драйв ко сну напоминает организму о необходимости сна через определенное время и регулирует интенсивность сна. Это стремление ко сну становится сильнее с каждым часом бодрствования и заставляет вас спать дольше и глубже после периода лишения сна.
Факторы, которые влияют на ваши потребности во сне и бодрствовании, включают медицинские условия, лекарства, стресс, среду сна, а также то, что вы едите и пьете. Возможно, наибольшее влияние оказывает воздействие света. Специализированные клетки сетчатки ваших глаз обрабатывают свет и сообщают мозгу, день сейчас или ночь, и могут опережать или задерживать наш цикл сна-бодрствования. Воздействие света может затруднить засыпание и возвращение ко сну после пробуждения.
У работников ночной смены часто возникают проблемы с засыпанием, когда они ложатся спать, а также с трудом бодрствуют на работе, потому что их естественный циркадный ритм и цикл сна-бодрствования нарушены. В случае смены часовых поясов циркадные ритмы не синхронизируются со временем суток, когда люди летят в другой часовой пояс, что создает несоответствие между их внутренними часами и реальными часами.
Сколько сна вам нужно?
Ваша потребность во сне и режим сна меняются с возрастом, но это значительно различается у людей одного возраста. Не существует волшебного «количества часов сна», подходящего для всех людей одного возраста. Младенцы изначально спят от 16 до 18 часов в день, что может ускорить рост и развитие (особенно головного мозга). Детям школьного возраста и подросткам в среднем требуется около 9,5 часов сна в сутки. Большинству взрослых требуется 7-9 часов сна в сутки, но после 60 лет ночной сон становится короче, легче и прерывается частыми пробуждениями. Пожилые люди также чаще принимают лекарства, которые мешают сну.
В целом люди спят меньше, чем им нужно, из-за более продолжительного рабочего дня и наличия круглосуточных развлечений и других мероприятий.
Многие люди считают, что они могут «наверстать упущенное» в выходные дни, но, в зависимости от того, насколько они лишены сна, более продолжительный сон в выходные дни может оказаться недостаточным.
Сновидение
Все мечтают. Вы проводите около 2 часов каждую ночь во сне, но можете не помнить большую часть своих снов. Его точная цель неизвестна, но сны могут помочь вам справиться со своими эмоциями. События дня часто вторгаются в ваши мысли во время сна, и люди, страдающие от стресса или беспокойства, чаще видят пугающие сны. Сны можно увидеть на всех стадиях сна, но обычно они наиболее ярки в фазе быстрого сна. Некоторые люди видят цветные сны, а другие помнят только черно-белые сны.
Роль генов и нейротрансмиттеров
Химические сигналы ко сну
Кластеры стимулирующих сон нейронов во многих частях мозга становятся более активными, когда мы готовимся ко сну. Химические вещества, передающие нервные сигналы, называемые нейротрансмиттерами, могут «выключать» или ослаблять активность клеток, которые сигнализируют о возбуждении или расслаблении. ГАМК связана со сном, расслаблением мышц и седацией. Норадреналин и орексин (также называемый гипокретином) поддерживают активность некоторых частей мозга, пока мы бодрствуем. Другие нейротрансмиттеры, которые формируют сон и бодрствование, включают ацетилхолин, гистамин, адреналин, кортизол и серотонин.
Гены и сон
Гены могут играть важную роль в том, сколько сна нам нужно. Ученые идентифицировали несколько генов, связанных со сном и нарушениями сна, в том числе гены, контролирующие возбудимость нейронов, и «часовые» гены, такие как Per , tim и Cry .которые влияют на наши циркадные ритмы и время сна. Полногеномные ассоциативные исследования выявили участки на различных хромосомах, которые повышают нашу предрасположенность к нарушениям сна. Кроме того, различные гены были идентифицированы с такими нарушениями сна, как семейное расстройство фазы сна, нарколепсия и синдром беспокойных ног. Некоторые из генов, экспрессируемых в коре головного мозга и других областях мозга, изменяют уровень своей экспрессии между сном и бодрствованием. Несколько генетических моделей, включая червя, плодовую мушку и рыбку данио, помогают ученым идентифицировать молекулярные механизмы и генетические варианты, связанные с нормальным сном и нарушениями сна. Дополнительные исследования позволят лучше понять наследственные модели сна и риски циркадных расстройств и нарушений сна.
Исследования сна
Ваш лечащий врач может порекомендовать полисомнограмму или другой тест для диагностики расстройства сна. Полисомнограмма обычно предполагает проведение ночи в лаборатории сна или центре сна. Он записывает ваше дыхание, уровень кислорода, движения глаз и конечностей, частоту сердечных сокращений и мозговые волны в течение ночи. Ваш сон также записывается на видео и аудио. Эти данные могут помочь специалисту по сну определить, правильно ли вы проходите через различные стадии сна. Результаты могут быть использованы для разработки плана лечения или определения необходимости дальнейших тестов.
Отслеживание сна с помощью интеллектуальной технологии
Миллионы людей используют приложения для смартфонов, прикроватные мониторы и носимые устройства (включая браслеты, смарт-часы и повязки на голову) для неофициального сбора и анализа данных о своем сне. Умная технология может записывать звуки и движения во время сна, вести журнал часов сна и контролировать сердцебиение и дыхание. С помощью сопутствующего приложения данные с некоторых устройств можно синхронизировать со смартфоном или планшетом или загрузить на ПК. Другие приложения и устройства издают белый шум, излучают свет, стимулирующий выработку мелатонина, и используют легкие вибрации, чтобы помочь нам заснуть и проснуться.
Советы для хорошего ночного сна
Достаточное количество сна полезно для вашего здоровья. Вот несколько советов, как улучшить свой сон:
Установите расписание — ложитесь спать и просыпайтесь в одно и то же время каждый день.
Занимайтесь физическими упражнениями по 20–30 минут в день, но не позднее, чем за несколько часов до сна.
Избегайте кофеина и никотина в конце дня и алкогольных напитков перед сном.
Расслабьтесь перед сном — попробуйте теплую ванну, чтение или другой расслабляющий ритуал.
Создайте комнату для сна — избегайте яркого света и громких звуков, поддерживайте в комнате комфортную температуру, не смотрите телевизор и не держите компьютер в спальне.
Не лежать в постели без сна. Если вы не можете заснуть, займитесь чем-нибудь другим, например, почитайте или послушайте музыку, пока не почувствуете усталость.
Обратитесь к врачу, если у вас проблемы со сном или вы чувствуете себя необычно усталым в течение дня. Большинство нарушений сна можно эффективно лечить.
Надежда через исследования
Ученые продолжают изучать функцию и регуляцию сна. Основное внимание в исследованиях уделяется пониманию рисков, связанных с хроническим недосыпанием, и взаимосвязи между сном и болезнями. Люди, которые хронически недосыпают, чаще имеют избыточный вес, имеют инсульты и сердечно-сосудистые заболевания, инфекции и некоторые виды рака, чем те, кто высыпается. Нарушения сна распространены среди людей с возрастными неврологическими расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Остается много загадок о связи между сном и этими проблемами со здоровьем. Приводит ли недостаток сна к определенным расстройствам или определенные болезни вызывают недостаток сна? Эти и многие другие вопросы о сне представляют собой передний край исследований сна.
