Как работает сон: что мозг делает ночью и зачем это нужно
Сон это не пассивный отдых, а высокоорганизованный процесс работы мозга. За ночь мозг проходит несколько циклов по 90–110 минут, в каждом из которых чередуются фазы медленного и быстрого сна. В это время очищаются межклеточные пространства от накопленных за день продуктов обмена, закрепляются воспоминания, а тело восстанавливает ткани и иммунные ресурсы.
Фазы сна и что происходит в каждой из них
Медленный сон (NREM) занимает около 75–80 процентов ночи и делится на три стадии. Первая, дремота: мышцы расслабляются, сознание плывёт, мозговые волны замедляются с бодрствующих бета-ритмов (13–30 Гц) до альфа- и тета-волн. Вторая стадия, лёгкий сон: появляются характерные «сонные веретёна»: короткие всплески активности частотой 12–15 Гц, которые помогают изолировать мозг от внешних раздражителей. Третья стадия, глубокий дельта-сон с волнами 0,5–4 Гц: именно здесь выделяется основная доля гормона роста, восстанавливаются мышцы, работает иммунная система.
Фаза быстрого сна (REM, от англ. rapid eye movement, быстрые движения глаз) занимает около 20–25 процентов ночи. Мозг в этой фазе электрически похож на бодрствующий: активны зрительная кора, миндалина, гиппокамп. Тело при этом практически полностью обездвижено благодаря торможению двигательных нейронов. В фазе REM происходят сновидения. По мере продвижения ночи доля REM в каждом цикле возрастает: первый цикл содержит лишь несколько минут REM, последний цикл перед пробуждением может состоять из REM почти наполовину.
Глимфатическая система: ночная уборка мозга
В 2013 году группа учёных описала глимфатическую систему, сеть каналов вдоль кровеносных сосудов мозга, по которым во время сна прокачивается спинномозговая жидкость. Во сне клетки мозга сжимаются примерно на 60 процентов, расширяя межклеточное пространство, и глимфатический поток усиливается в 10–20 раз по сравнению с бодрствованием. Вместе с жидкостью вымываются токсичные белки, в том числе бета-амилоид и тау-белок, накопление которых связывают с нейродегенеративными заболеваниями.
Именно поэтому хроническое недосыпание считается одним из факторов, ускоряющих накопление этих белков. Один неспокойный ночной сон временно повышает уровень бета-амилоида в мозге, а регулярный недостаток сна может существенно нарушить этот баланс.
Циркадные ритмы и управление сном
Потребность во сне регулируется двумя независимыми системами. Первая: циркадные ритмы, внутренние биологические часы с периодом около 24 часов, расположенные в супрахиазматическом ядре гипоталамуса. При снижении освещённости эпифиз начинает вырабатывать мелатонин, который даёт сигнал к засыпанию. Пиковая концентрация мелатонина приходится на 2–3 часа ночи.
Вторая система: гомеостатическое давление сна. Чем дольше человек бодрствует, тем больше в мозге накапливается аденозин, нейромодулятор, который снижает активность бодрствующих нейронов и вызывает нарастающую сонливость. Кофеин блокирует рецепторы аденозина, не давая ему связаться с клетками, и временно снимает ощущение усталости. Однако аденозин продолжает накапливаться, и после прекращения действия кофеина сонливость возвращается.
Сколько сна нужно и чем опасен его дефицит
Большинству взрослых людей требуется 7–9 часов сна в сутки. Подросткам необходимо 8–10 часов, детям школьного возраста по 9–11 часов. Попытки «компенсировать» недосыпание в будни долгим сном в выходные лишь частично восстанавливают когнитивные функции, но не устраняют накопившийся физиологический долг.
После 17–19 часов без сна когнитивные показатели снижаются примерно до уровня человека с содержанием алкоголя в крови 0,05 процента. Снижается концентрация внимания, замедляется время реакции, ухудшается оценка ситуации. Хроническое недосыпание повышает риск метаболических нарушений, сердечно-сосудистых заболеваний и снижает эффективность иммунного ответа на инфекции.
