Два процесса сна: модель регуляции сна

Тайна сна

В регуляции сна принимают участие оба процесса: длительность предшествующего бодрствования и циркадный ритм. В модели, показывающей, как эти два фактора взаимодействуют друг с другом, процесс S (от sleep - сон) указывает на уровень потребности в сне в дневное время и глубину сна ночью. Эта кривая идет вверх во время бодрствования (по мере того, как потребность в сне нарастает) и ниспадает во время сна (по мере снижения процента глубокого медленного сна). Процесс С (от circadian - циркадный) соответствует циркадному ритму потребности в сне, который независим от предшествующего сна или бодрствования. Его верхняя точка приходится на 4 часа утра, когда особенно трудно сохранять бодрствование, а нижняя - на 4 часа дня. Кривая С показывает не сам процесс С, а его зеркальное отражение. Эту кривую С можно рассматривать как порог бодрствования, так как ее нижняя точка соответствует максимальной потребности в сне.

В этой модели предполагается, что процесс С находится под воздействием не только "внутренних часов" организма, но и внешних стимулов. Например, скучная лекция усиливает сонливость, а волнующий фильм, наоборот, может отодвинуть время засыпания. Данная двухпроцессная модель предполагает, что потребность в сне в каждый данный момент представляет собой сумму процессов S и С. Это соответствует разнице (или интервалу) между кривыми S и С. Можно проследить ход этих кривых и интервалы между ними по ходу суток. После пробуждения испытуемого в 7 утра кривые идут рядом все утро; это означает, что желание уснуть выражено слабо. После полудня интервал становится все больше и больше, пока не достигает максимума в 11 вечера. Ночью во время сна интервал между двумя кривыми постепенно уменьшается и доходит до нуля в момент пробуждения (в 7 утра).

Если человек не поспит всю ночь и весь следующий день, то поскольку сон не наступает в 11 вечера, как обычно, процесс S продолжает нарастать. Интервал между S и С достигает первого максимума в 4 часа утра, в момент кризиса. В последующие часы кривые вновь сближаются друг с другом, указывая на снижение тяги ко сну. К моменту, когда испытуемый наконец ложится спать, то есть в 11 часов вечера на следующий день, S достигает уже значительной величины.

Большой интервал между двумя кривыми соответствует глубокому медленному сну в первую половину ночи, когда преобладают медленные волны электроэнцефалограммы. Так как процесс спадает не линейно, а по экспоненте, продолжительность сна после депривации лишь немного больше, чем в норме. Эта модель также объясняет результаты опытов, которые показали, что испытуемые утром спали лишь короткое время, несмотря на то что предшествующую ночь бодрствовали.

Хотя процент глубокого медленного сна зависит в основном от длительности предшествующего бодрствования, парадоксальный сон определяется главным образом циркадным ритмом. Соответственно в нашей модели принято, что потребность в парадоксальном сне отражается в процессе С. В более детальной версии этой модели мы предположили, что парадоксальный и медленный сон оказывают тормозящее воздействие друг на друга. Такое взаимодействие может лежать в основе циклического чередования медленного и парадоксального сна. Серж Даан и Домьен Беерсма из Университета города Гронингена разработали компьютерную модель регуляции сна, основанную на сходных допущениях и показывающую, что можно смоделировать типичные изменения ритма "сон-бодрствование", происходящие в условиях "изоляции от времени".

Разумеется, представленная модель является только рабочей гипотезой; она, несомненно, не отражает всей сложности механизмов регуляции сна. Эти идеи, вероятно, потребуют в дальнейшем адаптации и модификации. Тем не менее такое моделирование полезно в двух отношениях: во-первых, оно позволяет поместить значительное число экспериментальных данных в единую концептуальную рамку; во-вторых, оно позволяет высказать некоторые предположения, которые могут быть проверены в дальнейших опытах. Уже существуют определенные указания относительно возможных биологических механизмов, лежащих в основе обоих вышеописанных процессов.

Например, нарастание процесса S в ходе бодрствования и его падение во время сна хорошо соответствуют колебаниям уровня эндогенного "вещества сна", существование которого предсказывалось гипотезой Пьерона и его последователей. Процесс С, по-видимому, отражает работу "внутренних часов", расположенных в супрахиазматических ядрах межуточного мозга, которые могут регулировать, кроме сна, различные ритмические процессы (такие как колебания температуры тела и уровень кортизола). Важно подчеркнуть, что представленная модель, в отличие от некоторых других, предполагает существование только одного-единственного осциллятора-ритмоводителя.

Александр А. Борбели, 1989 год