Сон у животных

Все чаще в последнее время  внимание ученых привлекает еще одна эволюционно древняя тормозная  система головного мозга, использующей в качестве медиатора нуклеозид  аденозин.

Японский физиолог О. Хаяйси с коллегами показали, что синтезируемый  в мозге простагландин D2 участвует  в модуляции аденозинэргических нейронов. Поскольку главный фермент  этой системы - простагландиназа-D - локализован  в мозговых оболочках и хороидном  плексусе, очевидна роль этих структур в формировании определенных видов  патологии сна: гиперсомнии при  некоторых черепно-мозговых травмах  и воспалительных процессах менингеальных  оболочек, африканской “сонной болезни”, вызываемой трипаносомой, которая передается через укусы мухи цеце и пр. Если с точки зрения нейронной активности бодрствование - это состояние тонической деполяризации, то медленный сон - тоническая гиперполяризация. При этом направление  движения через клеточную мембрану основных ионных потоков (катионов Na+, K+, Ca2+, анионов Cl-), а также важнейших  макромолекул меняется на противоположное. Это приводит к выводу, что во время медленного сна восстанавливается  мозговой гомеостаз, нарушенный в ходе многочасового бодрствования.

С этой точки зрения бодрствование  и медленный сон - как бы “две стороны одной медали”. Периоды  тонической деполяризации и гиперполяризации должны периодически сменять друг друга, чтобы сохранить постоянство внутренней среды головного мозга и обеспечить нормальную работу таламо-кортикальной системы - субстрата высших психических функций человека.

Отсюда ясно, почему в  мозге нет единого “центра  медленного сна” - это значительно  уменьшило бы надежность всей системы, сделало бы ее более жестко детерминированной, полностью зависящей от “капризов” этого центра в случае каких-либо нарушений его работы. В некотором  смысле, данный факт подтверждает восстановительную  теорию сна.

При этом складывается совершенно другая картина в отношении парадоксального  сна, который, в отличие от медленного сна, имеет ярко выраженную активную природу [8]. Парадоксальный сон запускается  из четко очерченного центра, расположенного в задней части мозга, в области  варолиева моста и продолговатого мозга, а медиаторами служат ацетилхолин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Во время парадоксального сна  клетки мозга чрезвычайно активны, но информация от органов чувств к  ним не поступает и не подается на мышечную систему. В этом и заключается  парадоксальность этого состояния [9]. Фрагменты полиграммы на разных стадиях показывают, что для смены  стадий медленного сна характерно постепенное  увеличение амплитуды и снижение частоты волн ЭЭГ, смена быстрых  движений глаз медленными, вплоть до полного  исчезновения (ЭОГ регистрируется на фоне ЭЭГ и выделены цветом), прогрессивное  уменьшение амплитуды ЭМГ. При парадоксальном сне ЭЭГ такая же, как при  бодрствовании, ЭОГ демонстрирует  быстрые движения глаз, а ЭМГ почти  не регистрируется.

В этом случае допустить, что  при этом интенсивно перерабатывается информация, полученная в предшествующем бодрствовании и хранящаяся в  памяти. Согласно гипотезе Жуве, в парадоксальном сне, пока непонятно как, в нейрологическую  память передается наследственная, генетическая информация, имеющая отношение к  организации целостного поведения. Подтверждением таких психических  процессов служит появление в  парадоксальном сне эмоционально окрашенных сновидений у человека, а также  обнаруженный Жуве с сотрудниками и  детально исследованный Э.Моррисоном с коллегами феномен демонстрации сновидений у подопытных кошек [10].

Они выяснили, что в мозге  кошек имеется особая область, ответственная  за мышечный паралич во время парадоксального  сна. Если ее разрушить, подопытные кошки начинают показывать свой сон: убегать от воображаемой собаки, ловить воображаемую мышь и т.д. Интересно, что “эротические” сны у кошек никогда не наблюдались, даже в брачный сезон.

Хотя в парадоксальном сне некоторые нейроны ретикулярной формации ствола и таламо-кортикальной системы демонстрируют своеобразный рисунок активности, различия между  мозговой деятельностью в бодрствовании  и парадоксальном сне довольно долго  выявить не удавалось. Это было сделано  лишь в 80-е годы.

Оказалось, что из всех известных  активирующих мозговых систем, которые  включаются при пробуждении и  действуют во время бодрствования, в парадоксальном сне активны  лишь одна-две. Это системы, расположенные  в ретикулярной формации ствола и  базальных ядрах переднего мозга, использующие в качестве передатчиков ацетилхолин, глутаминовую и аспарагиновую  кислоты. Все же остальные активирующие медиаторы (норадреналин, серотонин  и гистамин) в парадоксальном сне  не работают. Это молчание моноаминоэргических  нейронов ствола мозга определяет различие между бодрствованием и парадоксальным сном, или на психическом уровне - различие между восприятием внешнего мира и сновидений [11].

4. Различные уровни бодрствования

Отличительным свойством  сознания после пробуждения и  во время активной деятельности является быстрота реагирования, способность  сфокусировать внимание на тех или  иных, мобилизовать ресурсы памяти.

В тоже время при низкой активности сознание отсутствует, как  в прочем и в случае чрезмерной активности. Поэтому наиболее продуктивным уровнем активности является оптимальный, а не высокий.

Для активного бодрствования  характерна следующая особенность: концентрируя свое внимание на объекте, наиболее значимом для него на данный момент, он теряет способность к  восприятию остальных объектов.

Избирательность внимания, направленного на отдельные объекты, выделяемых из общего фона, связана  с ограниченным объема оперативной  памяти., не способной вместить всю  поступающую сенсорную информацию.

Но с появлением раздражителя, отвлекающего внимание человека, происходит переключение посредством механизма  ориентировочного рефлекса, после чего при восприятии данного раздражителя происходит изменение электроэнцефалограммы  в специфической сенсорной области  коры, где характерный для пассивного бодрствования б-ритм сменяется  в-ритмом - такая десинхронизация  получила название б-ритма.

Избирательное внимание человека, которое направленно на один конкретный объект, проявляется активацией не только первичных, но и вторичных  сенсорных и ассоциативных областей коры, что увеличивает наши ресурсы  для изучения данного объекта.

5. Сон у животных

Любым животным, от самых  примитивных до высших, сон необходим  так же, как человеку.

Сон -- это не просто отдых, а особое состояние мозга, которое  отражается в специфическом поведении  животного. Спящее животное, во-первых, принимает характерную для вида сонную позу, во-вторых, его двигательная активность резко снижается, в-третьих, оно перестает реагировать на внешние раздражители, однако способно в ответ на внешнюю или внутреннюю стимуляцию проснуться.

Следуя этим внешним признакам  сна, окажется, что спят очень многие животные, как высшие, так и низшие.

Жирафы спят на коленях, заворачивая  шею вокруг ног; львы лежат на спине, сложив передние лапы на груди, крысы  укладываются на бок, а хвостик закручивают  к голове. Так же спят и лисы. Летучие  мыши засыпают, только подвесившись вниз головой. Как спят кошки, видел любой  человек -- на боку с вытянутыми лапками. Коровы спят стоя и с открытыми  глазами. У дельфинов и китов  два полушария мозга спят по очереди. А иначе водное млекопитающее  может «проспать» вдох и задохнуться.

Столь же разнообразны и  «сонные» привычки птиц. Но в отличие  от млекопитающих у птиц сохраняется  большая двигательная активность и  мышечный тонус. Для того чтобы заснуть, птице не обязательно ложиться, она  может спать и стоя, и сидя на яйцах. Кроме того, многие птицы спят на лету. Иначе во время трансокеанических  перелетов и без того измученной птице пришлось бы еще и без  сна обходиться. Мигрирующие птицы  спят так: каждые 10-15 минут в середину стаи залетает одна из птиц и чуть-чуть шевелит крыльями. Ее несет воздушный поток, создаваемый всей стаей. Потом ее место занимает другая птица. Могут птицы спать не только на лету, но и «на плаву»: утки спят, не вылезая на берег. А попугаи спят, повиснув на ветке вниз головой.

Как выяснилось, спят не только теплокровные животные, но и холоднокровные -- ящерицы, черепахи, рыбы. Раньше считалось, что холоднокровные животные просто замирали с наступлением холодной ночи, а вовсе не спали. Действительно, температура окружающей среды снижается, вместе с ней снижается и температура  тела животного, падает уровень метаболизма, животное становится вялым и, как  следствие, засыпает. Оказалось, однако, что дело не только в снижении уровня метаболизма. При постоянной температуре  рептилии тоже засыпают.

Спят не только теплокровные животные -- спят змеи и даже пчелы.

Засыпают и раки, и насекомые, причем их сон отвечает тем внешним  критериям, которые определены для  высших животных. Пять лет назад  Джоан Хендрикс в Пенсильванском университете удалось снять на видео, как спят мушки дрозофилы. Оказалось, что ночью они засыпают на 4-5 часов, да еще и днем сиесту устраивают часа на полтора, а всего за сутки  маленькие фруктовые мушки спят около 8 часов. При этом перед сном они расползаются каждая на свое отдельное  место, отворачиваются головой от пищи, ложатся на брюшко и замирают. Только ножки подрагивают, и брюшко ритмично раздувается в такт дыханию. Чем  не сон усталого человека?

Сон у животных, как показали многочисленные исследования последних  лет, связан с так называемыми  циркадными ритмами. В организме  живого существа существуют специальные  «биологические часы», но их циферблат  обычно чуть больше или меньше 24 часов, это время и составляет циркадный  цикл. Эти часы «заводятся» специальными фотозависимыми белками. Дневной свет активизирует светочувствительные  рецепторы, возбуждение передается группе нейронов мозга с работающими  часовыми генами. Часовые гены синтезируют  специальные белки, и функция  этих часовых белков -- тормозить  работу часовых генов! Получается саморегуляторная обратная связь: чем больше синтезировано  часовых белков, тем меньше работает часовых генов. И так до тех  пор, пока работа часовых генов не остановится и синтез белков не прекратится. С течением времени эти белки  разрушаются, и работа часовых генов  возобновляется. Циркадный цикл настроен обычно на длину светового дня.

Любопытно, что часовые  гены мухи дрозофилы и млекопитающих  очень похожи. Это говорит о  том, что циклы сна и бодрствования  очень древнего происхождения. Но насколько  они древние -- покажут только будущие  генетические исследования циркадных  циклов. Не исключено, что окажется, что и микробы спят. А пока что  сенсацией стало открытие генов  короткого сна у мух дрозофил и очень похожих на них генов  короткого сна у людей. Гены короткого  сна передаются по наследству, как  свидетельствует английский сомнолог Джером Сигел. Обладатели этих генов  имеют укороченный сон, всего  по 4-5 часов, после которого они вполне жизнерадостны и дееспособны. Правда, мухи с мутацией короткого сна  имели и укороченную жизнь -- умирали  на 2-3 недели раньше своих нормально  спящих товарищей. Возможно, что у  короткоспящих людей -- та же печальная  зависимость. Например, Наполеон, спавший  очень мало, умер в 52 года. Вполне вероятно, что его ранняя смерть -- это результат  не печали и депрессий от одиночества, а подпорченных часовых генов. Впрочем, на сегодняшний день это только гипотеза.

Заключение

Существует достаточно большое  количество исследований по физиологии сна и бодрствования, что говорит  о все более возрастающем интересе к данной проблематике вопроса. В  связи с этим появляется большое  количество различных теорий сна  и бодрствования, таких как восстановительная, циркадианная, гуморальная теории. Этот список можно продолжать и дальше.

Выделяют две основные фазы сна - медленного и быстрого или  парадоксального сна. В свою очередь  их также можно разложить на отдельные  стадии сна, которые отличаются различными физиологическими показателями.

Говоря об нейромеханизмах  сна, то можно говорить о том, что  бодрствование - это состояние тонической деполяризации, то медленный сон - тоническая гиперполяризация.

Это приводит к выводу, что  во время медленного сна восстанавливается  мозговой гомеостаз, нарушенный в ходе многочасового бодрствования. С  этой точки зрения бодрствование  и медленный сон - как бы “две стороны одной медали”. Периоды  тонической деполяризации и гиперполяризации должны периодически сменять друг друга, чтобы сохранить постоянство  внутренней среды головного мозга  и обеспечить нормальную работу таламо-кортикальной системы - субстрата высших психических  функций человека.

Состояние же бодрствования  также можно подразделить на различные  уровни активности в зависимости  от физиологического состояния, в котором  находится человек на момент регистрирования.

Так же большой интерес  представляет сон животных. У различных  животных в зависимости от различных  показателей существуют разные сонные привычки. Также является достоверным  то, что у животных суточные ритмы  могут определятся так де как  и у человека циркадными ритмами.

 

Список использованной литературы:

Анатомия  и физиология. Диагностический справочник: — Москва, АСТ, Астрель, 2010 г.- 272 с

Бессонница  и другие проблемы сна. Лучшие методы лечения: В. Н. Амосов — Санкт-Петербург, Вектор, 2010 г.- 128 с.

Тайный язык сна: Н. и В. Тверские — Санкт-Петербург, Эксмо, 2010 г.- 384 с.

Что вам снится? Учимся понимать язык сна: Дэвид Крисп  — Санкт-Петербург, Центрполиграф, 2004 г.- 412 с.

Сон и дыхание  детей раннего возраста: И. А. Кельмансон — Москва, ЭЛБИ-СПб, 2006 г.- 392 с.

Нормальная  физиология. В 3 томах. Том 1. Общая физиология: — Санкт-Петербург, Академия, 2006 г.- 240 с.