Нейрофизиологические механизмы сна и бодрствование

Нейрофизиологические механизмы  сна

Исходным состоянием любой  формы активности и бодрствования  является сознание. Сознание — это  способность адекватно ориентироваться  в окружающей среде, правильно оценивать  свой статус и взаимосвязь с окружающими, способность адекватно воспринимать и перерабатывать информацию. Одним  из состояний подавления сознания является сон.Работами И. П. Павлова и его учеников показано, что сон и внутреннее торможение по своей природе являются единым процессом. Внутреннее торможение во время бодрствования охватывает лишь отдельные группы клеток, а во время сна иррадиирует по коре больших полушарий и на нижележащие отделы головного мозга, обеспечивая необходимый покой и возможность восстановления. И. П. Павлов расценивал сон как охранительное торможение, распространившееся в высших отделах нервной системы.

Сон — функциональное состояние  центральной нервной системы  и соматической сферы, характеризующееся  отсутствием активного взаимодействия организма с окружающей средой и  неполным прекращением (у человека) узнаваемой психической деятельности. Во время сна снижается чувствительность, расслабляются многие мышцы, заторможены  рефлексы. Сон отличается от сноподобных  состояний – комы, наркоза, спячки или гипноза – тем, что он наступает  под действием внутренних, а не внешних факторов, и при нем  сохраняется способность к пробуждению..

Функции сна:Сон обеспечивает отдых организма.Сон играет важную роль в процессах метаболизма. Во время медленного сна высвобождается гормон роста. Быстрый сон: восстановление пластичности нейронов, и обогащение их кислородом; биосинтез белков и РНК нейронов.Сон способствует переработке и хранению информации. Сон (особенно медленный) облегчает закрепление изученного материала, быстрый сон реализует подсознательные модели ожидаемых событий. Последнее обстоятельство может служить одной из причин феномена дежавю.Сон — это приспособление организма к изменению освещенности (день-ночь).Сон восстанавливает иммунитет.

Фазы сна. Дельта-волны (0,5-3 Гц): Появляются в период глубокого сна, транса, гипноза. Тета-волны (4-7 Гц): Возникают во время сна, глубокой релаксации и медитации. Увеличивают способности памяти, фокусировку внимания, стимулируют фантазию, способствуют ярким снам. Некоторые люди отмечают, что полчаса тета-волн в день заменяют 4 часа обычного сна. Альфа-волны (8-12 Гц): Фиксируются в состоянии, пограничном между сном и пробуждением, медитации, вызывают положительные эмоции, чувство комфорта и гармонии. Используются в различных «скоростных» методиках аудио/видеообучения, например, на кассетах с курсами по изучению иностранных языков. Даже чтение учебника под тета-волны способствует большему усвоению материала. В альфа-диапазоне лежит также полоса частот, известная как «резонанс Шульмана» (частоты, резонирующие с магнитным полем Земли). Бета-волны (13-30 Гц): Возникают в активном, бодром состоянии. Высокая активность бета-волн всегда соответствует большому выделению стресс-гормонов. Гамма-волны (30 Гц и выше) — идут бок о бок с понятиями «гиперсознание», «гиперреальность». Во всяком случае, так полагает лауреат Нобелевской премии, сэр Фрэнсис Крик и некоторые другие ученые.Медленный сон, длится 80-90 минут.Для первой фазы характерно общее расслабление и излучение мозгом альфа-волн. При этом глазные яблоки производят медленные круговые движения. Мышцы расслабляются, биение сердца замедляется. В первой фазе у спящего появляется ощущение того, что он видит сон, но при этом его легко разбудить. Проснувшись, он может отрицать, что спал. Но если спящего не беспокоить, он постепенно перейдет во вторую фазу сна. На второй фазе мозг генерирует бета-волны, и это сразу же отражается на энцефалограмме. Есть сонные веретена.Медленные вращательные движения глазного яблока продолжаются, но все приснившееся на данной стадии в большинстве случаев забывается при пробуждении. После 20-30 минут пребывания в этой фазе спящий переходит на следующую фазу сна.

В третьей фазе частота  излучения мозговых волн спящего  значительно понижается по сравнению  с активностью альфа-волн в состоянии бодрствования. На этой фазе разбудить спящего гораздо сложнее, поскольку мышцы становятся все более расслабленными, биение сердца уменьшается, температура тела снижается, кровяное давление падает. Четвертая фаза на энцефалограмме характеризуется высокоамплитудными и низкочастотными дельта-волнами. Фаза наступает приблизительно через тридцать минут после засыпания. Это фаза самого глубокого сна - ее можно назвать стадией забвения. Пробыв в этой фазе 20 минут, спящий возвращается к поверхностному сну. В этот момент деятельность мозговых волн по своим показателям похожа на их активность в первой фазе, но при этом спящего очень трудно разбудить. Спящий возвращается в первую фазу, но она несколько отличается от начальной фазы сна.Первые четыре медленноволновые стадии сна в норме занимают 75—80 % всего периода сна. Предполагают, что медленный сон связан с восстановлением энергозатрат. Исследования показали, что именно фаза медленного сна является ключевой для закрепления осознанных «декларативных» воспоминаний. По данным профессора А. Вейна: 1 стадия - дремота, занимает 12% от всего ночного сна; 2 стадия - постепенного углубления сна -38%; 3 стадия - перехода к глубокому сну - 14%; 4 стадия - самого глубокого сна - занимает 12%.

Медленный сон необходим  для восстановления работоспособности  клеток головного мозга Постоянное недосыпание может вызвать головные боли, повышенную утомленность и способность  ухудшению памяти, появлению нервных  и других болезней.Быстрый сон. Это пятая стадия сна. Эта стадия открыта в 1953 г. Клейтманом и его аспирантом Асеринским. ЭЭГ: быстрые колебания электрической активности, близкие по значению к бета-волнам пилообразной волны. Это напоминает состояние бодрствования. Вместе с тем в этой стадии человек находится в полной неподвижности, вследствие резкого падения мышечного тонуса. Однако глазные яблоки очень часто и периодически совершают быстрые движения под сомкнутыми веками. Существует отчётливая связь между БДГ и сновидениями. Если в это время разбудить спящего, то в 90 % случаев можно услышать рассказ о ярком сновидении.Электроэнцефалограмма отражает состояние активации и походит скорее на ЭЭГ 1-й стадии сна. Первый эпизод быстрого сна наступает через 70-90 минут от момента засыпания, длится 5-10 минут. По ходу сна длительность последующих эпизодов БДГ-сна нарастает, достигая под утро нескольких десятков минут. Прерывание быстрого сна вызывает более тяжёлые нарушения психики по сравнению с нарушениями медленного сна. Предполагают, что быстрый сон обеспечивает функции психологической защиты, переработку информации, её обмен между сознанием и подсознанием. Слепым от рождения снятся звуки и ощущения; БДГ у них нет.Во время сна наблюдается чередование медленного и быстрого сна. Сразу после засыпания наступает первая фаза медленного сна, который длится час-полтора, а затем прерывается на 5-10 минут первой фазой активного сна, затем снова медленный сон, и так происходит чередование фаз сна 4-5 раз за ночь. Медленный сон составляет 70-80% всей длительности сна, а активный сон, соответственно 20-30%. Следовательно, если человек спит в ночь 8 часов, то периоды медленного сна в сумме занимает 5,5-6 часов, а суммарное время быстрого или парадоксального сна 2-2,5 часа.  Электроэнцефалограмма быстрого сна

Структура сна.  У людей  молодого возраста по мере того, как  они засыпают, появляется начальная (или нисходящая) 1-я стадия. Затем 2-я, 3-я и 4-я стадии последовательно  сменяют друг друга. После этого  следует обратный переход от 4-й  стадии через 3-ю и 2-ю в фазу быстрого сна. Она переходит в 2-ю стадию, затем наступают 3-я, 4-я, 3-я, 2-я стадии и, наконец, опять появляется фаза с  БДГ. Этот цикл, начинающийся со 2-ой стадии и кончающийся фазой с БДГ, регулярно повторяется в течение  всей ночи. Исключение составляют лишь более поздние, предутренние циклы, которые обычно не включают 4-ю стадию – сон углубляется лишь до 3-й  стадии, после чего следуют 2-я стадия и фаза быстрого сна. Необходимая  продолжительность сна Продолжительность  сна обычно составляет 6—8 часов  в сутки, но возможны изменения и  довольно в широких границах (от 4 до 10 часов). Новорожденный спит около 20-ти ч в сутки, в возрасте 6-ти месяцев-около 15-ти часов. Естественная потребность во сне с годами уменьшатся. Средняя продолжительность сна  у детей 2-ух лет составляет- 12 часов, 9-ти лет-10часов, 13-15лет- 9ти часов и  к 16-19 – около 8-ми часов в сутки.  Длительность сна менее 5-ти часов  или нарушение физиологической  структуры, считаются факторами  риска бессонницы. Лишение сна  является очень тяжёлым испытанием. В течение нескольких дней сознание человека теряет ясность, он испытывает непреодолимое желание уснуть, периодически «проваливается» в пограничное  состояние со спутанным сознанием. Сон представляет собой особое состояние  сознания человека, включающее в себя ряд стадий, закономерно повторяющихся  в течение ночи. Появление этих стадий обусловлено активностью  различных структур мозга.

Нейрохимия. 

Наступление сна и его  отдельных стадий связано с деятельностью  сложной сети нервных структур, которая  функционирует с помощью различных  нейромедиаторных систем .Активность структур головного мозга, использующих в качестве нейромедиатора серотонин, оказывает значительное влияние на возникновение и поддержание сна без БДГ, а также определяет переход к сну с БДГ. Другая, адренергическая система, состоящая из нейронов, продуцирующих адреналиноподобные вещества норадреналин и дофамин, инициирует, как полагают, тонический и фазовый компоненты сна с БДГ. Тонический компонент, выявляемый на ЭМГ как снижение параметров мышечной активности, включает расслабление лицевых мышц, а к фазовому компоненту относятся перемежающиеся вспышки быстрых движений глаз.  Во время сна содержание кортикостероидов (гормонов надпочечников) в крови и моче повышается, достигая пика во второй половине ночи, когда преобладает сон с БДГ. Выявляется также тесная связь между 24-часовым циклом сна-бодрствования и секрецией некоторых гормонов гипоталамо-гипофизарной системы (гипоталамус и гипофиз – структуры мозга, расположенные у его основания). Существенно, что эти гормоны регулируются теми же биогенными аминами (серотонином, норадреналином, дофамином), что и нейронные механизмы, ответственные за сон с БДГ или без БДГ. Гормон роста секретируется в течение первых двух часов сна, преимущественно во время 3-й и 4-й стадий. Содержание пролактина (как у мужчин, так и у женщин) достигает пика в последние один-два часа сна.

Лекарственные препараты  и сон

Почти все лекарства действуют  на сон, либо ухудшая его ночью, либо вызывая сонливость днем. Важно вместе с лечащим врачом правильно подобрать  определенные часы приема и дозировки  лекарственных препаратов, которые  вы принимаете, чтобы способствовать правильному сну. Это, прежде всего, относится к лекарствам, провоцирующим  бессонницу: бета-блокаторы, бронхолитики, кортикостероиды, противоотечные, стимуляторы  центральной нервной системы (кофеин, кокаин, амфетамины), дифенин, стимулирующие  антидепрессанты, тиреоидные гормоны, а также никотин и алкоголь. На приеме у врача, жалуясь на бессонницу, обязательно нужно подробно рассказать обо всех лекарственных препаратах, которые вы пьете. Полезно записать заранее все, что регулярно принимаете, а также дозы и время. Обратите внимание на упаковку: на ней всегда имеется два названия. Одно - общепринятое, химическое соединение, а другое - зарегистрированное патентованием наименование фармацевтической фирмы, которая его производит. Как  правило, одно и то же химическое соединение имеет различное патентованное  название, потому что производится многими фирмами. Общепринятое название всегда пишется мелким шрифтом с  маленькой буквы. Напротив, патентованное  зарегистрированное фирменное название всегда пишется с заглавной буквы  и крупным шрифтом. Вы должны записать оба названия лекарства, указанных  на упаковке и мелким, и крупным  шрифтом. Антигистаминные препараты  применяются многими людьми при  лечении аллергии, например, всем известный димедрол. Но они вызывают сонливость в качестве побочного действия, поэтому их назначают для того, чтобы лучше заснуть. Однако, как показали исследования, именно от бессонницы антигистаминные средства не избавляют, и сон не продлевают. Негативное свойство этих препаратов состоит в том, что они приводят к толерантности. Это значит, что чем дольше принимают антигистаминные средства, тем большая доза требуется. Кроме того, эти лекарства вызывают сонливость днем, замедляют скорость психических и двигательных реакций, что крайне нежелательно. Водителям автотранспорта, работающим на высоте, с электричеством или в других условиях повышенной опасности, применять антигистаминные, особенно в качестве снотворных на ночь, запрещается.

БОДРСТВОВАНИЕ — одно из основных функциональных состояний. Бодрствование  – состояние психики, характеризующееся  достаточно высоким уровнем электрической  активности мозга, свойственным активному  взаимодействию индивида с внешним  миром. В поддержании состояния  бодрствования важнейшую роль играет ретикулярная формация среднего мозга, от нейронов которой восходящие влияния  идут к неспецифическим ядрам  таламуса, а от них ко всем зонам  коры больших полушарий. Бодрствование, обычное состояние не спящего  человека, образует поле всевозможных сочетаний функций сознания –  от состояния спокойного бодрствования  через активное, напряженное бодрствование  до выраженных аффектов. Поведенческое  проявление активности нервной системы  или функционального состояния  человека в условиях реализации им той или иной деятельности. Бодрствование периодически сменяется сном, образуя цикл бодрствование — сон. Различают следующие уровни бодрствования: крайний уровень напряжения, активное бодрствование, спокойное бодрствование. Каждый уровень бодрствования различается комплексом вегетативных, моторных и электроэнцефалографических показателей.Бодрствование — уровень активности мозга, достаточно высокий для активного взаимодействия организма с внешней средой — целенаправленного поведения. У человека важнейшими признаками бодрствования, являются сознание и мышление, а у животных — условно-рефлекторная деятельность. Бодрствование поддерживается тоническими восходящими влияниями ретикулярных структур среднего и промежуточного отделов мозга и лимбических образований. В свою очередь длительная активность ретикулярных и лимбических образований мозга создается благодаря собственной их активности и центростремительной импульсации, поступающей в головной мозг от внутренних органов, мышц, связок, кожи.

По степени активности различают: а) спокойное или пассивное  бодрствование характеризующееся  преобладанием альфа-ритмов в задних отделах неокортекса, б) активное или напряженное бодрствование, сопровождающееся блокадой альфа-ритма и появлением бета-ритма ЭЭГ. По продолжительности различают: а) устойчивое на протяжении минут бодрствования, б) переходное или фазическое — активация (внимание) или снижение до дремоты.

ЭЭГ исследования

Бодрствование нейрофизиологический психический мозг «сон и бодрствование», установить сторону поражения, расположение очага поражения, оценить эффективность проводимого лечения, наблюдать за динамикой реабилитационного процесса.С помощью ЭЭГ получают информацию о функциональном состоянии мозга при разных уровнях сознания пациента.Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) изменяется при изменении функционального состояния. Например, при переходе ко сну доминирующими становятся медленные колебания, а альфа-ритм исчезает. При сильном возбуждении на фоне нарушения альфа-ритма (8-12гц) выявляются резкие изменения: они проявляются в усилении медленных колебаний, иногда и бета-ритмов (15-30гц), нарушении регулярности и частоты альфа-ритма. Эти и другие изменения имеют неспецифический характер. Однако при угнетении альфа-ритма, обычно возникающем при возбуждении пациента, а также в дремотном состоянии и при неглубоком сне (первая и вторая стадии), дельта- и тета-ритм на ЭЭГ проявляются и амплитуда их может нарастать соответственно до 150 и 300 мкВ.ЭЭГ постепенно меняется. В раннем детском возрасте на ней отражены главным образом медленные колебания, которые постепенно сменяются более частыми, и к 7 годам формируется альфа-ритм. Полностью процесс эволюции ЭЭГ завершается к 15—17 годам, приобретая к этому возрасту черты ЭЭГ взрослого человека. Период бодрствования на разных возрастных этапахС возрастом существенно изменяются не только длительность бодрствования ребенка, но и характер, его деятельности становится более разнообразный. Это способствует поддержанию активности на протяжении все более длительного времени.Новорожденный проводит время во сне или дремотном состоянии. Постепенно из этого дремотного состояния начинают выделяться отдельные моменты, краткие периоды бодрствования. Слуховое и зрительное сосредоточение придают бодрствованию активный характер. Период бодрствования занимает у них 8 ч в сутки.К 3-х месячному возрасту у детей обычно наблюдается трехчасовой сон, чередующийся с часовым бодрствованием, что непосредственно связано с циклом кормления.Продолжительность периодов бодрствования в возрасте от1года до 1,5лет не должна превышать 4 – 4,5 часа.Периоды непрерывного бодрствования в возрастной группе от 1,5 до 2 лет увеличивается до 5 – 5,5 часов.Каждый период бодрствования в 2-3 летнем возрасте занимает 6 - 6,5 часов. Для детей, которые легко утомляются, ослабленных детей периоды бодрствования можно сократить до 5 – 5,5 часов за счет удлинения сна. Ребенок в этом возрасте уже способен на короткое время сдерживать свои действия и желания, однако по-прежнему легко возбуждается и утомляется от однообразной деятельности. Малыш может заниматься одним и тем же делом не более 20 - 30 минут. Периоды бодрствования должны состоять из рационального чередования разных видов активной деятельности ребенка.Подходы к определению функциональных состоянийНередко функциональное состояние (ФС) определяется как фоновая активность ЦНС, в условиях которой осуществляется та или иная деятельность. Однако это определение нельзя считать достаточным. Во-первых, оно носит слишком общий характер и не учитывает структурно-функциональную неоднородность ЦНС. Во-вторых, вводя в качестве критерия "условия осуществления деятельности", оно сужает круг функциональных состояний организма человека, исключая из их числа все состояния, которые непосредственно не связаны с деятельностью (например, сон или медитация). Кроме того, обобщенность этого определения не позволяет выявить основания, по которым можно проводить дифференциацию различных функциональных состояний организма.Комплексный подход. Появление возможности множественной регистрации психофизиологических индикаторов (ЭЭГ) привело к пониманию функциональных состояний как комплекса поведенческих проявлений, сопровождающих различные аспекты человеческой деятельности и поведения. С позиций системного подхода ФС представляет собой результат динамического взаимодействия организма с внешней средой и отражает состояние "организованного" целого. По этой логике, под функциональным состоянием понимается интегральный комплекс наличных характеристик тех качеств и свойств организма человека, которые прямо или косвенно определяют его деятельность.