Libmonster ID: UA-1948

Автор: И. Н. ПИГАРЕВ


Статьи данной рубрики отражают мнения авторов (прим. ред.)

стр. 60


Доктор биологических наук И. Н. ПИГАРЕВ, Институт проблем передачи информации РАН

Существенную часть жизни животные и люди проводят во сне. Однако до настоящего времени не было ясного представления о функциональном назначении этого состояния. Исследования, начатые в Институте проблем передачи информации РАН, открывают неожиданный подход к решению данной загадки физиологии.

Со времени открытия немецким физиологом Г. Бергером в начале прошлого века электрической активности мозга и факта ее радикальной перестройки при переходе от бодрствования ко сну едва ли вызывало сомнение участие головного мозга, в частности его коры, в этом процессе. Начатые исследования одиночных корковых нейронов в периоды сна и бодрствования заставили изменить казавшуюся когда-то совершенно естественной интерпретацию состояния сна как отдыха мозга. Было определенно установлено, что частота импульсации корковых нейронов не только не снижается при засыпании, но часто может даже усиливаться. В спящем мозге нейроны продолжают активную работу, назначение которой оставалось за пределами понимания*. Описываемые людьми сновидения, несомненно, способствовали появлению гипотез, связывающих изучаемый процесс в первую очередь с психической активностью.

В последнее время доминируют представления об особой роли сна в процессах памяти и внимания. Эксперименты действительно указывают на возможную их связь. Однако влияние тех или иных нарушений сна на память и внимание столь мало по сравнению с изменениями в мозговой активности в это время, что их едва ли можно считать отражением именно такой основной функции данного состояния.

К тому же гипотезы, связывающие особую роль сна в обеспечении нормальной деятельности мозга, трудно согласуются с результатами гистологических исследований тканей, взятых у животных после длительных периодов принудительного бодрствования. Единственным органом, в котором не обнаруживается при этом патологических изменений, оказывается сам мозг. С другой стороны, даже короткое лишение сна сказывается на нормальной работе, например, желудочно-кишечного тракта. И чем продолжительнее периоды непрерывного бодрствования, тем ярче выражены его последствия для организма: появляются язвы на стенках


* См.: М. В. Ковальзон. Загадочные "пептиды сна". - Наука в России, 1997, N 3 (прим. ред.).

стр. 61


Ответы нейрона первичной зрительной коры мозга кошки на электрическую стимуляцию кишечника, нанесенную в состоянии медленноволнового сна (А) и в бодрствовании (В).

желудка, кишечника, на коже, выпадает шерсть и животное погибает.

Нам казалось очевидным, что гипотеза о функциональном назначении сна прежде всего должна связать происходящие в этот период изменения мозговой активности именно с патологией во внутренних органах, возникающей из-за его лишения. В данном контексте обращали на себя внимание результаты классических анатомических исследований хемо-, механо - и терморецепторов, распределенных по всем внутренним органам и передающих информацию в центральную нервную систему о химической среде, давлении и температуре в определенных точках. Было показано: количество таких рецепторов, расположенных только по стенкам желудочно-кишечного тракта, соизмеримо с числом палочек и колбочек в сетчатке глаз. А ведь для обработки поступающей от нее информации используется более двух третей коры мозга. И это не вызывает удивления, поскольку мы можем легко оценить сложность задач вычисления, стоящих перед зрительной системой.

В то же время ряд экспериментов на бодрствующих животных свидетельствовал, что в головном мозге

Усредненные кривые частоты нейронной активности в зрительной зоне коры мозга кошки (А) и усредненная нервно-мышечная активность двенадцатиперстной кишки (В), зарегистрированные в период медленноволнового сна. Усреднение выполнено по моменту отрицательного пика в активности кишки (момент 0) для семнадцати фрагментов, включающих по три перистальтических цикла.

стр. 62


Вызванные потенциалы в ответ на электрическую стимуляцию зоны кишечника (красная вертикальная линия), полученные усреднением ЭЭГ, зарегистрированной в затылочной коре двух обезьян (М1 и М2).

анализ данных о состоянии внутренних органов в аналогичном объеме не производится. Что касается автономной, или вегетативной, нервной системы, призванной их обслуживать, то в ее состав входят многочисленные сравнительно небольшие скопления нервных клеток, так называемые висцеральные (относящиеся к внутренним органам) ганглии, связанные либо с отдельным органом, либо с его частью. Но структуры, способные к интегрированному анализу этой информации, там отсутствуют. Получалось, таким образом, что поток сведений о состоянии внутренних органов, соизмеримый по объему с потоком зрительной информации, практически не имеет своего представительства в коре больших полушарий.

Подобная картина нам представлялась маловероятной. Необходимость наличия мощного мозга для обработки информации, поступающей от внутренних органов, - так называемого висцерального мозга, сравнимого по объему с величиной отделов, вовлеченных в анализ сведений об окружающей среде, - не вызывала сомнений.

Итак, перед нами стояли две проблемы. Во-первых, нужно было ответить на вопрос, почему в состоянии сна, когда активно блокируется передача информации из внешнего мира в мозг и отключено сознание, нейроны коры продолжают интенсивно разряжаться, реагируя на сигналы, поступающие неизвестно откуда. Причем если животное лишить этого непонятного состояния, то появляются многочисленные расстройства в работе важнейших органов, в конечном итоге приводящие к смерти. Во-вторых, нам хотелось понять, каким образом тело - сложнейшая конструкция! - функционирует без нервного центра, координирующего огромный поток информации, поступающей от всех его органов и направляющийся неведомо куда.

Казалось естественным объединить эти проблемы. Мы предположили, что в живых организмах отделы коры мозга, в состоянии бодрствования анализирующие сигналы из внешнего мира, во время сна используются для обработки сведений, получаемых от внутренних органов. Другими словами, сон существует

Усредненные вызванные потенциалы, зарегистрированные в ответ на электрическую стимуляцию органов брюшной полости в соматосенсорной (А) и зрительной (В) коре мозга кролика. Момент стимуляции отмечен красной пунктирной линией.

стр. 63


для того, чтобы дать возможность мозгу, и прежде всего его коре, на основании информации, поступающей от распределенных по организму рецепторов, всесторонне оценить физическое состояние тела и разработать программы действий для поддержания его параметров в пределах генетически заданных норм. В рамках такого подхода следовало, что именно ритмика внутренних органов (сердечные сокращения, дыхательные движения, перистальтика желудочно-кишечного тракта и т.п.) могла определять хорошо известную медленноволновую электрическую активность коры мозга во время сна. Теоретическое рассмотрение гипотезы, поначалу казавшейся фантастической, показало: в нее органично вписываются общепринятые в науке представления как о нормальном сне, так и о многих его нарушениях. Это давало основание для постановки прямых экспериментов с целью проверки нашего предположения.

Начальные опыты были проведены с нейронами первичной зрительной коры мозга кошек, так называемой зоны VI. Заметим: она является наиболее изученной, и у физиологов не возникало сомнений в абсолютной ее специализации на обслуживании функции зрения. Регистрацию активности нейронов этой зоны коры больших полушарий проводили у животных в условиях длительных хронических опытов. Кроме того, непосредственно перед экспериментами с помощью игл для инъекций вводили пару стимулирующих электродов, которые располагали в области тонкого кишечника.

Как и следовало ожидать, в состоянии бодрствования нейроны исследуемой зоны коры активизировались лишь в ответ на зрительную стимуляцию. При первых признаках сонливости рисунок их импульсации становился типичным для засыпания: появлялись паузы между разрядами, а сами они группировались в высокочастотные пачки. Затем активность типа "пачка-пауза" начинала абсолютно доминировать. После наступления глубокого сна, который контролировали по записи электрической активности мозга и наблюдению за характером движений глаз, регистрируемых чувствительным электромагнитным методом, переходили к электрической стимуляции кишечника и желудка.

Особое внимание мы уделяли тому, чтобы применяемый ток не будил спящее животное. Однако вскоре обнаружили: стимуляция внутренних органов, наоборот, часто переводит сон в еще более глубокую фазу. Эксперименты показали: в период сна нейроны зрительной коры действительно начинали реагировать на стимуляцию органов пищеварения. Однако сразу после пробуждения эти ответы прекращались, и нейроны возвращались к прежней своей роли.

Впрочем, такие же свойства обнаружились не только у зрительной коры. Опыты с нейронами поля V соматосенсорной коры кошки - зоны, в бодрствовании ответственной за обработку информации, поступающей от мышц и суставов тела, продемонстрировали аналогичный результат. Как и в зрительной коре, нейроны поля V отвечали на стимуляцию внутренних органов, нанесенную во сне, и эти ответы исчезали сразу же после пробуждения животного.

Итак, проведенные эксперименты подтверждали нашу гипотезу: в период сна активизируется канал связи между органами брюшной полости животного и отделами коры больших полушарий, которые в состоянии бодрствования анализируют зрительную или соматическую информацию.

Однако оппоненты возражали: в работе использовались искусственные электрические стимулы и потому полученные ответы могли быть "неспецифичными" и не отражающими реальную картину. На следующем этапе мы поставили целью провести аналогичное по смыслу исследование в естественных условиях функционирования всех систем организма. Совместно с заведующим лабораторией кортико-висцеральной физиологии Института физиологии им. И. П. Павлова РАН (Санкт-Петербург), доктором биологических наук В. А. Багаевым кошкам имплантировали регистрирующие электроды в гладкомышечные стенки желудка и двенадцатиперстной кишки. Электрическую активность этих органов в период глубокого сна сопоставляли с импульсацией нейронов в различных отделах коры мозга. Полученные результаты опытов подтвердили очевидную взаимозависимость данных процессов.

Для детального исследования связи естественной перистальтической активности кишечника и активности корковых нейронов во время сна сотрудник нашего института Г. О. Федоров составил программу, позволяющую автоматически анализировать электрическую активность, регистрируемую из гладкомышечной стенки кишечника. Программа выделяла моменты начала перистальтических циклов и сортировала эти циклы на два типа по наличию или отсутствию в них высокочастотных электрических пиков (спайк-потенциалов). Их присутствие отмечает перистальтические циклы с особо сильными сокращениями гладкомышечной мускулатуры стенки кишки.

Анализ полученного материала, выполненный с применением этой программы аспиранткой Е. Л. Левичкиной, показал: примерно половина исследованных корковых нейронов, связанных в бодрствовании с анализом зрительной информации, в определенные периоды медленноволнового сна демонстрирует корреляцию с фазами перистальтических циклов двенадцатиперстной кишки. Более того, было обнаружено, что в большинстве случаев активность определенного коркового нейрона коррелировала лишь с одним из двух выделяемых типов перистальтических циклов. Это наблюдение явилось первым указанием на наличие избирательности корковых нейронов к определенным физиологическим процессам, идущим в органах брюшной полости.

Кроме того, в периоды медленно-волнового сна в активности более половины нейронов исследованных нами корковых зрительных зон кошек отражалась и активность желудка. Было замечено: пики его электрической активности во время сна часто совпадали с движениями глазных яблок. Это свидетельствовало о том, что во время сна информация о процессах в стенке желудка достигает мозговых центров, участвующих в управлении взором животного в состоянии бодрствования.

Все вышеприведенные результаты получены в экспериментах на кошках. Представлялось важным установить, является ли переключение по-

стр. 64


токов висцеральной информации в периоды сна в центральные мозговые центры общим свойством всех спящих животных и, прежде всего, можно ли его распространить на приматов и человека. Поэтому мы сочли важным повторить это исследование на обезьянах.

Это было осуществлено в лаборатории профессора М. -Т. Херреро в Университете города Мурсия (Испания). У обезьян регистрировали электроэнцефалограмму от электродов, расположенных над зрительной корой. Электрическая стимуляция органов брюшной полости, нанесенная в состоянии бодрствования, не отражалась на картине усредненной электроэнцефалограммы. Однако такая же стимуляция в периоды медленноволнового сна приводила к отчетливым электрическим ответам - так называемым вызванным потенциалам.

В последнее время от демонстрации явления переключения потоков висцеральной информации в цикле сон-бодрствование мы постепенно переходим к углубленному его изучению. Недавно в наших совместных экспериментах в Университете Барселоны (Испания), в лаборатории профессора Е. Алмиралл, вызванные корковые ответы на электрическую стимуляцию органов брюшной полости во время сна были детально исследованы у кроликов. В этих опытах впервые продемонстрирована сложная пространственно-временная картина передачи сигналов от внутренних органов в разные зоны коры на протяжении длительных интервалов медленноволнового сна. Таким образом, ответы сенсорных корковых зон на стимуляцию органов брюшной полости во время медленноволнового сна продемонстрированы в экспериментах на кошках, кроликах и обезьянах. Показана корреляция корковой нейронной активности с естественной электрической активностью желудка и двенадцатиперстной кишки. Полученные экспериментальные данные являются серьезным аргументом в пользу предложенной висцеральной гипотезы функционального назначения сна. Здесь уместно подчеркнуть: данную гипотезу не следует понимать так, что висцеральная информация по некоторой непонятной причине передается в кору мозга во время сна и может там анализироваться параллельно с осуществлением другой основной функции этого состояния.

Мы предполагаем, что прерывание потоков информации от внешней среды в кору осуществляется именно для того, чтобы освободить корковые нейроны полностью для обработки информации о текущем физическом состоянии тела. Это, по нашему мнению, и является основной, а может быть, и единственной функцией сна. Значит, гигиена сна должна стать одной из ведущих составляющих поддержания здорового функционирования организма.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ N 04 - 04 - 48359.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Точка-зрения-МОЗГ-И-СОН

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Григорий ГалушкоContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/Galushko

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Точка зрения. МОЗГ И СОН // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 19.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Точка-зрения-МОЗГ-И-СОН (date of access: 08.12.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Rating
0 votes
Related Articles
GLOBAL DEMOGRAPHY: UKRAINE TODAY AND IN FUTURE
14 hours ago · From Україна Онлайн
THE UKRAINIAN STRATEGY FOR EUROPEAN INTEGRATION: NEW OPPORTUNITIES
14 hours ago · From Україна Онлайн
UKRAINE AND THE MODERN ORIENT
14 hours ago · From Україна Онлайн
TRANSPORT INFRASTRUCTURE OF UKRAINE: REGIONAL ASPECT
Catalog: Экономика 
Yesterday · From Україна Онлайн
ИЗДАТЕЛЬСТВО АВСТРИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. ВЫПУСК КАТАЛОГА ЗА 2006/2007 гг.
3 days ago · From Україна Онлайн
Несмотря на все провалы за 2,5 года практически неограниченной власти, ближайшее окружение Зеленского старательно убеждает президента в его гениальности и он похоже верит. Аплодисменты заглушали крики «ганьба» так качественно, что Зеленский вжился в роль успешного политика и даже аплодировал себе сам.
Catalog: Разное 
5 days ago · From Naina Kravetz
UNDER ADVERSE CONDITIONS
Catalog: Экономика 
5 days ago · From Україна Онлайн
THE "EUROPEAN CHOICE" OF UKRAINE WITHOUT THE "UKRAINIAN CHOICE" OF THE EU
5 days ago · From Україна Онлайн
THE NEW CYCLE OF ALLIANCE ENLARGEMENT: UKRAINE AND NATO
5 days ago · From Україна Онлайн
Люди делового миа
5 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
Точка зрения. МОЗГ И СОН
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones