В жизни каждого случаются моменты, когда вдруг хочется спать посреди дня. Нередко такое бывает в результате перелета в другой часовой пояс, но у некоторых людей чрезмерная сонливость превращается в проблему. Взять хотя бы Клэр, которая неожиданно засыпает в совершенно неподходящие моменты и ничего не может поделать с этим. Как-то раз она так сильно смеялась над шуткой своей подруги, что у нее подогнулись колени и она грохнулась на пол. Да что там говорить, любое чрезмерное волнение или сильное переживание приводит к такой потере мышечного тонуса, что она становится безвольной и падает. Клэр страдает хроническим расстройством сна, называемым нарколепсией, характерным признаком которого является чрезмерная дневная сонливость, несмотря на совершенно адекватный сон в ночное время. Утрата мышечного тонуса, которую называют катаплексией, возникает в результате того, что тормозящие пути, не дающие нам двигаться во время сна, включаются некстати во время бодрствования или в самом начале цикла сна.
Группа ученых под руководством Эммануэля Миньо исследовала наследственную черту собак породы доберман-пинчер, у которых наблюдалась та же патология, что и у Клэр. Учуяв лакомство, одна из этих собак радостно подбегала, хватала несколько кусков, но через несколько секунд настолько возбуждалась, что лапы переставали держать ее, и она падала. Эта патология является наследственной, и в процессе поиска гена, ответственного за нее, ученые обнаружили вещество орексин (или гипокретин), которое не дает нам уснуть. Оно вырабатывается в небольшой области гипоталамуса и стимулирует электрическую активность других областей мозга. Если у человека не вырабатываются орексины или недостаточно орексиновых рецепторов (как в случае доберманов-пинчеров), то он непроизвольно засыпает в самые неподходящие моменты.
Сон — неотъемлемая часть жизни. Спят все живые существа, даже насекомые и рыбы, и если нам для сна требуется в среднем восемь часов, то некоторые создания спят намного дольше. Чемпионом в этом деле является двупалый ленивец, который спит целых 20 часов в сутки. Морские млекопитающие могут утонуть, если заснут под водой, поэтому во время отдыха у них одна часть мозга продолжает бодрствовать, пока другая крепко спит. Это же происходит у многих птиц, которые, хотя и спят ночью, нередко держат один глаз открытым, чтобы не прозевать приближающегося хищника.
Почему именно мы спим, остается загадкой, хотя факты и говорят, что сон важен для переноса информации в долговременную память. Вы, без сомнения, знаете по опыту, что, если хорошо не выспаться, способность запоминать снижается. Удивительно, но даже короткий сон днем помогает выучить новое задание. По одной из гипотез во время формирования долговременной памяти, усвоения и организации новых знаний важно, чтобы новая информация не приводила к путанице. При отключении от внешнего мира воспоминания легче воспроизводятся, закрепляются, откладываются или отбрасываются. В какой-то мере это подтверждается тем, что во время сна «пространственные клетки» гиппокампа согласованно генерируют импульсы, а это указывает на воспроизведение пространственной карты, которая формируется в мозге, когда животное попадает в незнакомое место. Мозг словно вспоминает произошедшее, хотя и непонятно, с чем связано это воспроизведение — с формированием долговременной памяти или с переносом воспоминаний из гиппокампа в другие области мозга.
Так или иначе, каким бы ни было действительное предназначение сна, он для нас жизненно необходим, ибо человек, лишенный сна, быстро умирает. Сон — это вовсе не «маленький кусочек смерти», как считал Эдгар Аллан По. Это и не еженощная бесполезная трата времени. Скорее это, как выразился Шекспир, «главнейшее из блюд на пире жизни», и мы должны следить, чтобы его было в достатке. Бог сновидений
Как-то раз, когда я была еще ребенком, вся моя семья слегла от сильнейшего гастроэнтерита. Все лежали пластом, и лишь я одна могла сходить за лекарством. Мы жили в уединенной деревушке, где в те времена не ходили автобусы, и мне пришлось сесть на велосипед и ехать целых восемь километров до ближайшего медпункта. Мне дали большую бутылку каолина с морфином, которую я запихнула в карман. Обратная дорога обернулась кошмаром, поскольку стало ясно, что я тоже заразилась — меня тошнило и по пути несколько раз вырвало. До дома я добралась совершенно без сил. Мама сразу же дала мне большую дозу лекарства, но из-за того, что она сама еле держалась на ногах, ей и в голову не пришло встряхнуть бутылку. Пока я ехала домой, каолин осел на дно, а сверху оказался (слабый) раствор чистого морфина. Морфин, названный так по имени греческого бога сна Морфея, является сильным снотворным средством, и я проспала целые сутки.
Морфин оказывает не только снотворное действие. Он также дает релаксирующий эффект, вызывает состояние сладостной, полной сновидений эйфории и облает способностью облегчать боль. Его используют уже не одну тысячу лет как лекарство и как рекреационный препарат в форме опиума, сырого экстракта опиумного мака Papaver somniferum. Как заметил знаменитый врач VII в. Томас Сиденгам, «среди средств, дарованных человеку Всемогущим Господом для облегчения страданий, ни одно не является таким универсальным и таким действенным как опиум». Исторически смесь опиума со спиртом, называемая настойкой опия, использовалась для лечения разных заболеваний, в результате чего многие приобретали наркотическую зависимость, включая поэта Сэмюэля Кольриджа, который, как считается, написал стихотворение «Кубла Хан» под действием наркотика. Были и такие, кто употреблял ее для удовольствия. Томас де Квинси в своей знаменитой «Исповеди англичанина, употребляющего опиум» написал: «Я, несчастный человек, был настолько очарован сказочным избавлением от боли, что теперь вынужден прибегать к опиуму в отвратительном стремлении к безрассудной усладе, в желании всеми путями получать удовольствие».
Как и другие вызывающие привыкание наркотики, морфин стимулирует центры удовольствия в мозге и в случае приема излишнего количества вызывает настолько сильное наслаждение, что после его прекращения наркоман хочет получить новую дозу. Использование морфина приносило несчастья не только отдельным людям. В конце XVIII в. между Великобританией и Китаем развернулась очень прибыльная и беззастенчивая торговля при посредничестве Ост-Индской компании. Чай, который в те времена производился только в Китае, пользовался большим спросом в Великобритании. Китай требовал расчетов серебром, но это было дорого, и британские коммерсанты постепенно перешли на обмен чая на опиум. Опиум поставлялся тайным образом из Индии обходными путями. Это обернулось катастрофой для Китая. Из-за того, что опиум вызывал наркотическую зависимость, его употребление вошло в привычку, и, как следствие, значительная часть крестьян перестала работать, а армия стала небоеспособной. Когда Китай запретил продажу опиума и потребовал прекратить его нелегальный импорт, Великобритания, учитывая экономическую значимость нелегальной торговли, отказалась сделать это. Конфликт вылился в печально известные Опиумные войны, которые привели к передаче Гонконга под британское правление, закладыванию чайных плантаций в Индии и заключению новых торговых соглашений. Чай, можно сказать, оказался способным вызывать не менее сильную зависимость, чем опиум (по крайней мере в Великобритании).
Морфин и героин, сходный с ним по структуре, принадлежат к классу наркотиков, называемых опиатами. Они присоединяются к опиоидным рецепторам в головном и спинном мозге, перекрывая кальциевые каналы и подавляя выделение нейромедиаторов и электрическую активность нейронов. Размышляя, зачем вообще нам нужны опиоидные рецепторы, Джон Хьюз и Ганс Костерлиц предположили, что организм может вырабатывать собственные опиаты. Это привело к открытию эндорфинов (этот термин образован из двух слов — эндогенный и морфин), вырабатываемых организмом химических веществ, которые выделяются в ответ на боль. Они также вызывают чувство бодрости и хорошего состояния при занятии бегом и других видах интенсивной физической нагрузки.
Как и синтетические опиаты, эндорфины подавляют электрические импульсы в болевых нервных клетках. Если вы когда-нибудь видели, как надевают петлю на морду лошади для ее успокоения, то должны представлять, каким сильным может быть действие эндорфинов. Петлю делают из веревки, пропускаемой вокруг чувствительной верхней губы животного, и часто используют для успокоения норовистой лошади во время подковывания или обследования. При перекручивании и сдавливании веревки — и губы — кажется, что лошадь почти засыпает: она перестает перебирать ногами, ее голова поникает, взгляд становится неподвижным. Это происходит потому, что ее организм захлестывают эндорфины, выделяющиеся в ответ на сильную боль в сжатой губе. Акупунктура также инициирует выброс эндорфинов, и это позволяет проводить некоторые хирургические операции без анестезии. Сногсшибательные капли
Гемфри Дэви был исключительным любителем ставить эксперименты на себе. Несмотря на то, что эксперимент с вдыханием чистой окиси углерода чуть не погубил его, он продолжал исследовать физиологическое воздействие других веществ. В 1799 г. Дэви обнаружил, что закись азота, которую некоторые считали смертельно опасной, вызывает эйфорию и неконтролируемые приступы смеха и даже заставляет пускаться в безумную пляску. Вдыхание закиси азота скоро стало для него повседневной забавой. Как ни странно, несмотря на то, что Дэви обратил внимание на способность газа снимать боль и даже приводить к потере сознания, он так и не разглядел в нем потенциальный анестетик.
Это еще один из примеров того, как открытие, сделанное в Великобритании, было потом успешно внедрено в практику предпринимателями в Соединенных Штатах. Впервые общий наркоз в целях обезболивания применила группа американских дантистов, которые искали способ безболезненного удаления зубов. В числе пионеров был Хорас Уэллс, который сначала попробовал закись азота на себе, а потом на своих пациентах. Уверенный в достоинствах нового метода, Уэллс организовал публичную демонстрацию удаления зуба под наркозом для студентов-медиков в Бостоне в 1845 г. Демонстрация оказалась неудачной — газ из мешка перестали давать слишком рано, пациент завопил от боли, а наблюдавшие за этим студенты освистали экспериментатора. Уэллс был настолько обескуражен провалом, что оставил стоматологию, пристрастился к хлороформу и в состоянии наркотического опьянения облил серной кислотой двух проституток. Осознав содеянное, он покончил с собой. Горечь провала усиливалась еще и тем, что годом ранее его коллега Уильям Томас Грин Мортон успешно провел в Бостоне публичную операцию, использовав для наркоза эфир. Мортон, в отличие от Уэллса, приобрел широкую известность. Со значительно меньшим энтузиазмом было встречено его стремление сделать деньги на этом методе: попытка запатентовать использование эфира в качестве анестетика вызвала всеобщее возмущение, а обращение к конгрессу с требованием выплатить $100 000 в качестве «национальной награды» за изобретение сочли неприемлемым.
Поскольку эфир раздражал легкие (и легко взрывался), Джеймс Симпсон, шотландский акушер, стал использовать хлороформ для обезболивания родов. Хотя некоторые выступали против такой практики, ссылаясь на Книгу Бытия, где Бог говорит Еве о том, что «в муках она будет рожать детей своих», этот метод получил неожиданную рекламу после его успешного применения во время родов королевы Виктории 7 апреля 1853 г., когда она разрешилась восьмым ребенком, принцем Леопольдом. British Medical Journal прокомментировал это событие так: «Королевское происхождение пациентки и ее успешное возвращение к нормальной жизни являются фактами, которые должны развеять в значительной мере существующие профессиональные и общераспространенные предрассудки, связанные с использованием анестезии в акушерстве». Любопытно, что, по сообщению «Придворного циркуляра», во время родов рядом с королевой находились не только ее доктора и медсестра, но и принц Альберт, который оказался абсолютно современным мужем.
Хороший общий наркоз должен обеспечивать отключение сознания, потерю чувствительности к боли (аналгезию), неподвижность и, предпочтительно, определенную потерю памяти, так чтобы вы не помнили происходившего. Все это должно достигаться без воздействия на сердце и, если возможно, на дыхательные мышцы, а также без приступов рвоты или других продолжительных неврологических осложнений. И, конечно же, выход из наркоза должен быть легким. Все эти свойства необязательно имеются у отдельно взятого средства. Эфир и хлороформ — эффективные анестетики, но они далеки от идеала, и в наши дни для отключения сознания и памяти обычно используют пары таких препаратов, как изофлуран и севофлуран, или впрыскивают препараты типа пропофола, а аналгезии и расслабления мышц добиваются с помощью других средств. Как ни удивительно, но к закиси азота по-прежнему прибегают во многих случаях.
При общем наркозе человек сначала входит в заторможенное состояние: он начинает дремать и, даже если прекратить наркоз в этот момент, мало чего помнит о пережитом состоянии. Постепенно человек перестает реагировать на слова и теряет сознание. Как ни странно, после этого он входит в возбужденное состояние с неконтролируемыми движениями и нерегулярным дыханием, но потом мышцы расслабляются снова, дыхание выравнивается, глаза перестают двигаться, и наступает настолько глубокий сон, что хирург может произвести операцию без причинения боли. В этом состоянии томограммы показывают, что метаболическая активность всего мозга равномерно подавляется, т.е. отключаются все области мозга. По всей видимости, каких-либо областей, особо чувствительных к общему наркозу, не существует. К большому разочарованию нейрофизиологов, пытающихся понять, в какой именно области мозга возникает сознание, невозможно обнаружить такую область, активность которой «угасает» в момент потери сознания.
Хотя общий наркоз делают тысячам людей в мире ежедневно, мы все еще слабо понимаем, как он работает, и то, каким образом в результате наркоза отключается сознание, остается одной из величайших загадок нейрофизиологии. Последние данные говорят о том, что наркоз подавляет электрическую активность мозга путем взаимодействия с ионными каналами. Предполагается, что наркоз стабилизирует определенное конформационное состояние канала, заполняя «полости» в самой белковой молекуле или встраиваясь между белком и липидной мембраной, в которой он находится. Одни анестетики, похоже, открывают ионные каналы, которые подавляют электрическую активность клеток мозга, например ГАМК-каналы, глициновые рецепторы и калиевые каналы. Другие анестетики блокируют синаптическую передачу, подавляя функцию возбуждающих глутаматных рецепторов. Факт подавления активности как возбуждающих, так и тормозящих нейронов соответствует общей картине подавления электрической активности, наблюдаемой на томограммах мозга. Кто я есть?
Вопрос о том, что именно представляет собой сознание, занимает умы философов и нейрофизиологов уже не одно столетие, но мы по-прежнему далеки от его четкого понимания. Так или иначе, это нечто такое, с чем каждый из нас прекрасно знаком, и такое, что все мы имеем. «Я мыслю, — сказал Рене Декарт еще в XV в., — следовательно, я есть». Но что в точности есть мое «Я»?
С точки зрения Декарта, разум и тело были разными сущностями. Однако глубокие изменения нашей личности под действием наркотиков, болезней и травм мозга свидетельствуют о том, что это не так — наш разум является продуктом деятельности мозга. Между прочим, у меня не раз возникал вопрос, не является ли декартовский взгляд в какой-то мере результатом того, что философия когда-то была прерогативой мужчин, у которых пенис нередко жил своей собственной жизнью, иногда отказываясь действовать, несмотря на желание, а иногда проявляя неуемную прыть в неподходящие моменты? Женщины, чье эмоциональное состояние совершенно очевидно связано с гормональным циклом, все время помнят о связи между телом и разумом.
Несмотря на наше очень сильное чувство собственного «Я», нейрофизиологи показывают, что мы — не более чем совокупная электрическая активность клеток нашего мозга. Каким бы неудобным это ни казалось, не существует ни отдельной сущности, ни души, ни того, что продолжает жить после нашей смерти, — этот факт, несомненно, приводит науку в прямое противоречие с множеством религиозных представлений. Так откуда оно берется, это пресловутое чувство собственного «Я», эта личность, сидящая в моей голове, смотрящая на мир моими глазами, стучащая по клавиатуре, пытающаяся передать свои мысли вам?
Чувство собственного «Я» не является врожденным. Младенцы не осознают себя и не понимают мыслей и переживаний других. Эти качества развиваются у детей постепенно. Проще всего определить наличие самосознания у очень маленьких детей или у животных можно путем проверки их способности узнавать себя в зеркале, прилепив яркую наклейку им на лоб. Если они идентифицируют себя, то будут стараться снять наклейку, а если нет, то не будут делать ничего или постараются дотронуться до отражения. В соответствии с этим критерием дети обретают самосознание в возрасте от двух до трех лет. Похоже, что наш мозг должен достичь определенной стадии развития, прежде чем самосознание проявится в полной мере. И это не мгновенное «пробуждение» — психологи говорят, что самосознание развивается в несколько этапов.
Следующий очевидный вопрос — в какой области мозга находится самосознание? Является ли оно распределенной сущностью, определяемой множеством сетей нервных клеток, или расположено в определенной группе нервных клеток? Исследования больных с повреждениями мозга показывают, что у самосознания нет конкретного места расположения. Хотя повреждение той или иной области мозга способно кардинальным образом изменить нашу личность, оно не превращает нас в зомби, т.е. в человека без чувства собственного «Я», но нормально функционирующего во всем остальном. Кроме того, ни одна область мозга не «выключается» одновременно с отключением сознания при общем наркозе. Отключение сознания, которое происходит во время сна, также сильно отличается от того, что происходит под действием наркоза. Наркоз приводит к общему подавлению электрической активности мозга, а сон — это тонко регулируемое активное состояние. Очень разный характер активности мозга во время сна, общего наркоза и в состоянии бодрствования указывает на то, что отключение сознания — и по косвенным признакам, возможно, самосознание — может быть следствием не одной, а нескольких причин. Также, по всей видимости, для него нужна суммарная активность множества нейронов, но каких именно, остается загадкой.