Волшебный ткацкий станок
Британский философ, логик и математик Альфред Норт Уайтхед когда-то писал своему ученику, соавтору знаменитого труда «Основания математики»[21] Бертрану Расселу[22]: «Для вас мир отождествляется ощущению ясного, безоблачного дня около полудня; для меня же это более сродни пробуждению ранним утром из глубокого сна»[23].
Переход от сна к бодрствованию, или возвращение из потустороннего мира сна в реальность, заслужил немало эмоциональных описаний, которые, впрочем, представляют собой не более чем робкие попытки облечь в словесную форму то, что можно только ощутить и пережить лично. Попробуйте, например, объяснить, что такое пробуждение, инопланетянину, который прилетел с планеты, где никто не спит!
Для нас пробуждение это процесс, который неразрывно связывает наш внутренний и внешний миры. Он может быть понят, только если его рассматривать одновременно изнутри и извне. В момент пробуждения мир небытия или фантастических сновидений материализуется, трансформируется в осязаемые формы внешнего мира. И он, в свою очередь, начинает снова действовать на нас, а мы опять обретаем привычную способность на него отвечать. Постоянное, динамическое взаимодействие между организмом и окружающей средой находится в центре внимания энактивизма представления о том, что когнитивные функции и другие проявления деятельности организма могут быть поняты только через призму взаимодействия между ними. В свою очередь, мозг также находится не в вакууме, а является частью тела, и множество видимых и невидимых нитей от гормональных взаимодействий и общего кровотока до нервных связей через периферическую нервную систему связывает его с внутренним миром. Процесс ощущения нашего внутреннего состояния называется интероцепцией. Сон в этой свя́зи занимает важное место это одно из немногих состояний, когда взаимоотношения между мозгом, телом и окружением кардинально меняются. Сон определяется прежде всего взаимодействием между нами и миром извне, а не только тем, что происходит в глубине мозга, где миллиарды нейронов, пребывая в вечном мраке черепной коробки, усердно трудятся над расшифровкой и систематизацией потоков информации, которые приходят с помощью органов чувств.
В книге «Человек и его природа»[24], которую Чарльз Шеррингтон составил по лекциям, прочитанным в Эдинбургском университете в 19371938 годах, есть пассаж, который поэтически описывает момент пробуждения: «Верхний слой коры мозга, где еще мгновение назад едва ли пробегала искра света, внезапно озаряется появлением ритмически мигающих и движущихся огней, спешащих туда и сюда. Мозг просыпается, а вместе с ним возвращается и разум. Это как если бы Млечный Путь вступил в некий космический танец, или это как волшебный ткацкий станок, на котором миллионы мигающих челноков плетут растворяющийся узор, неизменно значимый, но никогда не постоянный, состоящий из изменяющейся гармонии стежков»[25].
Сон определяется прежде всего взаимодействием между нами и миром извне, а не только тем, что происходит в глубине мозга.
Сегодня мы знаем, что мозг активен во время сна и возникновение искр света не более чем метафора. Но как же описать процесс пробуждения? А главное, почему и как оно происходит? Исходит ли сигнал о том, когда просыпаться, изнутри, или же это процесс, который зависит прежде всего от внешних сигналов, имеющих решающее значение?
Инерция сна
Британский поэт и философ Фредерик Майерс описал явление так называемого гипнопомпического состояния[26] характерного состояния сознания в момент пробуждения. Возможное возникновение в этот момент галлюцинаций, как считается, отражает попытки мозга «объяснить» и привести в гармонию два потока информации: исходящий изнутри (сродни воображению) и извне (сенсорное ощущение или перцепция) и разрешить возникающие между ними конфликты. Такого рода противоречия проявляются в явлении гипнического подергивания характерного ощущения падения при засыпании, от которого человек мгновенно просыпается. Происхождение этого феномена неясно, но, возможно, оно связано с неодновременным засыпанием разных частей мозга: те области, которые отвечают за то, чтобы поддерживать тонус мышц, в некоторый момент перестают получать тормозящее влияние от других структур мозга или неправильно интерпретируют расслабление мышц, принимая его за опасность потери равновесия. В ответ мозг моментально воспроизводит процесс падения в воображении и формирует адекватную реакцию его предотвратить. Устранить несуществующее падение. Время в этот момент как будто идет вспять. Падения еще не произошло в реальности, но ответ на него пробуждение уже сформирован. Гипнические подергивания это один из замечательных примеров явлений, относящихся ко сну, которыми можно с увлечением спекулировать, не зная конкретного и исчерпывающего ответа. Впрочем, так обычно и развивается наука, ведь «воображение предшествует познанию»[27] утверждал нобелевский лауреат, американский нейробиолог Ричард Аксель.
А одним из путей познания является собственно движение Максин Шитс-Джонстон, философ и автор книги «Первичность движения»[28], развила знаменитый афоризм Сократа о познании себя: «Биологическая матрица, которая в своем эволюционном развитии восходит к проприоцепции» осознанию собственного тела, ощущению его положения в пространстве и его перемещения. К свя́зи сна и движения мы еще не раз вернемся.
Другой аспект, связанный с пробуждением, инерция сна. Переход от сна к бодрствованию не происходит внезапно это постепенный процесс, и мы сразу после пробуждения, как правило, чувствуем себя как-то необычно. Начальный период бодрствования зачастую характеризуется пониженным уровнем внимания, некоторой дезориентацией во времени и пространстве где я, который час? и отчетливым субъективным ощущением «неполного бодрствования». Это состояние часто называют инерцией сна. Примечательно, что инерция сна это не только и не просто «субъективное явление», она имеет четко обозначенную, впрочем тоже недостаточно понятную, нейрофизиологическую основу. Ученые в лабораториях сразу после пробуждения испытуемых, в первые минуты их бодрствования, фиксировали характерные изменения в определенных частотных диапазонах электроэнцефалограммы, а также изменения в вызванных потенциалах мозга (тип активности, отражающий ответы мозга на внешнюю стимуляцию) и снижение когнитивных функций. Кстати, известно, что очень короткий дневной сон[29] может быть намного более освежающим, чем продолжительный, по крайней мере на субъективном уровне. Одна из причин этому именно инерция сна, которая не проявляется в значительной степени после его «поверхностных» стадий. Однако если позволить сну продолжить развитие и добраться до глубоких стадий, то инерция сна может практически перечеркнуть всю пользу сна.
Переход от сна к бодрствованию не происходит внезапно это постепенный процесс, и мы сразу после пробуждения, как правило, чувствуем себя как-то необычно.
Так что же происходит в мозге после пробуждения? Недавние исследования на лабораторных грызунах позволили выяснить, что активность нейронов коры мозга немедленно после пробуждения несколько снижена. Иными словами, количество электрических разрядов (которые также называют нервными импульсами), которыми, как считается, нейроны обмениваются информацией, было на 1520 % ниже в первые несколько минут после спонтанного выхода из сна по сравнению со средними значениями во время бодрствования. Более того, паттерн разрядов активности напоминал скорее активность мозга во сне, чем во время бодрствования. Иначе, с одной стороны, мышь уже проснулась, а с другой стороны не совсем.
Если медленное, постепенное пробуждение сохранилось в процессе естественного отбора, значит, это давало какие-то преимущества для выживания.
Как же внести бóльшую ясность в вопрос: спит ли еще мышь во время пробуждения или уже нет? Британский физик и астробиолог Пол Дэйвис в своей книге «Демон в машине»[30] рассуждал о возможности разработать «датчик жизни», который можно было бы применять, чтобы определять, есть ли жизнь на удаленных планетах или нет. Впрочем, он сразу оговаривался, что вопрос о том, что такое жизнь, остается до сих пор открытым: «Конечно, датчика жизни пока не существует. Более того, еще предстоит выяснить, как такое устройство может работать в принципе. Что именно оно должно измерять? Например, поговорим о сложности химического состава живых организмов. Мышь, которая только что умерла, по своей химической сложности едва ли уступает живой мыши. Однако мы же не станем утверждать, что она еще жива на, скажем, 99,9 %. Вовсе нет. Она просто мертва». К сожалению, все обстоит не так просто со сном. Судя по некоторым данным, немедленно после пробуждения мышь может быть в обоих состояниях бодрствования и сна одновременно. Впрочем, как и мы с вами!
В чем же биологический смысл инерции сна? Если медленное, постепенное пробуждение сохранилось в процессе естественного отбора, значит, это давало какие-то преимущества для выживания. На первый взгляд, это утверждение кажется удивительным. Ведь именно способность мгновенно возвращаться от состояния сна к бодрствованию должна быть адаптивной и полезной для выживания! Достаточно представить такую ситуацию: когда хищник приближается к спящей жертве, то, по крайней мере с точки зрения последней, даже минимальное промедление может стоить ей жизни. Однако, подобно тому как хищник и его жертва эволюционировали в отдельности, сами по себе, так и их взаимоотношения так же эволюционировали, и можно предположить, что в конечном счете был достигнут некоторый баланс. В итоге в процессе эволюции жертва научилась просыпаться достаточно быстро, чтобы с большой вероятностью успеть унести ноги от хищника, но и не настолько быстро, чтобы хищники совсем остались без пищи и вымерли.
Активность мозга во сне и наяву
Некоторые лабораторные исследования указывают на более глубокую инерцию сна после пробуждения из REM-фазы[31], в которой мозг более активен, иногда даже по сравнению с обычным бодрствованием. Иными словами, зафиксировав более выраженное торможение нейронных разрядов при выходе из REM-фазы, ученые предположили, что медленное, постепенное пробуждение является предпочтительным учитывая нейроанатомическую и нейрохимическую сложность сетей мозга, особенно у млекопитающих, чей мозг больших размеров. Не стоит недооценивать важность поддерживать баланс активности мозга образования, которое состоит из астрономического количества тесно взаимосвязанных электрически активных нейронов. Для возникновения зрительного ощущения может быть достаточно лишь того, чтобы на сетчатку глаза попал всего один фотон. А что происходит при непрерывном извержении триллионов молекул нейромедиаторов в синаптические пространства нейронных контактов каждую миллисекунду? Именно поэтому торможение активности, или снижение общего уровня возбуждения, которое сопровождает глобальные переключения между состояниями мозга и всего организма, может быть особенно важным для предупреждения неадаптивных «гибридных» поведенческих состояний, например таких, которые сопровождаются гипнопомпическими галлюцинациями. Лучше просыпаться медленно и постепенно, но наверняка.
Это особенно важно в тот момент, когда кардинально меняется «направление» потоков информации, которые обрабатываются мозгом. Во время бодрствования наше внимание обычно направлено наружу: органы чувств настроены на восприятие главным образом внешнего мира. На сознательном и бессознательном уровнях происходит регистрация внешних стимулов и раздражителей, которые немедленно классифицируются по степени их важности, и в идеальном случае на основании этого формируется адекватный ответ. Немногое из того, что нас окружает, представляет какую-нибудь важность для нашего выживания. Поэтому все, что от нас требуется, отфильтровывать, отсеивать ненужное и сосредотачиваться на том, что значимо. Кстати, одно из представлений о происхождении когнитивных нарушений в результате депривации сна связано именно с тем, что мы в некотором роде теряем способность отличать важное от несущественного, полезное от бесполезного и попросту давно знакомое и неинтересное от нового, когда мы хотим спать. В результате мы тратим больше мозговых «вычислительных» ресурсов, включая энергетические, на бесполезную задачу сортировать окружающие стимулы на предмет их новизны и важности. Конечно, это происходит в ущерб решению более насущных проблем.
Сложное поведение требует тщательного наблюдения за окружающей средой, что достигается внешними органами чувств, такими как зрение, слух или осязание.
Так или иначе, для того чтобы взаимодействие с окружающим миром или наше поведение было эффективным, необходима координация между двумя основными информационными потоками, которые сходятся на уровне корковых и подкорковых областей мозга и участвуют в планировании и согласованности движений, тем самым контролируя поведение в реальном времени. Сложное поведение требует тщательного наблюдения за окружающей средой, что достигается внешними органами чувств, такими как зрение, слух или осязание. Важный компонент обработки внешней информации это внимание, которое, как мы уже сказали, включает в себя способность различать важные стимулы и игнорировать незначимые. «Проявление внимания организма к стимулу проявляется в том, что его (организма) реакция находится под контролем этого стимула»[32], писал американский нейропсихолог Джордж Рейнольдс. Однако реакцию также контролируют внутренние сенсорные потоки, среди которых выделим три. Первый это так называемая эфферентная копия, которая позволяет распознавать и отличать сенсорные импульсы, произведенные собственным движением, от внешней сенсорной информации. Второй мозг постоянно обновляет положение тела и движения конечностей, о чем сообщают сигналы проприорецепторов мышц и сухожилий, а также вестибулярной системы. Третий при выполнении двигательных программ и отделении знакомых стимулов от неизвестных важную роль играет доступ к ранее приобретенным воспоминаниям. Непрерывная динамическая интеграция и разделение этих анатомических и функциональных источников информации необходимы, чтобы выработать экономичные и эффективные поведенческие решения и реакции, будь то поиск пищи, исследование окружающей среды, игра, избегание препятствий или спасение.
Во время сна же, хотя мозг не прекращает активность, внимание организма не направлено наружу и поступление сенсорной информации извне минимально. Вместо этого паттерны активности мозга, соответствующие тем, которые вызывают или сопровождают поведение, генерируются изнутри и остаются, так сказать, нереализованными. Это особенно наглядно проявляется в сновидениях, когда спящий субъект может не только перемещаться в воображаемом, внутреннем пространстве, но и иногда двигаться так, как физически не смог бы наяву, например летать. Очевидно, что характер активности мозга при этом довольно существенно отличается от бодрствования, но какие именно его аспекты здесь задействованы, увы, пока неясно.