Интересные факты о сне человека: что делает мозг, пока мы спим

Если спать по восемь часов в сутки, то во сне пройдёт около трети жизни. При этом сон долго считали просто «выключением» организма, и только во второй половине XX века учёные выяснили, что ночью мозг работает по сложному расписанию: несколько раз за ночь проходит одни и те же стадии, в одних почти не реагирует на мир, а в других активен почти как днём.

Ниже собраны интересные факты о сне человека: как открыли быстрый сон, из чего состоит ночь, сколько спать в разном возрасте по рекомендациям врачей, сколько продержался без сна школьник из Сан-Диего, откуда берётся сонный паралич и какие популярные советы о сне не подтверждаются исследованиями. Числа сверены с данными NIH, CDC, AASM и научных статей.

Это познавательная статья, а не медицинская: если сон регулярно не приносит отдыха или мучает бессонница, лучше обратиться к врачу.

Коротко. Быстрый сон (REM) открыли только в 1953 году. За ночь человек обычно проходит 4–5 циклов сна по 90–110 минут, причём глубокий сон приходится в основном на первую половину ночи, а самые длинные периоды быстрого сна — на утро. Новорождённым рекомендуют спать 14–17 часов в сутки, взрослым 18–60 лет — не меньше 7 часов. В 1963–1964 годах 17-летний Рэнди Гарднер не спал 264 часа, а Книга рекордов Гиннесса с конца 1990-х такие рекорды не принимает. Попытка «отоспаться за выходные» в эксперименте 2019 года не защитила от нарушений обмена веществ.

Быстрый сон открыли только в 1953 году

В Чикагском университете аспирант Юджин Азеринский и его руководитель Натаниэль Клейтман заметили, что во время сна у людей периодически начинаются быстрые движения глаз, и в эти периоды мозг ведёт себя иначе, чем в остальное время. Статья об открытии вышла в журнале Science в 1953 году. Так появился термин REM sleep (от rapid eye movement, «быстрые движения глаз»).

Сегодня сон изучают с помощью полисомнографии. Датчики записывают активность мозга, движения глаз, тонус мышц, дыхание и пульс, а специалист по этой записи определяет стадию сна для каждого отрезка ночи.

Четыре стадии: от дремоты до быстрого сна

По современной классификации AASM сон делят на медленный (NREM) и быстрый (REM). Медленный сон, в свою очередь, состоит из трёх стадий. До 2007 года стадий медленного сна было четыре, но третью и четвёртую объединили в одну, N3.

• N1 — дремота. Переход от бодрствования ко сну, обычно длится несколько минут. Человека легко разбудить, и он нередко уверен, что вовсе не спал.
• N2 — лёгкий сон. Замедляются пульс и дыхание, снижается температура тела. На электроэнцефалограмме появляются характерные «сонные веретёна» и К-комплексы. На эту стадию у взрослых приходится самая большая часть ночи, около половины.
• N3 — глубокий, или медленноволновой, сон. Мозг генерирует медленные волны большой амплитуды, разбудить человека труднее всего. По данным NIH, именно эту стадию считают самой восстанавливающей.
• REM — быстрый сон. Глаза под веками быстро движутся, активность мозга похожа на бодрствование, а мышцы рук и ног временно почти полностью расслаблены. В этой стадии бывают самые яркие сновидения.

Обездвиженность в REM-сне, по-видимому, не даёт разыгрывать сны наяву. О том, как устроен сам мозг, подробнее рассказано в подборке интересных фактов о мозге.

Ночь из четырёх-пяти циклов

Стадии сменяют друг друга не случайно, а циклами. Обычно человек проходит путь N1 → N2 → N3 → N2 → REM, после чего цикл начинается заново. По справочнику StatPearls, один цикл длится примерно 90–110 минут, а за ночь их бывает 4–5. NIH указывает, что в первую REM-фазу мы попадаем примерно через 90 минут после засыпания.

Циклы не одинаковые. В начале ночи много глубокого сна N3, а быстрый сон короткий, иногда всего несколько минут. Ближе к утру всё наоборот: глубокого сна почти нет, а периоды REM удлиняются. Поэтому яркие сны чаще снятся под утро, а короткие пробуждения между циклами нормальны: обычно их просто не помнят.

Сколько нужно спать: ориентиры по возрастам

Единой «нормы сна» для всех нет, но есть консенсусные рекомендации экспертов. Для детей и подростков CDC опирается на рекомендации AASM 2016 года, для новорождённых и людей старше 61 года — на рекомендации Национального фонда сна США (NSF, 2015), а для взрослых 18–60 лет — на совместное заявление AASM и Общества исследований сна (2015). В нём взрослым советуют спать не меньше 7 часов регулярно.

Данные NSF и AASM немного расходятся. Например, для школьников 6–13 лет NSF называет 9–11 часов, а AASM для детей 6–12 лет — 9–12 часов. Это ориентиры для здоровых людей, а не точная норма: «ровно 8 часов» — просто удобное круглое число.

Малыши спят больше всех, и их сон устроен иначе. Новорождённые засыпают и просыпаются много раз в сутки, а доля быстрого сна у них намного выше, чем у взрослых: по классическим исследованиям, около половины всего сна.

Недосып при этом широко распространён. По данным опроса CDC за 2014 год, около трети взрослых американцев (34,8%) в среднем спали меньше 7 часов в сутки.

264 часа без сна: опыт Рэнди Гарднера

Знаменитый эксперимент с лишением сна провёл школьник. В конце декабря 1963 года 17-летний Рэнди Гарднер из Сан-Диего решил для научной ярмарки побить рекорд бодрствования. Одноклассники вели журнал и не давали ему уснуть, позже к ним присоединился исследователь сна из Стэнфорда Уильям Демент, а за здоровьем юноши следил военно-морской врач Джон Росс.

Гарднер не спал 264,4 часа — 11 суток и 25 минут, закончив 8 января 1964 года. Так он побил прежнее достижение в 260 часов. По записям Росса, у него были перепады настроения, проблемы с концентрацией и кратковременной памятью, подозрительность и галлюцинации. На одиннадцатый день его попросили последовательно вычитать 7 из 100, и он остановился на 65, сказав, что забыл, что делает. После эксперимента Гарднер проспал 14 часов 46 минут.

Позже в Книге рекордов Гиннесса появлялись и более долгие марафоны без сна, но в конце 1990-х она перестала принимать такие заявки из-за риска для здоровья участников. Сам Гарднер в 2017 году рассказывал, что примерно с 2007 года страдает от серьёзной бессонницы и связывает её с тем опытом.

Даже обычный недосып заметно сказывается на работе мозга. В австралийском исследовании Уильямсон и Фейер (2000) после 17–19 часов без сна результаты части тестов на внимание и скорость реакции были такими же или хуже, чем при концентрации алкоголя в крови 0,05% (0,5 промилле).

Почему мы забываем сны

Видят сны, по-видимому, все люди, просто многие их не помнят. В классических опытах 1950-х годов людей будили в разные стадии сна: при пробуждении из быстрого сна они рассказывали о сновидениях в большинстве случаев, а при пробуждении из медленного — заметно реже. Но, как отмечает NIH, сны бывают и в медленном сне, просто в REM они ярче.

Сон хорошо запоминается, если проснуться прямо во время него или сразу после. Если же после сновидения человек продолжил спать, оно, как правило, стирается. Даже проснувшись, мы часто теряем сюжет за несколько минут. А зачем нам вообще сны, учёные, по признанию NIH, пока точно не знают.

Сонный паралич: сознание проснулось, а тело ещё нет

Иногда человек просыпается и обнаруживает, что не может пошевелиться или сказать ни слова. Это сонный паралич: сознание уже вернулось, а «блокировка» мышц, характерная для быстрого сна, ещё не снялась. Обычно он длится от нескольких секунд до пары минут. Он пугает, потому что часто сопровождается ощущением чужого присутствия или давления на грудь.

Это довольно частое явление. В обзоре Шарплесса и Барбера (2011), объединившем 35 исследований и более 36 тысяч человек, хотя бы один эпизод сонного паралича за жизнь был примерно у 7,6% людей в общей выборке и у 28,3% студентов.

У многих народов есть легенды о ночных существах, которые садятся на грудь спящему. В русской традиции говорили, что «давит домовой». В связи с сонным параличом часто вспоминают картину швейцарского художника Иоганна Генриха Фюсли «Ночной кошмар» (1781).

Единичные эпизоды обычно не опасны, но если паралич повторяется часто или сочетается с сильной дневной сонливостью, стоит обратиться к врачу.

Глимфатическая система: «уборка» мозга во сне

В 2012 году группа Майкен Недергаард из Рочестерского университета описала систему, по которой спинномозговая жидкость проходит через ткань мозга и уносит отходы обмена веществ. Её назвали глимфатической: от слов «глия» (вспомогательные клетки мозга) и «лимфатическая».

Через год, в 2013-м, та же группа опубликовала в Science работу Xie et al. на мышах. Во время естественного сна и наркоза межклеточное пространство в мозге животных увеличивалось примерно на 60%, а бета-амилоид (белок, который накапливается при болезни Альцгеймера) выводился быстрее, чем при бодрствовании. Из этого родилась популярная фраза «во сне мозг моет себя».

Здесь важны оговорки. Это эксперименты на мышах, и напрямую переносить их на человека нельзя. Кроме того, вопрос остаётся спорным: в 2024 году в журнале Nature Neuroscience вышла работа Мяо и соавторов, где в опытах на мышах очищение мозга во сне и под наркозом, наоборот, замедлялось. Её методы, впрочем, тоже критикуют. Так что связь сна с «уборкой» мозга активно изучают, но окончательного ответа пока нет.

Мелатонин, свет и внутренние часы

В суточном ритме сна главную роль играют «внутренние часы» — супрахиазматическое ядро в гипоталамусе. За открытие молекулярных механизмов циркадного ритма (на плодовых мушках) Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2017 году.

Часы подводит свет. В сетчатке есть особые светочувствительные клетки с пигментом меланопсином: они нужны не для зрения, а чтобы сообщать мозгу, день сейчас или ночь. Сильнее всего на них действует сине-голубой свет с длиной волны около 460–480 нм. О других удивительных свойствах глаза можно прочитать в статье с интересными фактами про зрение.

Вечером в темноте эпифиз начинает вырабатывать гормон мелатонин — сигнал организму, что наступила ночь. Яркий свет его выработку подавляет и поздно вечером может сдвигать внутренние часы на более позднее время. Мелатонин — сигнал «темноты», а не снотворное в привычном смысле; принимать его препараты стоит только посоветовавшись с врачом.

Внутренние часы работают в паре с «давлением сна». Пока мы бодрствуем, в мозге накапливаются вещества, повышающие сонливость, среди них аденозин. Кофеин блокирует рецепторы аденозина, поэтому кофе бодрит. Во сне давление снижается. Эту схему описывает двухпроцессная модель, предложенная швейцарским исследователем Александром Борбели в 1982 году.

Совы и жаворонки существуют

Склонность рано ложиться и рано вставать или, наоборот, засиживаться допоздна называют хронотипом. Отчасти он врождённый: исследования близнецов и генетические работы показывают, что на него влияют гены, в том числе связанные с работой «часовых» белков. Но важны и возраст, и количество дневного света.

Возраст влияет сильно. В подростковом возрасте внутренние часы сдвигаются на более позднее время, поэтому старшеклассникам физиологически трудно рано засыпать. По данным крупного исследования Тиля Рённеберга (2004), «самый поздний» хронотип в среднем приходится примерно на 20 лет, после чего люди постепенно становятся всё более «ранними». К пожилому возрасту многие превращаются в жаворонков.

Мифы о сне, которые не подтверждаются

«Можно отоспаться за выходные»

Многие недосыпают в будни и надеются наверстать в субботу и воскресенье. В эксперименте Кристофера Депнера и коллег (Current Biology, 2019) 36 молодых здоровых добровольцев разделили на группы. Те, кто спал по 5 часов в будни и сколько хотел на выходных, не избежали нарушений обмена веществ: чувствительность к инсулину у них снижалась, как и у тех, кто недосыпал всю неделю. Исследование небольшое, но, по выводу авторов, «отсыпание» на выходных не компенсирует хронический недосып.

«Алкоголь помогает уснуть»

Алкоголь действительно может ускорить засыпание, и в первой половине ночи сон кажется глубже. Но обзоры лабораторных исследований показывают, что во второй половине ночи сон становится прерывистым, а быстрый сон подавляется, особенно при больших дозах. В итоге отдыха получается меньше.

Ночью пульс и давление обычно снижаются, так что сон важен и для сердца. Как устроен главный «мотор» организма, рассказано в подборке интересных фактов о сердце человека.

Вопросы и ответы

Сколько длится один цикл сна?

В среднем около 90 минут, а в норме примерно 90–110 минут. За ночь у взрослого обычно 4–5 циклов, и обычно каждый завершается фазой быстрого сна.

Сколько часов нужно спать взрослому?

AASM и Общество исследований сна советуют взрослым 18–60 лет спать не меньше 7 часов регулярно. Для людей 61–64 лет ориентир NSF — 7–9 часов, после 65 лет — 7–8 часов.

Сколько человек может прожить без сна?

Точного ответа нет, и ставить такие опыты на людях неэтично. Известный документально подтверждённый случай — 264 часа (11 суток) Рэнди Гарднера в 1963–1964 годах. Книга рекордов Гиннесса больше не принимает заявки на такие рекорды из-за риска для здоровья.

Правда ли, что сны снятся только в быстрой фазе?

Нет. Самые яркие и сюжетные сны действительно связаны с REM-сном, но, по данным NIH, сновидения бывают и в медленном сне.

Фото на обложке: Qbx101, лицензия CC BY-SA 3.0.