Доктор Ронда Патрик – кандидат биомедицинских наук Центра науки здоровья при университете Теннеси и Детской исследовательской больницы St. Jude в Мемфисе. Также имеет степень бакалавра биохимических / химических наук Калифорнийского университета Сан Диего. Провела обширные научные исследования в вопросах старения, рака и питания. Занимается исследованием влияния витаминов и минералов на метаболизм, а также исследованием воспалительных процессов, нарушений ДНК и способов откатить эти нарушения. Изучала роль витамина D в работе мозга, влияние этого витамина на поведение человека и его психические функции. В феврале 2014 года опубликовала работу о регуляции синтеза серотонина витамином D и связи этой регуляции с аутизмом.
Мэтью Уолкер – доктор неврологии Ноттингемского университета Великобритании. Обладатель степени PhD в нейропсихологии, профессор психиатрии Гарвардской медицинской школы. В настоящий момент работает профессором неврологии и психологии в калифорнийском университете Беркли. Является основателем и директором Центра науки человеческого сна. Занимается исследованием влияния сна на здоровье человека, лауреат премий и исследовательских грантов, член Академии наук. Автор более 100 научных работ о нейрофизиологии сна. Автор бестселлера «Почему мы спим», в который вошли данные десятков лет научных исследований и клинической практики.
Информация и фото взяты с сайтов foundmyfitness.com и sleepdiplomat.com
Сон и обучение навыкам
Сон является важнейшим компонентом обучения любой дисциплине и умению, начиная от двигательных навыков и заканчивая иностранными языками. Во сне происходит не только консолидация отдельных элементов информации, но и создание ассоциаций и интеграция с уже накопленным материалом. В исследованиях с участием младенцев было показано, что у детей после сна происходит скачок в генерализации усвоенных звуковых элементов речи. И подобная закономерность справедлива для всей жизни человека.
REM-сон играет важную роль в процессах обработки информации и развитии креативных способностей. Сон нужен до занятий, чтобы подготовить мозг к восприятию информации, образованию новых связей. Сон не менее необходим и после занятий, чтобы те воспоминания, которые образовались в гиппокампе, могли быть сохранены. Таким образом, заучивание информации всю ночь перед экзаменом не принесет пользы – мозг не будет способен усвоить новые факты. Это было подтверждено с помощью эксперимента, в котором испытуемые были разделены на две группы: первые смогли поспать всю ночь, тогда как вторым не давали ни спать, ни принимать кофе. На следующий день было проведено занятие, во время которого мозг испытуемых был сканирован с помощью fMRI. У группы без сна было обнаружено 40% снижение в их способностях к обучению. Данные fMRI показали наличие здоровой мозговой активности, связанной с обучением, в районе гиппокампа у группы спавших участников, тогда как у неспавшей группы эта активность отсутствовала совсем, словно ночь без сна полностью «отключила» их способность к обучению. Предполагается, что гиппокамп, являясь резервуаром кратковременного хранения информации, обладает ограниченным объемом и временем хранения – до 16 часов. Во время сна происходит перенос информации из этого резервуара в долговременное хранение, то есть в кору головного мозга.
Во время сна мозг не только перепроигрывает прожитый опыт, но и делает это с многократным увеличением скорости. Это было подтверждено на эксперименте с крысами, в мозг которых были вживлены электроды, позволяющие перевести нейронную активность в звуки во время прохождения лабиринта. Оказалось, что во время сна мозг крыс воспроизводит ту же «звуковую» последовательность, но в 10-15 раз быстрее. Это происходило во время глубокого non-REM сна. Похожий эффект был обнаружен и в экспериментах с людьми: при запоминании информации (картинка и ее местоположение на экране) испытуемым проигрывали соответствующий каждой картинке звук (чайник – звук свистка). Проигрывание звуков заученных картинок во время сна привело к тому, что испытуемые в два раза лучше припоминали выученное накануне. Мэтью пояснил, что звуки проигрывались с громкостью до порога восприятия, чтобы не разбудить испытуемых (порог восприятия каждого был выяснен отдельно). То есть сопровождение запоминания информации различными конгруэнтными стимулами может улучшить ее усвоение.
Во время REM-сна мозг производит встраивание накопленной информации в уже имеющиеся знания. Возможно поэтому стадия сна со сновидениями идет в конце 90-минутного цикла: сначала необходимо перенести информацию из гиппокампа в кору, что происходит во время глубокого сна без сновидений, а затем нужно ее интегрировать в тот каталог, который создавался в течение всей жизни. Во время формирования ассоциаций образуются не только очевидные связи, но и странные, нелогичные сочетания, которые являются базой креативности. Всем известны научные и инновационные открытия, сделанные учеными во время сна. То есть глубокий сон помогает сохранять знания, тогда как сон со сновидениями приносит мудрость – способность понимать смысл усвоенного в контексте всего накопленного.
Сон и одиночество
Нехватка сна связана с одиночеством. Одиночество увеличивает риск смертности в два раза, а также меняет выражение генов, связанных с иммунитетом и воспалительными реакциями. Было даже обнаружено, что характер иммунных реакций человека меняется: с защиты, направленной против вирусов, на защиту, направленную против бактерий.
Одиночество связывают с увеличением тревожности, ухудшением качества и эффективности сна. Было проведено исследование, в котором было продемонстрировано, что даже одна ночь без сна приводит к увеличению личного пространства – то есть увеличению дистанции, на которой людям комфортна близость других индивидов. Сканирование fMRI мозга участников группы без сна показало, что участок мозга, отвечающий за отчужденность и сохранение социальной дистанции, становится гиперактивным. В дополнение, районы мозга, отвечающие за теорию разума (способность представлять, понимать и учитывать в своем поведении «психологию» другого человека), становятся неактивными после ночи без сна. Кроме того, участники эксперимента после ночи без сна были записаны на видео, и новая группа испытуемых оценила степень одиночества людей в этих видеозаписях. Невыспавшихся людей не только чаще распознавали как одиноких, но и менее желательных к общению. Таким образом, при недостатке сна возникает замкнутый круг – человек не только избегает других в большей степени, но и его самого избегают другие люди. Наконец, те испытуемые, которые смотрели видеозаписи неавыспавшихся людей, сами стали чувствовать себя более одинокими.
Влияние недосыпа на нервную систему
Недостаток сна также приводит к повышению активности эмоционального центра мозга, амигдалы, на 60%, что внешне выражается в большей алертности и возбудимости индивида. При этом кора лобных долей мозга оказывается менее активна, а ее управляющая роль – приглушена. Таким образом, человек может быть полностью погружен в эмоции и неспособен в достаточной степени контролировать свои действия, что является симптомом многих психических расстройств. Мэтью отмечает, что до сих пор не найдено ни одного психического расстройства, при котором сон оставался бы на нормальном уровне. Расстройства сна традиционно сопутствуют психические расстройства.
Бессоница сопровождается активацией симпатической системы (отвечающей за реакцию «борьбы и бегства»). Для здоровых людей без проблем со сном свойственно переживать спад кортизола во второй половине дня, что дополняется всплеском мелатонина и сонливостью. Для людей с гиперактивной симпатической системой типично переживать всплеск кортизола во второй половине дня и даже посреди ночи.
Сон и освещенность
Яркий дневной свет может приводить к снижению уровня кортизола на 25%. Естественный свет днем и темнота ближе к ночи помогают регулировать циркадный ритм. Современные люди страдают от нехватки дневного света в течение дня и избытка света от экранов в темное время суток. Однако даже в пасмурные дни, утверждает Мэтью, природный свет более эффективен и полезен для организма по сравнению с пребыванием внутри помещения. 30-40 минут естественного света утром необходимы для регуляции циркадного ритма и для стимуляции активности (вместо привычной чашки кофе). Вместе с тем ближе к вечеру количество света в окружающей среде лучше снижать.
Мэтью подчеркивает, что электрический свет и свет экранов неблагоприятен для здорового сна. Было проведено исследование, в котором испытуемых поместили в природные условия без каких-либо электронных устройств. Оказалось, что испытуемые спали большее количество времени (около 9 часов), засыпали все раньше и раньше, и просыпались тоже раньше и раньше.
В другом исследовании испытуемым давали читать книги на iPad-ах перед сном в течение одного часа. Это привело к снижению уровня мелатонина на 20%, и пик выработки мелатонина происходил на 3 часа позже. Объем REM-сна уменьшился, и на следующее утро испытуемые сообщили о меньшем уровне бодрости и худшем сне. Удивительно, но эффект от чтения планшетов сохранился в последующие ночи.
Сон и температура
Температура также является мощным триггером сна. Для того, чтобы человек заснул и продолжал спать, температура его тела должна упасть на 1 градус. Так, наши далекие предки засыпали не во время заката, а после него – когда температура окружающей среды начинала снижаться. Просыпались они за 15-20 минут до рассвета. То есть не исключительно свет является триггером циркадного ритма, а свет и температура вместе.
В современных условиях мы привыкли к теплу в любое время суток, но наше тело не получает положенного температурного сигнала для того, чтобы готовиться ко сну. Мэтью рассказал об эксперименте, в котором испытуемые ложились спать в специальных костюмах, позволяющих регулировать температуру отдельных частей тела. Оказалось, что снижение температуры «ядра» тела не только улучшало засыпание, но и приводило к увеличению количества глубокого non-REM сна на 10-20%. У людей с бессонницей и пожилых участников результаты применения подобных костюмов были еще более впечатляющими.
Сон и иммунитет
Заражение организма инфекцией приводит к увеличению количества целого ряда маркеров воспаления. Эта противовоспалительная реакция напрямую влияет на области мозга, отвечающие за сон, вызывая сонливость. Длительный сон необходим для адекватной работы иммунной системы. Физические упражнения или сессия в сауне приводят к естественному образованию некоторых маркеров воспаления, что стимулирует сон по схожему механизму.
Мэтью упоминает непригодные для нормального сна условия больниц – а ведь это то место, где пациентам критически необходимо высыпаться. Эксперимент показал, что даже одна ночь с 4-часовым сном приводит к уменьшению клеток-убийц (которые отвечают за уничтожение непригодных клеток в организме) на 70%. Следовательно, длинные периоды недостаточного сна (например, при сменной работе) разрушительно влияют на иммунную систему. ВОЗ признал канцерогенным любой тип сменной работы, при котором страдает сон.
Было проведено интересное исследование, в котором здоровых людей изолировали в гостинице, предварительно собрав данные об их привычном режиме сна в течение недели. После окончания первой недели карантина была предпринята попытка заразить испытуемых риновирусом. После второй недели карантина было обнаружено, что те испытуемые, которые спали меньше 5 часов перед началом эксперимента, в 4 раза вероятнее заболевали инфекцией по сравнению с теми, кто спал 7 и более часов.
Если человек спит мене 5 часов ночью перед получением прививки от гриппа, количество антител, которые вырабатываются в его теле вследствие действия прививки, снижается наполовину, делая прививку практически бесполезной. Недостаток сна не только повышает уязвимость организма к болезням. Так, у мужчин, которые спят менее 5 часов в сутки, уровень тестостерона буквально за дни падает до такого уровня, каким бы они обладали, будь они на 10 лет старше. В целом гормональный баланс страдает от недостатка сна из-за дисфункциональной работы симпатической системы.
Сон и болезнь Альцгеймера
Существует двунаправленная связь между недостатком сна и патологией, которая приводит к развитию болезни Альцгеймера. Установлено, что при болезни Альцгеймера снаружи нейронных клеток скапливаются бета-амилоиды. Причем они скапливаются в разных отделах мозга неравномерно: наиболее страдают центральные отделы мозга, в которых бета-амилоиды скапливаются раньше всего, тогда как, например, отделы мозга, отвечающие за зрение, остаются практически незатронутыми. Кроме того, в нервных клетках разрушаются тау-белки, которые участвуют в образовании нервных связей.
Очищение мозга от остатков метаболической деятельности наиболее активно происходит в фазе глубокого сна. Бета-амилоидные белки как раз являются таким токсическим «остатком». Если человек лишается фазы глубокого сна, он лишается возможности очистки и восстановления клеток мозга. Это было подтверждено на экспериментах с крысами и людьми. В эксперименте, в котором испытуемых лишали глубокого сна, было показано, что в спинномозговой жидкости, которая «омывает» мозг, на 25-30% увеличивается количество бета-амилоидов.
У людей с вариацией гена APOE4 (основной генетический фактор риска болезни Альцгеймера) скопление бета-амилоидов начинается уже к 40 годам. Таким образом, к этому возрасту имеет смысл привести сон в оптимальный для организма режим. Тем более что уменьшение объема фазы глубокого сна начинается уже после 20 лет. С возрастом фаза глубокого сна страдает все сильнее: к пятидесятилетнему возрасту человек теряет 50% глубокого сна, а к 70 годам остается около 5% от объема фазы глубокого сна, который присутствовал в молодости. После 80 лет медленноволновой сон практически пропадает. Это сопровождается скоплением бета-амилоидов в центральных отделах мозга, таких как гипоталамус, делая человека более забывчивым и рассеянным. Именно эти отделы мозга отвечают за фазу глубокого сна.
Сон и хронотипы
Глубина, продолжительность, непрерывность и регулярность – четыре основных параметра здорового сна. Каждый из них критически важен. Полученный объем сна должен совпадать с привычным циркадным ритмом, который зависит от генов.
Циркадный суточный ритм состоит из 90-минутных циклов. Сон в любое время дня включает в себя фазы медленноволнового глубокого сна и быстрого сна со сновидениями (non-REM и REM), которые происходят в течение этого 90-минутного интервала. Однако в начале сна non-REM фаза доминирует, и только с течением ночи нарастает в объеме фаза REM-сна, почти полностью занимая 90-минутный цикл. Если человек – «сова», и ему или ей нужно подняться на работу на два часа раньше, то есть сон сократится с 8 часов до 6, то он или она потеряют 25% всего объема сна и 80% REM-сна. Похожая ситуация возникнет, если «жаворонок» ляжет спать позже привычного времени. Мозг имеет разный «аппетит» в отношении фаз сна в зависимости от циркадного ритма человека.
Недосып и предрасположенность к диабету и ожирению
Несоответствующий хронотипу сон может быть связан со многими неблагоприятными последствиями для здоровья – сердечнососудистыми заболеваниями, худшим метаболизмом, более короткой длиной теломир и так далее. Ранее было установлено, что у людей, которые спят меньше 7 часов в сутки, повышается риск развития диабета. В эксперименте с участием здоровых людей было показано, что уже после одной недели недосыпа уровень сахара в крови приходит к таким показателям, которые традиционно расценивают как пре-диабетические. При недостатке сна бета-клетки поджелудочной железы, производящие инсулин, теряют чувствительность к маркером повышения сахара в крови. Затем, у рецепторов клеток снижается чувствительность к инсулину – то есть клетки менее активно принимают глюкозу, циркулирующую в крови. Как следствие, способность организма переработать поступившую пищу эффективно ухудшается, что проявляется повышенным уровнем сахара в крови.
Кроме того, уровни гормонов лептина и грелина, участвующих в пищеварении, меняются вследствие недостаточного сна. Повышение уровня лептина сообщает мозгу о сытости, тогда как повышение уровня грелина сообщает о голоде и необходимости что-нибудь съесть. При недостатке сна уровень лептина падает, а грелина – повышается, что приводит к склонности употреблять больше пищи.
В эксперименте было показано, что люди склонны в среднем переедать на 200-300 килокалорий во время основного приема пищи и поглощать около 400 дополнительных килокалорий во время перекусов, когда спят 4 часа в сутки. И это не связано с тем, что состояние бодрствования требует большего количества калорий. Напротив, сон является не менее энергопотребляющим: разница в энергетическом потреблении между ночью сна и тем же временем бодрствования составляет всего около 140 килокалорий.
Недосып также сопровождается сниженным контролем в отношении сладкой высококалорийной пищи. Предполагается, что это связано с дисрегуляцией микробиомы кишечника из-за гиперактивности симпатической системы вследствие недостаточного сна. В свою очередь, употребление переработанной высококалорийной пищи, содержащей много углеводов и простых сахаров и мало клетчатки, связно с худшим сном, повышенной фрагментированностью сна и меньшим объемом фаз глубокого сна. В то же время недостаток сна делает человека все более тревожным, что, как в замкнутом круге, приводит к гиперактивации симпатической системы.
Способы ускорить засыпание и улучшить качество сна
Мэтью дает несколько советов для улучшения сна:
Необходим достаточный уровень темноты за 3-4 часа до сна, способствующий выделению мелатонина;
Снизить температуру в комнате – до 17-18 градусов;
Если человек неспособен заснуть, вместо того, чтобы лежать в кровати, Мэтью советует подняться и заняться чем-то еще и пойти в кровать только при появлении сонливости. Это позволяет избежать ассоциации со спальней как с местом бодрствования.
Не принимать кофеин во второй половине дня. Даже те люди, которые утверждают, что кофе не оказывает на них влияния, могут страдать от его эффекта. Эксперимент показал, что вечерний прием напитка, содержащего кофеин, приводит к снижению объема фазы глубокого сна на 20%. Кроме того, кофеин присутствует в организме долгое время, активно влияя на состояние человека в течение 6-8 часов. Четверть кофеина, принятого в полдень, все еще сохраняется в крови в полночь.
Не употреблять алкоголь для того, чтобы «легче заснуть». Алкоголь является седативным веществом, так как подавляет активность коры головного мозга. В итоге человек не отдыхает – он просто отключается, «нокаутированный» алкоголем. Алкоголь приводит к фрагментированности сна и подавляет REM-сон.
Не использовать препараты от бессонницы, так как они не только связаны с повышенным риском развития рака, повышенной уязвимостью к инфекциям, в частности, пневмонии, но и приводят к аномальной активности мозга во время сна. Эксперимент на животных показал, что сон под воздействием препаратов приводил к 50% потере нейронных связей, которые образуются во время сна.
Для лечения бессонницы Мэтью рекомендует когнитивно-бихевиоральную терапию, которая требует всего несколько сессий и эффект которой сохраняется после окончания терапии. КБТ официально признана наиболее эффективным средством от бессонницы.