Циркадные ритмы сформировались в ходе эволюции для того, чтобы сохранить вид: шансы племени на выживание выше, если ложиться спать не одновременно, а по очереди. Часть племени оставалась на страже ночью, часть вставала пораньше, чтобы подготовиться к пробуждению основного состава. А большинство вставали и отходили ко сну не слишком рано и не слишком поздно.

В подтверждение этих предположений, в 2017 году был обнаружен «ген сов» – особый вариант гена CRY1 с более длинным циркадным ритмом, который позволяет совам дольше бодрствовать ночью. При этом у сов фазы сна задерживаются, циркадный ритм замедлен и удлинен на 30 минут. И, если у большинства людей уровень мелатонина начинает расти к 21-22 часам, то у «генетических сов» мелатонин повышается только в 2-3 часа ночи. Так что, совы и жаворонки – это не миф.

Повлиять на свои биоритмы можно, если в этом есть сильная необходимость, но на непродолжительное время. В итоге все вернется в свой ритм при первой же возможности.

Понимаю, что некоторых может напугать заглавие «физиология сна». Спешу успокоить: обсудим только базовые понятия. Они нужны, чтобы хорошо понимать, как мы вообще спим с точки зрения нашего организма. Не к экзамену ведь готовимся. Тут задача куда серьезнее: надо научиться хорошо спать!

Итак, поговорим о центрах сна и бодрствования, о «дневных» и «ночных» клетках и связи с «внутренним миром».

Ретикулярная формация

Центральное место, которое связывают со сном и бодрствованием – ядра ретикулярной формации в продолговатом мозге и мосте. Они находятся в стволе головного мозга (место перехода спинного мозга в полушария).

Центр бодрствования – ретикулярные ядра моста. Их отростки, то есть аксоны, широко разветвляются по нервной системе. Они принимают участие в восприятии, мышлении, эмоциях, движении. В общем, деловые.

Любая стимуляция извне (шум, свет, прикосновение) приводит к активации ядер моста. А они в свою очередь сообщают организму, что нужно срочно прийти в тонус. За пробуждение, то есть стимуляцию симпатической («бей-беги») нервной системы, отвечает нейромедиатор норадреналин.

Центр сна находится здесь же, в срединной части ствола мозга, в эпифизе, который вырабатывает серотонин.

– Но постойте! – скажете вы. – Серотонин это не про сон, это, наоборот, про активность.

И будете правы, но только отчасти. Сейчас разберемся.

Гипоталамус

Выше мы проговорили, что в мозге человека имеются центры сна и бодрствования. Однако, мы знаем, что наш мозг работает едино, ведь в мозге все связано. То есть за одну функцию отвечает несколько отделов и один отдел отвечает за множество функций. Итак, ретикулярная формация не единственной место, которое участвует в процессах сна и бодрствования.

Еще одна важная в этом деле структура мозга – гипоталамус. Гипоталамус тоже находится в стволе мозга, но уже в промежуточном отделе. Гипоталамус имеет нервные клетки, активные днем, и клетки, активные ночью. «Дневные» клетки посылают сигналы в центры бодрствования, «ночные» работают с центрами сна.

Но как гипоталамус узнает, когда день, а когда ночь?

Регуляция происходит при помощи супрахиазматического ядра. Это древняя зрительная структура, грубо говоря. Нервные клетки этого ядра отслеживают суточные ритмы освещенности. То есть, собственно, супрахиазматическое ядро и контролирует наш 24-часовой ритм, он же циркадный ритм, он же биологические часы.

Сигнал об отсутствии света идет от нейронов сетчатки глаза через гипоталамус в эпифиз, где в течение дня вырабатывался серотонин. Серотонин толкает ГАМК-нейроны (нейроны торможения нервной системы), сообщает им, что пора бы сворачивать активность. И начинается затухание восприятия внешних факторов. А вот уже в темноте из серотонина синтезируется так называемый «гормон сна». Оказывается, серотонин – нейромедиатор-хамелеон, днем он выступает за любую активность, а ночью перевоплощается в мелатонин.

Но мелатонин вырабатывается не постоянно в течение дня. Сначала должна накопиться усталость. За неё отвечает нейромедиатор аденозин. Аденозин ингибирует (захватывает) молекулы, высвобождающиеся во время активного бодрствования. То есть собирает в одну кучу отходы жизнедеятельности мозга. Таким образом, побочные продукты потребления организмом энергии накапливаются, и мы испытываем усталость.

Мелатонин сам по себе не создает сон, он сообщает организму, что пора бы поспать. Его концентрация плавно возрастает в сумерки, достигает максимума около четырех-пяти утра по местному солнечному времени, после чего медленно снижается. С рассветом, который дает эпифизу сигнал перекрыть кран с мелатонином, начинает продуцироваться кортизол (да-да, тот самый, что известен как «гормон стресса»), и мы просыпаемся. Мозг сообщает организму: «баланс усталость-отдых восстановлен, накопленный ресурс бодрости снова можно растрачивать».

Центральное серое вещество

Только что мы говорили о пробуждении-засыпании в зависимости от работы биологических часов и влиянии на них внешних факторов, в частности, количества солнечного света. Но есть же и внутренние факторы.

В ретикулярной формации есть нейроны, настроенные на работу и со внутренней средой, которые реагируют на усталость, насыщение, болезнь и т.д. Сонливость появляется в результате того, что эти факторы активируют ретикулярные ядра продолговатого мозга, от них сигнал уходит на центральное серое вещество. А серое вещество дает всеобщую команду «спать!»