Научные исследования сна и сновидений

 

Вопреки извечному человеческому очарованию снами, они не рассматривались в качестве предмета широких научных исследований вплоть до второй половины XX века. Одной из причин этого было то, что научному интересу к процессам сна пришлось ждать возникновения экспериментальной психологии в девятнадцатом веке и развития ее в двадцатом. Другой причиной оказался технический фактор: вплоть до недавнего времени инструментарий для исследования снов просто не был разработан. Сложные и чувствительные электронные приборы, используемые в современных исследованиях сна и снов, занимаются измерением, проверкой и записью тончайших нюансов электропотенциала и всех видов биологической активности. До их изобретения у ученых не было возможности отслеживать изменения биоэлектрического потенциала, происходящие в мозгу спящего, сопровождающие (и, может быть, порождающие) события, переживаемые человеком во сне. Некоторая историческая информация может помочь читателю в понимании того, каким же образом свершилась эта техническая революция.

Начало эпохи электричества восходит к одному из самых знаменитых за всю историю науки экспериментов, проведенному в XVIII веке итальянским физиологом Луиджи Гальвани, — эксперименту, в ходе которого было открыто «животное электричество». Гальвани был крайне удивлен, что когда он прикасался к отсеченной лягушечьей лапке двумя кусочками различных металлов, то та начинала дергаться, как живая. Кроме того, когда Гальвани, подсоединив к ней провода, сделал примитивное устройство для определение электропотенциала, он обнаружил, что и в самом деле вырабатывается электричество. На этом Гальвани и построил свою теорию о том, что нервы ноги служат источником электричества, а затем обобщил предположение, заключив, что все ткани организма продуцируют «животное электричество» как результат процессов жизнедеятельности живых существ.

Через некоторое время после этого открытия другой итальянец, физик Алессандро Вольта, доказал ошибочность теории Гальвани в отношении источника электричества, приводившего в движение лапку лягушки. Вольта показал, что электрический потенциал (названный в честь ученого «voltage») происходил из сочетания медной и стальной проволоки, контактировавшей с влажной тканью, — другими словами, из примитивной батареи, достаточно мощной для того, чтобы стимулировать рефлекторную мышечную активность. Позже Гальвани все же доказал, что, как и было открыто, активность мышечных и нервных клеток приводит к микроскопическим изменениям электрического заряда — к «животному электричеству»!

К середине XIX века научное понимание электричества достигло уже достаточного уровня, чтобы стало возможным качественное измерение электрической активности нейронов на любом участке нервной системы. Когда одно окончание периферическою нерва подвергалось активной стимуляции, на другое его окончание постоянно передавался электрический импульс. Ричард Кейтон из Ливерпульского университета заключил, что это и есть способ передачи импульсов по периферической нервной системе (к которой принадлежат органы чувств и двигательные нервы, расположенные вне центральной нервной системы), а также, возможно, и в центральной нервной системе (головном и спинном мозге). Таким образом, если в результате измерения электропотенциала мозга отмечаются какие-либо изменения, то они должны быть следствием сенсорной стимуляции мозга.

Начало эпохи электричества восходит к одному из самых знаменитых за всю историю науки экспериментов, проведенному в XVIII веке итальянским физиологом Луиджи Гальвани, — эксперименту, в ходе которого было открыто «животное электричество». Гальвани был крайне удивлен, что когда он прикасался к отсеченной лягушечьей лапке двумя кусочками различных металлов, то та начинала дергаться, как живая. Кроме того, когда Гальвани, подсоединив к ней провода, сделал примитивное устройство для определение электропотенциала, он обнаружил, что и в самом деле вырабатывается электричество. На этом Гальвани и построил свою теорию о том, что нервы ноги служат источником электричества, а затем обобщил предположение, заключив, что все ткани организма продуцируют «животное электричество» как результат процессов жизнедеятельности живых существ.

Через некоторое время после этого открытия другой итальянец, физик Алессандро Вольта, доказал ошибочность теории Гальвани в отношении источника электричества, приводившего в движение лапку лягушки. Вольта показал, что электрический потенциал (названный в честь ученого «voltage») происходил из сочетания медной и стальной проволоки, контактировавшей с влажной тканью, — другими словами, из примитивной батареи, достаточно мощной для того, чтобы стимулировать рефлекторную мышечную активность. Позже Гальвани все же доказал, что, как и было открыто, активность мышечных и нервных клеток приводит к микроскопическим изменениям электрического заряда — к «животному электричеству»!

К середине XIX века научное понимание электричества достигло уже достаточного уровня, чтобы стало возможным качественное измерение электрической активности нейронов на любом участке нервной системы. Когда одно окончание периферическою нерва подвергалось активной стимуляции, на другое его окончание постоянно передавался электрический импульс. Ричард Кейтон из Ливерпульского университета заключил, что это и есть способ передачи импульсов по периферической нервной системе (к которой принадлежат органы чувств и двигательные нервы, расположенные вне центральной нервной системы), а также, возможно, и в центральной нервной системе (головном и спинном мозге). Таким образом, если в результате измерения электропотенциала мозга отмечаются какие-либо изменения, то они должны быть следствием сенсорной стимуляции мозга.

В то же время мозг рассматривался всего лишь как нейронная сеть — орган, всецело зависящий от внешних стимулов и сам по себе ничего не делающий; иначе говоря, не способный давать что-либо, кроме ответов на заданные вопросы. И если такой мозг не был tabularasa, то лишь потому, что в нем оставляли след импульсы, поступавшие из органов чувств. В 1875 году Кейтон попытался измерить предполагаемую реакцию мозга на сенсорную стимуляцию. Подвергнув собаку анестезии, он вскрыл ей черепную коробку и обнаружил поверхность полушарии ее мозга. Когда Кейтон подсоединил электроды к коре головною мозга собаки, у нее случился шок, и это не был электрошок. Собака была под анестезией, следовательно, возможности получать какую-либо сенсорную информацию у нее не было, и Кейтон не ожидал никаких физиологических изменений в ее мозговой активности. По, вопреки ожидаемой стабильности потенциала, в мозгу собаки происходили непрерывные изменения, быстрые колебания напряжения. Произошедшее послужило явным доказательством того, что мозг не является только лишь аппаратом реакций на стимулы: нейтральным его состоянием оказался не полный покой, а активность. По крайней мере, это можно было утверждать о мозге «друга человека».

Чтобы сделать записи мозговой активности добровольцев из человеческого племени, пришлось ждать изобретения альтернативной экспериментальной техники, поскольку иначе потребовалось бы вскрывать слишком много черепных коробок. Дело в том, что биоэлектрический потенциал мозга очень слаб — порядка милливольта и меньше (милливольт — одна тысячная вольта; для сравнения: напряжение в обычной пальчиковой батарейке равняется полутора тысячам милливольт). Очевидно, электропотенциал мозга достаточно слаб даже при измерении его непосредственно на поверхности мозга, и во много раз слабее, если ему приходится преодолевать сопротивление оболочек, особенно костной. Даже самые чувствительные приборы, применявшиеся в XIX веке, не были достаточно чувствительны, чтобы воспринимать и записывать сигналы, амплитуда которых не превышала нескольких микровольт (миллионные доли вольта). Изобретение электронной лампы-усилителя в начале XX века обеспечило возможность ведения измерений с необходимой точностью, а также обусловило появление высококачественной звукозаписи, радио и телевидения.

Этим не преминул воспользоваться Ханс Бергер, немецкий нейропсихиатр, получивший возможность при помощи новых приборов записывать электрическую активность человеческого мозга, не нарушая целостности черепов добровольцев. Каково же было его удивление, когда результаты оказались не менее сенсационными, чем открытие, сделанное Кейтоном за 50 лет до него. В опытах с человеком Бергер ожидал получить такие же беспорядочные колебания напряжения, как и при проведении опытов с животными: кроликами, кошками, собаками, обезьянами. Но колебания напряжения у представителей человеческой расы оказались неожиданно ритмичными. Бергер назвал записи мозговых волн электроэнцефалограммой (ЭЭГ) и отметил, что, как только субъект был в состоянии лечь, закрыть глаза и расслабиться, колебания его мозговых волн становились регулярными, с периодичностью повторения примерно 10 раз в секунду. Это и был знаменитый «альфа-ритм» (названный так его первооткрывателем), свидетельствующий о состоянии расслабления (равно как и о погружении в медитацию). Бергер обнаружил, что частота (количество пиков в секунду) колеблется между 8-ю и 12-ю, и альфа-ритм исчезает, как только из внешнего мира поступает неожиданный стимул (например, звук щелчка пальцами). Наконец-то у науки появилось окно, открытие которого обещало пролить свет на природу сознания.

Занятно, что наблюдения, сделанные Бергером, поначалу были восприняты в научных кругах с изрядной долей скепсиса. Большинство электрофизиологов сочли обнаруженный Бергером альфа-ритм результатом определенного рода ошибки в измерениях, а не следствием естественной активности мозга. Эксперты двояко обосновывали свои сомнения: во-первых, они были уверены, что единственный тип электрической активности мозга — это «пиковые [spike] всплески потенциала», связанные с работой мозговых клеток; во-вторых, в альфа-ритме, о существовании которого заявил Бергер, наблюдалась регулярность такой степени, которую в живой природе встретить никто не ожидал; так что полученный результат проще было приписать сбоям в работе аппаратуры. Лишь после повторения этого опыта исследователями из Кембриджского университета, основополагающее открытие Бергера было наконец принято, и тем самым положено начало энцефалографии как науки. Среди исследований связи между состоянием сознания и состоянием мозга (в которых Бергер также был пионером) была и первая электроэнцефалограмма спящего человека.

Исследования изменений ЭЭГ в процессе сна, впервые выявленных Бергером, были продолжены в 30-е годы в Гарвардском университете.¹ На основе записей ЭЭГ бодрствования и сна пяти уровней там пришли к заключению, что сновидения имеют место во время более поверхностного сна. В подобной же серии исследовании в Чикагском университете изучалась разница между изменениями умственной активности у бодрствующего и у спящего субъекта. Был сделан вывод, что в фазе глубокого сна сны снятся очень редко.² Эти исследования позволили предположить, что изучение сновидения могло бы стать более объективным и научным, если бы существовали какие-то способы удостовериться, видит данный человек сны, или нет — и если видит, то когда. Но прежде чем ученые реализовали эту возможность, прошло несколько десятилетий.

В конце 40-х было обнаружено, что стимуляция нервной структуры ствола мозга (основания мозга), называемой ретикулярной формацией, ведет к активизации коры больших полушарий. Стимуляция ретикулярной формации у спящей кошки, к примеру, приводила к пробуждению, а разрушение приводило, наоборот, к состоянию перманентной комы. А коль скоро главным источником активизации ретикулярной формации являются сенсорные сигналы, была предложена теория, согласно которой сон может порождать процессы торможения в ретикулярной системе. Так что погружение в сон может зависеть от снижения ретикулярной активности вследствие уменьшения количества поступающих сенсорных сигналов.

Отношение к засыпанию как к пассивному процессу, по всей видимости, заслуживало внимания. И в самом деле: разве в темной, тихой комнате заснуть не проще, чем в шумной и ярко освещенной?! Но теория засыпания как всего лишь пассивного следствия снижения количества информации, воспринимаемой органами чувств, имела явные недостатки. В конце концов, как бы тиха и темна ни была комната, если вы не хотите спать, вы не уснете. С другой стороны, если вы не выспались и очень устали, вы будете в состоянии уснуть где угодно, даже стоя на рок-концерте! Таким образом, совершенно очевидно, что засыпание не могло быть объяснено только этой теорией. Поэтому обнаружение через некоторое время в основании мозга, лобных долях и других его частях активных гипногенных центров, электро— или нейрохимическая стимуляция которых вела к засыпанию, не было неожиданностью.

К концу 40-х годов это было существенным достижением в научном изучении биологии сна. Сон рассматривался как конец континуума бодрствования. В другом конце этого континуума было состояние полного бодрствования, поделенное на промежуточные стадии: от расслабления, через состояние внимания и до состояния полной умственной подвижности, достигающей крайней степени в маниях или в панике. В каком месте этой шкалы вы находитесь, зависит от состояния вашей ретикулярной формации. При таком подходе сон становится банальностью, и степень погружения в него определялась по шкале бодрствования. Сновидения, отмечавшиеся чаще всего во время неглубокого сна, выглядели как занятные отклонения в сторону состояния частичного бодрствования при частичном функционировании аппарата мышления.

С течением времени эти взгляды были вытеснены новыми, возникшими в результате важных событий 50-х годов.

 

Сновидение и БДГ-сон

 

В 1952 году студент Чикагского университета Юджин Асерински, работая под руководством Натаниэля Клейтмана, изучая картину сна у младенцев, сделал важное наблюдение. Он заметил, что периоды движения глаз и других проявлений активности регулярно перемежаются периодами относительно спокойного сна. Эти повторяющиеся периоды быстрых движений глаз (БДГ) легко наблюдать при помощи электродов, прикрепленных у глаз наблюдаемого. Получившуюся запись назвали электроокулограммой (ЭОГ). Одновременное снятие записей ЭЭГ и ЭОГ показало, что периоды БДГ соответствуют поверхностному сну. Больше того, когда субъекты (в данном случае — взрослые) бывали разбужены после БДГ-периодов, они обычно сообщали об очень ярких снах; после же пробуждения от других фаз сна они рассказывали, что видели сны только в одном случае из пяти (другие фазы называются не-БДГ-сон, или НБДГ).²

Наконец-то у науки появился ключ к снам или, по крайней мере, к разрешению таких загадок, как частота и длительность сновидений, а также вопроса о том, бывают ли люди, невидящие снов, или они их просто не помнят.

Среди тех, кто работал в лабораториях Клейтмана, был медик-второкурсник Уильям К. Демент, защитивший по окончании медицинского колледжа докторскую диссертацию по физиологии под руководством Клейтмана. Демент для своей диссертации провел обширную серию экспериментов, направленных на дальнейшее прояснение того, какое отношение имеет БДГ-сон к сновидениям (БДГ-сон — термин, предложенный Дементом). Новые исследования Демента обнаружили множество основных характеристик БДГ-снов. Среди прочего было открытие связи между продолжительностью БДГ-сна перед пробуждением и длиной последующего отчета о сновидении: чем больше времени проведено в БДГ-сне, тем длиннее сновидение. Это дало первое (хотя и косвенное) доказательство существования соответствия между физическим временем и временем сновидения. Демент также предположил, что существует соответствие между движениями глаз и изменением направления взгляда во сне. Предположение, что БДГ являются следствием движений глаз спящего в его сновидении, вызвало в дальнейшем значительные дискуссии.

Я хочу отметить, что следствием основополагающих работ Асерински, Демента и Клейтмана в последующие 30 лет стали тысячи исследований сна и сновидений.