Архитектура ночи
Глава 3. Что происходит за восемь часов: четыре стадии, девяностоминутные циклы и почему утренний сон совсем не такой, как ночной
Цели урока
К концу этого урока вы:
- Как пять стадий Лумиса (A–E) превратились в современные N1, N2, N3, REM — и почему это не просто переименование
- Что такое сонные веретёна (спиндли), K-комплексы и медленные волны — как они выглядят и чем отличаются
- Как выглядит гипнограмма за восемь часов: в чём разница между первым и последним циклом
- Чем REM выглядит на ЭЭГ — и почему это сбивало с толку исследователей
- Какие вопросы об архитектуре сна до сих пор открыты
Сейчас объясню так, что станет очевидно. Слушай.
Архитектура ночи
Вы засыпаете в половине двенадцатого. С вашей точки зрения ничего не происходит: вы потеряли сознание и через восемь часов проснулись. Но если бы рядом с вашей кроватью стоял самописец с ЭЭГ — та самая машина, которую Азеринский таскал в подвал Чикагского университета в декабре 1951 года, — он записал бы совершенно другую историю.
Примерно через пятнадцать минут после того, как вы закрыли глаза, альфа-волны начнут рассыпаться. Лента самописца сменит рисунок: медленный, почти плоский. Вы в стадии N1. Ещё через несколько минут появятся короткие веретёнообразные вспышки — спиндли. N2. Глубже — медленные, огромные волны. N3, самая тёмная точка ночи. Потом, неожиданно, волны снова участятся и уплощатся: мозг словно проснулся, хотя вы не просыпались. Это REM — тот самый, который нашёл Азеринский.
Потом цикл повторится. И ещё раз. Четыре или пять раз за ночь — каждый раз немного иначе.
Быстрое повторение
Прежде чем читать дальше, попробуйте вспомнить: что Демент добавил к открытию Азеринского? И что именно Лумис назвал «стадией E»?
Что вы поймёте после этой главы
- Как пять стадий Лумиса (A–E) превратились в современные N1, N2, N3, REM — и почему это не просто переименование
- Что такое сонные веретёна (спиндли), K-комплексы и медленные волны — как они выглядят и чем отличаются
- Как выглядит гипнограмма за восемь часов: в чём разница между первым и последним циклом
- Чем REM выглядит на ЭЭГ — и почему это сбивало с толку исследователей
- Какие вопросы об архитектуре сна до сих пор открыты
Часть 1. От Лумиса к AASM: как карта стала точнее
В 1937 году Лумис, Харви и Хобарт разбили ночь на пять стадий: A, B, C, D, E. Это была первая карта — грубая, но революционная. Она показала: мозг во сне не «выключен», а переключается между разными режимами. Через шестнадцать лет Азеринский добавил REM — шестое состояние, которого на карте не было [1].
Следующие двадцать лет сомнологи накапливали данные и спорили о том, сколько стадий правильно. Разные лаборатории использовали разные критерии. В 1968 году Аллан Рехтшаффен и Антони Кейлс опубликовали первый стандартизированный «Руководящий документ» (так называемый «R&K manual»), который свёл всё к четырём NREM-стадиям (1, 2, 3, 4) плюс REM [3].
А в 2007 году, обновив его в 2017-м, Американская академия медицины сна (AASM) упростила схему до современного канона: N1, N2, N3 и R [2]. Стадии 3 и 4 из схемы 1968 года объединили в одну — N3. Причина: граница между ними была условной, клинически ничего не добавляла, и разные лаборатории проводили её по-разному.
Почему это важно. Когда вы читаете исследования о сне, напечатанные до 2007 года, вы встретите «стадию 3» и «стадию 4» отдельно. В более свежих работах — только N3. Это не разные факты, это разные системы обозначений одного и того же явления. Так же, как стадия E у Лумиса — это N3 в современной терминологии, только описанная семьдесят лет назад и с менее точными критериями.
Часть 2. N1, N2, N3 — три лица NREM
NREM (non-rapid eye movement sleep) — не одно состояние, а три. Они отличаются друг от друга примерно так же, как засыпание в кресле на совещании отличается от глубокого, почти мёртвого сна, из которого невозможно проснуться даже от грохота. Вот что происходит на ЭЭГ в каждой из них [2][3].
N1 — засыпание
Альфа-ритм бодрствования (8–13 Гц) рассыпается. Появляется низковольтная смесь частот. У многих людей возникают гипнагогические рывки — ощущение падения и резкое вздрагивание. Человека легко разбудить, и он часто скажет, что вообще не спал. Обычно N1 занимает 5–10 минут.
N2 — лёгкий сон со спиндлями
Здесь появляются два характерных ЭЭГ-события: сонные веретёна (sleep spindles) — короткие вспышки волн 12–15 Гц, похожие на сигары на записи, длительностью 0,5–2 секунды; и K-комплексы — одиночные крупные двуфазные волны. N2 занимает около половины всей ночи — это самая частая стадия взрослого сна.
N3 — глубокий медленноволновой сон (SWS)
Появляются медленные дельта-волны (0,5–4 Гц) с высокой амплитудой — они занимают больше 20% записи. Именно это состояние называют «глубоким сном» в обычной речи. Разбудить человека трудно; если разбудить — он будет дезориентирован (sleep inertia). В N3 происходит выброс гормона роста и, как стало известно позднее, глимфатическая очистка мозга.
Что такое сонные веретёна — зачем они вообще? Спиндли порождает таламус — структура, которая работает как «ворота» сенсорной информации к коре. Во время N2 таламус периодически посылает в кору эти вспышки, которые на ЭЭГ выглядят как веретёна. Нынешняя гипотеза: спиндли защищают сон, блокируя проникновение внешних сигналов. Человек с большим количеством спиндлей меньше просыпается от шума [3]. Кроме того, есть данные, что количество спиндлей коррелирует с производительностью при консолидации процедурной памяти, — но об этом подробнее в главе 6.
Часть 3. REM по ЭЭГ — обманчивое бодрствование
Фаза REM — самая странная из четырёх, и не только потому, что в ней мы видим сны. Странность в том, что на ЭЭГ она выглядит как бодрствование. Низковольтная, быстрая, десинхронизированная запись — именно та, которую в 1937 году Лумис относил к «стадии B» или артефакту.
Почему это происходит? В REM кора мозга активна почти так же, как при бодрствовании: таламические «ворота» открыты, нейроны разряжаются часто и нерегулярно. Разница от бодрствования — не в коре, а в двух других местах: (а) глаза быстро движутся под закрытыми веками (это Азеринский заметил первым), и (б) крупные мышцы тела почти полностью парализованы — так называемая мышечная атония, которую обеспечивает ствол мозга [2].
Мышечная атония — зачем? Если бы мышцы оставались активными во время ярких сновидений, мы бы разыгрывали их физически — бегали, дрались, кричали. Именно это происходит при расстройстве поведения в фазе REM (REM sleep behaviour disorder): у таких людей атония нарушена, и они буквально разыгрывают содержание сна. Это, кстати, ранний маркёр болезней Паркинсона и Леви-тельцового деменции.
Именно сочетание трёх сигналов — ЭЭГ как при бодрствовании + быстрые движения глаз (ЭОГ) + атония мышц (ЭМГ) — даёт однозначный диагноз «REM» при полисомнографии. Убрать любой из трёх — и картина становится неоднозначной. Поэтому в современной лаборатории сна одновременно пишут все три сигнала [2].
Часть 4. Гипнограмма — ландшафт ночи
Гипнограмма — это график переходов между стадиями в течение всей ночи. Если нарисовать её на листке, ночь выглядит как ландшафт: глубокие долины N3 в первой половине, высокие плато REM — ближе к утру. Именно поэтому архитектура ночи — не просто красивая метафора, а точное описание [3].
Вот что происходит за типичные восемь часов взрослого сна. Четыре–пять циклов, каждый около 90 минут. Но каждый цикл — разный по составу [3]:
Первая половина ночи
Доминирует N3 (глубокий медленноволновой сон). Первый цикл — самый глубокий. REM-эпизоды короткие, 5–10 минут.
Вторая половина ночи
N3 почти исчезает. REM-эпизоды удлиняются до 20–30 минут. Последний цикл перед пробуждением может состоять почти целиком из REM и лёгкого N2.
Это объясняет несколько практически важных фактов. Первый: если вы ложитесь поздно, вы лишаете себя прежде всего N3 — именно он концентрируется в первой трети ночи, и «досыпать» его утром не получится, какой бы долгой ни была ваша постельная история. Второй: если вы ставите будильник раньше естественного пробуждения, вы обрываете утренние REM-циклы. Именно поэтому, когда нет будильника, вы часто помните сны из последнего цикла — они были прямо перед пробуждением.
Теперь проверьте, насколько хорошо вы поняли архитектуру ночи. В интерактивном задании ниже расставьте пять периодов ночного сна в правильном порядке — от засыпания до утреннего пробуждения:
«Понимаешь, N3 концентрируется в первой половине ночи, потому что именно тогда мозг выполняет самую глубокую восстановительную работу.»
«Серьёзно? И что он там делает?»
«Честно говоря — мы точно не знаем.»
«Так зачем ты мне это объяснял?»
«Потому что не знать это — теперь намного точнее, чем раньше.»
Часть 5. Что мы до сих пор не знаем
Архитектура ночи задокументирована детально, и это создаёт иллюзию, что понимание полное. Оно не полное. Несколько вопросов до сих пор открыты — и именно они в ближайшие годы могут изменить картину.
REM-density. Внутри фазы REM движения глаз бывают разной «плотности» — от одиночных рывков до почти непрерывных пачек. Что это значит для содержания сновидений, консолидации памяти или нейрохимии мозга? Непонятно. В 70-летней ретроспективе 2024 года этот вопрос назван одним из ключевых нерешённых [4].
PGO-волны. В стволе мозга у животных (кошек, крыс) в начале каждого REM-периода регистрируются так называемые PGO-волны (pontine-geniculate-occipital) — вспышки активности, которые идут от моста к зрительной коре. У людей прямо зарегистрировать их сложнее: нет подходящих электродов внутри мозга. Предположительно PGO-волны имеют отношение к «движущемуся» нарративу сновидений — но доказательств мало [4].
Вариабельность нормы. Сколько N3 нормально в возрасте 70 лет? Как выглядит архитектура здорового сна у людей с сезонными изменениями светового дня? Пока «норма» гипнограммы — это в основном молодые здоровые взрослые в лабораторных условиях. Реальный разброс шире, чем кажется.
Это не повод разочаровываться. Это то, что делает нейронауку живой: карта составлена, но белых пятен на ней ещё достаточно. Вспомните, как в главе 1 Лумис нарисовал карту без REM — потому что у него не было нужных инструментов. Сегодня у нас есть инструменты точнее. И белые пятна тоже точнее — мы знаем, что именно не знаем.
Callback к открытию REM (глава 2). Азеринский обнаружил REM в 1951–53 году — и уже тогда заметил, что плотность движений глаз варьируется от эпизода к эпизоду. Он не смог объяснить, почему. Семьдесят лет спустя точного ответа по-прежнему нет [4]. Некоторые открытия оказываются не точками, а началом очень длинных вопросов.
Итоги главы 3
N1 — переход в сон
Альфа рассыпается, появляется низковольтная смесь. 5–10 минут. Легко разбудить. Часто человек не осознаёт, что спал.
N2 — лёгкий сон, ~50% ночи
Спиндли и K-комплексы. Самая частая стадия ночи. Именно здесь, вероятно, часть работы по защите сна и консолидации памяти.
N3 — глубокий сон, первая половина ночи
Медленные дельта-волны. Разбудить трудно. Выброс гормона роста. Концентрируется в первых трёх циклах — «досыпать» его не получится.
REM — вторая половина ночи, удлиняется к утру
ЭЭГ как при бодрствовании + быстрые движения глаз + мышечная атония. Сновидения. Последний цикл перед пробуждением — почти целиком REM.
В следующей главе. Мы знаем, как выглядит ночь снаружи — что пишет ЭЭГ. Но кто управляет расписанием? Когда вы засыпаете, когда просыпаетесь, почему вечером клонит в сон независимо от желания — этим дирижирует биологический часовой механизм. Глава 4 — про супрахиазматическое ядро, гены циркадных ритмов и Нобелевскую премию 2017 года, которую дали за то, что учёные разобрали молекулярные часы мозга на запчасти.
Источники этой главы
- Peer-reviewedAserinsky, E. & Kleitman, N. (1953). Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant phenomena, during sleep. Science, 118(3062), 273–274.
- TextbookAmerican Academy of Sleep Medicine (2017). The AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events. AASM.
- TextbookCarskadon, M. A. & Dement, W. C. (2017). Normal human sleep: an overview. В кн.: Kryger M. et al. (ред.), Principles and Practice of Sleep Medicine, 6th ed. Elsevier.
- Peer-reviewedVarious (2024). The 70 years since the discovery of REM sleep: history, EEG features and unsolved issues. Sleep Medicine Reviews.
- Popular-expertКовальзон, В. М. Нейробиология сна (обзор). sleep.ru.
Данные об архитектуре сна (проценты по стадиям, длительность циклов) — из Carskadon & Dement (2017) и AASM (2017). Клинические данные о расстройствах поведения в REM проверены по отдельным источникам. Это — не индивидуальная медицинская консультация.