Чому ми засинаємо і прокидаємося
Нейрони, які безпосередньо дають сигнал заснути або прокинутися, слухаються нейромедіатора дофаміна - високий рівень дофаміну в мозку пригнічує всякі сонні сигнали.
Сон і біологічний годинник пов'язані між собою дуже тісно, так що легко сплутати одне з іншим. Однак сон - лише один із проявів циркадного (тобто добового) ритму: при зміні дня і ночі у нас змінюється гормональний фон, змінюється активність генів, і, серед іншого, ми відчуваємо сонливість або, навпаки, прокидаємося.
Щоб заснути і прокинутися, організму потрібна команда спеціальних сонних нейронів. (Фото C.J. Burton / Corbis.)
Вважається, що добове чергування сну і неспання пов'язані з гормоном мелатоніном: в залежності від часу доби його концентрація або зростає (до вечора), або падає (до ранку), і ми слідом за цими коливаннями засинаємо і прокидаємося.
У той же час відомо, що підвищення рівня мелатоніну не обов'язково викликає сон, скоріше, він допомагає сну наступити, працюючи як заспокійливе і пригнічуючи нашу реакцію на навколишні стимули. З іншого боку, людина ж може заснути і вдень, коли за біологічним годинником спати не годиться.
Хоча зараз вже багато відомо про те, як поводиться мозок під час сну і з яких нейронних ланцюжків починає поширюватися сонний сигнал, регуляція циклу сон-неспання до сих пір не цілком зрозуміла: образно кажучи, хто безпосередньо «смикає за рубильник»?
Вважається, що крім системи добового ритму, у нас є ще так званий сонний гомеостат. Під гомеостатом розуміють самоорганізується систему, що моделює здатність живих організмів підтримувати деякі величини (наприклад, температури тіла) в фізіологічно допустимих межах.
Багатьом знайоме слово «гомеостаз» - саморегуляція, призначення якої в тому, щоб якісь параметри залишалися незмінними; так ось, гомеостат - це безпосередній виконавець гомеостазу. Гомеостат можна зробити у вигляді електромагнітної ланцюга, але в живих організмах він, зрозуміло, зібраний з нейронів, гормонів, інших молекулярних сигналів і т. Д.
Суть сонного гомеостата в тому, щоб відстежувати якийсь показник сну і неспання: як тільки показник дійде до певного порогу, «пристрій» спрацює, і індивідуум засне. Уві сні згаданий показник повернеться на вихідну позицію, і «пристрій» спрацює на пробудження.
Сонним гомеостатом в мозку працюють особливі нейрони, які є у багатьох тварин і з великою ймовірністю є і у людини. У дослідах на мухах дрозофилах вдалося з'ясувати, що якщо ці нейрони простимулювати, то комахи впадають в сон, і під час сну нейрони гомеостата залишаються активними. Під час неспання ті ж нейрони «мовчать», і якщо штучно зробити їх нечутливими до будь-яких подразниками, у дрозофіл почнеться безсоння.
На клітинно-молекулярному рівні тут відбувається наступне: по дофамінових сигналу в мембрану клітин вбудовуються спеціальні білки, що утворюють додатковий іонний канал, через який починають «протікати» іони, вирівнюючи власну концентрацію по обидві сторони мембрани.
У сонного перемикача є тільки два положення, «вкл.» І «викл.», Що зрозуміло - і дрозофіли, і ми може або спати, або не спати, а проміжний стан засипання, дрімоти не може тривати хоч скільки-небудь довго. (Хоча, очевидно, система сонного гомеостата повинна працювати у співпраці з іншими контролерами сну, зокрема, з тими ж циркадних ритмів.)
Те, що сонні нейрони слухаються дофамінових сигналів, допомагає зрозуміти, чому багато психостимулятори, як дозволені, так і нелегальні, начебто кокаїну, проганяють сон - вони просто сильно підвищують рівень цього нейромедіатора в мозку. Але, якщо відволіктися від стимуляторів, то перед нами виникає наступне питання: як в нормі відбувається перемикання сонних нейронів? На який параметр реагують гомеостатние нейрони, перш ніж заснути або прокинутися?
Очевидно, дофамін тут служить тільки «посланником», а в якості головного сигналу може бути або світло, або гучний звук (або відсутність того чи іншого), або ж загальна втома, які якимось чином перетворюються в зрозумілу для сонних нейронів команду.