Сон под микроскопом. Что происходит с нами и мозгом во время сна

История первая

Будильник: в поисках изобретателя

Профессии часовщик и «будильщик»

Индустрия знаменитых швейцарских часов и в первой половине XXI веке продолжает развиваться; находятся мастера, которые открывают новые мануфактуры, производящие только десятки экземпляров механических часов в год. Почему часовая промышленность все еще жива? «В них магия», – утверждают часовщики, веря в нескончаемую жизнь механических часов. Однако поиск хоть какого-нибудь – простенького или дорогого, уникального или исторически привлекательного – будильника на одной из больших и центральных европейских часовых ярмарок (до начала пандемии) успехом не увенчался. Не хранит в себе механизм будильника ни изящества, ни особенной тайны мира часовых пружин и колесиков. Будильник как отдельный предмет человеческого быта подводит итог своей недолгой истории. Порой только редкие инженеры-любители, но чаще дизайнеры предлагают новые идеи оформления декоративных часов, подающих в нужное время сигналы. Сегодня функцию побудки взяли на себя мобильные телефоны, пожалуй, полностью вытеснившие «настоящие» механические будильники.

Развитие недлинной истории будильника началось во второй половине XIX века, когда активный толчок индустриализации заставил человечество дышать новым городским ритмом. Петухи в городах не прижились, а звон церковных колоколов не всегда был слышен на окраинах, заселенных рабочими. В России и СССР рабочих будили фабричными гудками вплоть до конца 1950-х годов, но тогда, пожалуй, уже в каждой городской семье был «круглый» будильник 2-го Московского часового завода, показанный в фильме «Москва слезам не верит». Огромные предприятия Америки к концу XIX века страдали от опаздывающих к конвейерам рабочих, в штаты заводов вводилась новая рабочая единица, задачей которой было стучать молотком не в цеху, а по окну заводчан. В Англии профессия «будильщик» некоторое время была востребована. Архивы музейных фотографий из Туманного Альбиона начала прошлого века приоткрывают тайны мастерства того непростого бизнеса. На заре разбудить заказчика, живущего на первом этаже, – без проблем, палкой дотянуться до окна: тук-тук. А на втором? Удлинить палку или удочкой поцарапать по окну. А как быть с теми, кто живет на третьем этаже и выше? Но «нокаперы»[35 - От англ. Knocker up – «молоток вверх», так в Англии и Ирландии называли человека, работа которого заключалась в том, чтобы будить людей на работу.] были изобретательны. Даже дежурившие по ночам полицейские «подрабатывали» побудкой людей. К 1920 годам профессия будильщиков начала вытеснятся механическими часами, которые прекрасно справлялись с этой задачей.

Петухи, колокола и флейта Платона

Стремительный рост выпуска будильников пришелся на смену веков и быстро прогрессировал до тех пор, пока Вторая мировая война не перенаправила производство в Европе на более нужные в военное время цели. Однако и военным нужно было просыпаться вовремя! К 1940 году только часовая промышленность СССР выпускала 349 000 будильников, что составляло 12 % от всех видов выпускаемых в стране часов, к 1975 году – уже в 50 раз больше.

Неужели человечеству в предыдущих веках не нужно было рано вставать? Хороший вопрос! Однако не только будильник, но и сам часовой механизм нужно было еще придумать. До этого важного изобретения начало того или иного дела определялось брезжущей зарею – утром, позже – по полудню, на закате дня или когда первая звезда взойдет – при хорошей погоде. Тогда же и солнечные часы работали неплохо. Петухи сослужили отличную службу, помогая определять утреннее время. Сколько раз кричат за ночь петухи? После полуночи – «первые петухи». Хозяйки могли спать до «вторых», а услышав те, нужно было вставать и приниматься за необходимую домашнюю работу, чтобы к «третьим» – ранним утром – завтрак домочадцам уже был готов.

Петухи, куры – самая многочисленная и распространенная на земле птица. И в Древнем Египте, и в Античной Греции, на Ближнем Востоке. Платон и Диоген обсуждали вопрос «умности» кур, а с ними и человека с куриными мозгами. Пришло время упомянуть древнегреческого философа как одного из первых персонажей, имеющих прямое отношение к будильнику.

На 387 году до н. э. можно поставить точку отсчета в «истории будильника».

Удивительно, что в истории будильника совсем нечасто встречаются имена изобретателей и исследователи вопроса точно не знают, когда же и где появились «персональные» механические будильники. Возможно, еще в XIII столетии и точно уже были известны в Германии XV века. Старинные специальные часовые механизмы, которые могут издавать в определенные время сигналы, – будильники (не путать с часами с боем или часами с кукушкой) можно найти в музеях техники или истории, но на табличках, описывающих устройство, крайне редко встречаются имена создателей.

Притянув за уши дошедшую до нас историю о «будильнике Платона», можно с ненаучной осторожностью заявить, что на 387 году до н. э. можно поставить точку отсчета в «истории будильника». Истории повествуют о том, что Платон решил извещать о началах своих чтений звуками флейты, придумав для этого специальную систему из объемов, наполненных водой, и трубочек, по которым текла вода. В какой-то определенный момент вытесненный воздух попадал в горлышко флейты и издавал звук. Умно? Кто будет спорить! Но почему академику самому не подуть во флейту или не попросить мальчишку-флейтиста? А вот определять одинаковое время диспута, останавливая увлекшихся обсуждением своих тезисов учеников, или напоминать самому лектору, что время занятий закончилось, было необходимо. Как звонок в школе, который сигнализировал о начале и конце занятий или перемен: еще недавно вахтеры, заведя будильник на 45 минут, нажимали большую кнопку, сигнал которой радовал всех без исключения школьников.

Иначе говоря, конструкция Платона служила не будильником, а таймером. Типов таймеров – конструкций, которые издают звуки через определенное от запуска время, было придумано немало, и они были повсеместны. Кто-то к веревке привязывал камень, вешал ее и поджигал. Когда огонь добирался до камня, тот падал на металлическую пластину – вот же скрежет был! И звук получался громкий и довольно неожиданный, прямо как колокольный набат.

Колокольные башни обычно строились рядом с церквями или прямо внутри них. «Колокола в Швейцарии трезвонят постоянно. Они звонят, чтобы напомнить крестьянину о наступлении времени обеда, о том, что ему пора заканчивать трапезу и возвращаться к работе. В субботу колокола напоминают о том, что завтра будет воскресенье, а по воскресеньям – о том, что оно наконец настало» – так в своей книге «Эти странные швейцарцы» британский журналист Пол Билтон пишет о беспрерывном использовании колокольного звона в этой стране. Четыре раза в час, 24 раза в сутки – не много ли для современного человека, желающего ночью отдохнуть? В Швейцарии, кстати, в последнее время уже несколько раз заводились судебные дела из-за колокольного звона, который мешает спать. И несмотря на то что решения обычно выносились в пользу церкви, та все же повсеместно умерила громкость ночного боя своих коло колов.

Первые патенты

История колокольного звона, которая привязана к башенным церковным часам, насчитывает шесть сотен лет. А Петер Хенляйн, замочный мастер из Нюрнберга, вошел в историю как изобретатель первых портативных часов с единственной стрелкой – часовой. Родившийся в Тоггенбурге (территория современного швейцарского кантона Санкт-Галлен), математик и астроном Йост Бурги мастерил и измерительные приборы, среди которых появился интересный экспонат – часы с тремя стрелками! Ученый их создал в 1585 году для Вильгельма Мудрого – первого ландграфа немецкого княжества Гессен-Кассель (сегодня федеративная земля Гессен в Германии), при дворе которого служил. Стоит отметить, что упоминание о возникновении секундной стрелки на часах появлялось раньше, но в архивах Касселя не сохранилось других имен.

Еще один важный шаг в истории создания часов и, в частности, будильника связан с первым иностранным членом Лондонского королевского общества и президентом Французской академии наук голландским астрономом и изобретателем Христианом Гюйгенсом. Это ему принадлежит основополагающая идея всех современных механических часов – маятник! В 1657 году он получил патент на это изобретение – надежную и недорогую конструкцию, которую можно было использовать в производстве часов. Часы не только работали, но и показывали точное время.

Кто же изобрел первый механический будильник, так и остается загадкой. Первое известное имя, которое в 1787 году вошло в историю будильника, принадлежит американцу Леви Хатчинс из Конкорда, штат Нью-Гемпшир. В 16 лет Хатчинс стал учеником известного американского часового мастера Саймона Уилларда, у которого несколько месяцев учился ремонтировать часы. Спустя десятилетие Хатчинс придумал, как механизм, спрятанный в шкафчик за зеркальными дверцами, научить звонить. Получилось! Но будильник срабатывал только раз в четыре утра, и Хатчинсу приходилось вытаскивать себя из теплой постели, чтобы отключить звон. Поговаривали, что его супруга возненавидела этот шкафчик и звонок, который издавался из него в самое сладкое для сна время.

Идея регулируемого будильника была запатентована в 1847 году. И имя изобретателя хорошо известно – француз Антуан Редье. Настало новое время, и в часах появилась первая функция – издавать звуковой сигнал в определенное время, точнее, в установленный час. У будильника Редье на циферблате рядом с числами были просверлены отверстия. Нужно было поместить в него специальную булавку, чтобы механизм сработал и молоточки ударили по металлическим тарелочкам.

В это время в Америке мастер-плотник Сет Томас в 1807 году увлекся часовым бизнесом и в 1813-м основал часовую фабрику Seth Thomas Clock Company в штате Коннектикут. После его смерти компания перешла в руки сыновьям, которые придумали и ввели в производство довольно много разных вариантов часов, среди которых в 1860 году были и часы-регуляторы, ставшие прародителями будильника, именно их производство Томасы смогли сделать массовым.

Глава III

Происхождение сна

Инстинкт пробуждения

Сам момент пробуждения трудно предугадать. Пожалуй, не было еще такого, чтобы человек во сне задался вопросом: «А не проснуться ли мне сейчас?» Пробуждение никогда не происходит в будущем, только в прошлом. И ничто не напоминает об иллюзии свободы выбора так остро и с такой же настойчивой ежеутренней регулярностью, как факт отсутствия контроля над спонтанным пробуждением по утрам. Даже момент засыпания – также неуловимый – можно в некоторой степени приблизить или отдалить. Пробуждению же предшествует состояние, над которым мы не властны. Вечером перед сном мы запускаем «таймер», который отсчитывает установленный нами период для сна, и только проснувшись, мы понимаем, что ночь позади, а впереди новый день. Что же это за процесс, который готовит организм к пробуждению?

Поиск ответа начнем с утверждения: бодрствование – это источник стресса. Активность автономной нервной системы, состоящей из периферических и регулирующих множество функций бессознательного контроля нервов, не постоянна в течение суток. Например, когда мы ищем пищу или бежим от опасности, мобилизуются энергетические ресурсы организма и кровообращение перераспределяется в пользу тех органов, которые при этом задействованы. Уровень стрессовых гормонов, например кортизола, которые подготавливают нас к началу нового, полного опасностей дня, увеличивается еще во сне – особенно в последний час перед пробуждением. Именно этот факт особо интересен.

Немецкий нейробиолог, исследователь сна и памяти Ян Борн поставил эксперимент, участников которого предупредили, что их разбудят в определенное время: одних – рано утром, другие же смогут спать в свое удовольствие – сколько захочется. Уточним, что в подобных экспериментах испытуемых обычно предварительно обследуют, чтобы проверить, нет ли у них очевидных нарушений сна; им не разрешается пить кофе и употреблять прочие стимулирующие вещества; они должны придерживаться установленного графика сна-бодрствования в течение определенного времени перед экспериментом. Выполнение таких условий проверяется с помощью актиграфа – пьезоэлектрического устройства, которое надевается на запястье доминирующей руки (правая у правшей, например) и считывает все движения и их интенсивность, иначе – двигательную активность участников. Настает день, точнее, ночь эксперимента. Переодевание в пижаму, установка электродов на голову – и в постель. Не каждый может сразу заснуть в незнакомой обстановке: другая мебель, другой матрас, дверь с другой стороны от кровати, почитать перед сном столько, сколько хочется, не разрешается, свет выключается ровно в 11 часов вечера – извольте заснуть. Исследователям сна хорошо известен так называемый эффект первой ночи, когда в незнакомых условиях сон несколько нарушен, и процесс адаптации к новой спальне принимается во внимание, чтобы правильно интерпретировать эффекты того или иного экспериментального воздействия.

Уровень стрессовых гормонов, например кортизола, которые подготавливают нас к началу нового, полного опасностей дня, увеличивается еще во сне – особенно в последний час перед пробуждением.

Наконец происходит засыпание. Стадия первая, потом вторая, третья, затем сон с быстрыми движениями глаз, еще один цикл и еще один, несколько коротких пробуждений, которые совершенно не запоминаются, и затем наступает постепенная подготовка организма к утреннему выходу из сна. Напомним, что участники исследования находятся в совершенно изолированной комнате лаборатории, куда не пробивается ни один луч света, где нет часов и ничто не говорит о том, сколько времени истекло с момента засыпания, и о том, когда приходит утро.

В данном контексте понятие «настало утро» относительное: судить о том, наступило оно или нет, каждый может по каким-то своим внутренним представлениям, с помощью интуиции или, лучше сказать, по инстинкту. Инстинкты можно определить как адаптации, с которыми мы рождаемся или приобретаем в процессе развития. Это то, что находится в нашем полном распоряжении и способствует нашему приспособлению к условиям окружающей среды, успеху нашего вида и его выживанию. Для инстинктивных видов поведения не требуется осознания – это «компетентность без разумения».

Самое удивительное, что это знание может проявляться и во сне, точнее в том, насколько мы оказываемся готовыми к пробуждению. Измерение уровня одного из основных гормонов стресса – адренокортикотропного гормона – у участников эксперимента показывает, что он постепенно увеличивается в течение ночи. Однако оказывается, что у тех из спящих, которых предупредили, что их разбудят, его уровень начинает расти раньше – приблизительно на целый час. Как будто спящие «знают», что пробуждение произойдет в определенный момент, и это «знание» возникает помимо их воли и какого-либо активного в этом участия.

Даже во сне функционирует программа, которая готовит нас к бодрствованию отчасти совершенно независимо от времени суток и наших внутренних биологических часов.

Каким же образом происходит это подсознательное, незаметное и не регистрируемое никакими приборами отслеживание времени? Может ли это происходить независимо от нашей воли, от нашего активного участия? Кто внутри нас и где – в мозге ли, организме – держит руку на секундомере, отсчитывая время сна? Возможно ли это в принципе? Многие из нас переживали что-то подобное и просыпались за несколько минут до звонка будильника. Иногда даже случается, что сновидение, которое переживается ретроспективно после пробуждения, развивается таким образом, что конец сюжета включает раздражитель, который выводит нас из состояния сна. Это удивительное ощущение, особенно если пытаться рационализировать происходящее во сне, где существенно снижена (если и вовсе не отсутствует) наша способность сомневаться даже в самых фантастических образах и событиях. Тем не менее инстинктивный характер спонтанного пробуждения, несомненно, присутствует: даже во сне функционирует программа, которая готовит нас к бодрствованию отчасти совершенно независимо от времени суток и наших внутренних биологических часов.

Переломный момент и начало новой эры

Важность инстинктов или врожденных форм поведения состоит в том, что ответы на внешние или внутренние стимулы есть у каждого и даже без обучения или тренировки можно извлечь их из памяти по мере необходимости. Неосознаваемое знание, когда пора проснуться, и способность к самопроизвольному пробуждению – одни из самых базовых инстинктов, без которых мы были бы совершенно потеряны во времени. Момент пробуждения можно представить как линию соприкосновения между двумя мирами: внутренними физиологическими процессами, которые выстроены в определенной последовательности для достижения постоянства гомеостаза, и внешним миром, в котором мы существуем и с которым жизненно важно находиться в четко определенном временном взаимодействии и равновесии. Синхронизация между нами и окружающей средой – непременное условие для выживания.

Момент пробуждения можно представить как линию соприкосновения между двумя мирами.

Живые организмы, являясь, с одной стороны, автономными субъектами мироздания, тем не менее существуют в сложных отношениях с окружающим миром. Это всегда так было и не могло быть иначе, с тех пор как возникли первые одноклеточные существа, способные к копированию себя и извлечению энергии из солнечного света и биохимических реакций, чтобы поддерживать свою организацию и автономию. Вращение Земли с периодически меняющимся освещением, температурой и другими явлениями, которые непосредственно влияют на процессы жизнедеятельности, стало решающим процессом в возникновении биологических ритмов. В те доисторические времена, когда поверхность Земли еще не была защищена атмосферой, созданной самими живыми организмами (фотосинтез возник около трех млрд лет назад), влияние космической радиации на протекание биохимических реакций, включая самые важные из них, такие как репликация ДНК, было вопросом жизни и смерти. Считается, что те первые организмы, которые смогли адаптировать свой метаболизм к свету и темноте так, что самые чувствительные к ультрафиолету реакции были защищены от губительного влияния солнца, смогли выжить и дать начало всему разнообразию жизненных форм, которые сейчас обитают на планете. Процесс пробуждения в своей изначальной форме представлял подготовку физиологических процессов к наступлению дня, учитывая всевозможные неблагоприятные факторы и раздражители – стрессоры, – начиная от радиации и экстремальных температурных колебаний и заканчивая «пробуждением» других организмов, нередко агрессивных и враждебных, с которыми наши первые бактерии должны были делить стол и кров.