Все сравнения хромают. Все аналогии ложны. Любая модель что-то важное упускает в объекте моделирования, иначе они равны по сложности и смысла в такой модели нет. Понимание, как и распознавание - это попытка втиснуть изучаемый объект в набор понятий, которые у нас в голове уже имеются. Поэтому, чем сложнее объект - тем ущербней наше его понимание.
И все же...
Во-первых, другого пути познания у нас просто нет.
Во-вторых, помня об ограниченности своего понимания, легче быть готовым создавать "ячейки памяти" для новых, нераспознанных пока элементов картины.
Проблема: На первый взгляд, сон - это сомнительное эволюционное приобретение. Сон элементарно опасен, ведь спящего гораздо легче съесть!
Для морских млекопитающих нужно еще и не утонуть, а для птицы- не свалиться с ветки. И все же, мы проводим во сне примерно треть своей жизни. Значит, это кому-то нужно?
Поиграем с аналогией "Работа мозга как офисный центр", чтобы придумать свое понимание, зачем нам нужно спать?
Огромное здание. Много этажей, кабинетов, отделы и их начальники разного уровня. Курьеры с бумагами, бегающие с этажа на этаж. Работа кипит! Поступающая, например, из департамента зрения, информация попадает в отдел распознавания и фильтрации, где все, что длилось более десятой доли секунды могут (но не обязательно) отправить выше, на этаж Сознания, а все остальное складывают в стопку - и на склад. На всякий случай. Группы Жизнеобеспечения и Безопасности на этажах Лимбической Системы привычно пытаются пнуть-ускорить работу Отдела Долгосрочного Планирования из верхних этажей Префронтальной Коры. Коррумпированные рецепторы всех уровней норовят незаконно обогатиться из внешних источников типа шоколада, алкоголя или марихуаны вместо того, чтобы честно заработать свою долю гормонов. В общем, жизнь как она есть.
Но вот
наступает вечер. Рабочий день как бы окончен. Планктон отдыхает. Однако, на столах офисных командиров всех уровней еще высятся кипы неразобранных бумаг. К утру их быть не должно, иначе кирдык. Однако, и продолжать работать уже не просто. Корзины для бумаг переполнены мусором, в кофемашинах закончилось кофе, кулеры с питьевой водой пусты. Необходима перезарядка-перезагрузка. Из неприметных служебных выходов выходит армия уборщиц, и начинает свою архиважную работу...
Прониклись?
Несколько пояснений:"Кипа неразобранных бумаг" - это образ накопленной за день информации, требующей до-осмысления и до-запоминания, это довольно загадочный для автора процесс "консолидации памяти".
"Корзинки с мусором полны" - это молекулы метаболитов, ненужных или откровенно вредных, таких, как бета-амилоиды и тау-белки, накопление которых считают причиной нейродегенеративных заболеваний (про болезнь Альцгеймера все слышали)?
Наконец, "армия уборщиц" - это образ целого комплекса физических и биохимических процессов, восстанавливающих гомеостаз клеточных структур мозга. Здесь далеко не все ясно и где-то рядом проходит передний край нейробиологический науки.
Вернемся к нашему офисному зданию - мозгу. Как сбалансировать его работу и сон, чтобы его обладатель жил долго и счастливо? Разные виды это делают по разному.
Сон дельфинаПредставьте себе две башни близнецы. Когда в одной гаснет свет, другая сияет огнями и работу не прекращает. Потом они меняются местами. Так спят многие морские млекопитающие - каждым полушарием мозга по очереди (inihemispheric sleep). Открыли это явление более 40 лет назад ученые ИПЭЭ РАН. Пока одно полушарие спит, противоположные от него глаз и конечности неактивны. Смена активности полушарий сопровождается зеркальной сменой позы на воде. Однополушарный сон найден также у птиц и рептилий.
1.
Mukhametov LM, Supin AY, Polyakova IG. Interhemispheric asymmetry of the electroencephalographic sleep pattern in dolphins. Brain Res.1977;134:581–584.2.
Rattenborg, N. C., Amlaner, C. J., & Lima, S. L. (2000). Behavioral, neurophysiological and evolutionary perspectives on unihemispheric sleep. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 24(8), 817-842.3.
Mascetti, G. G. (2016). Unihemispheric sleep and asymmetrical sleep: behavioral, neurophysiological, and functional perspectives. Nature and Science of Sleep, 221-238.Сон пингвинаДля антарктических пингвинов Pygoscelis antarcticus обнаружено, что они засыпают на нитожно короткие промежутки времени, порядка 7 секунд. Однако, делают это очень часто, более 10000 раз в сутки, и ухитряются набрать суммарно около 11 часов сна! Необычное решение, не правда ли? Хищник в ледяной пустыне Антарктиды вряд ли успеет подкрасться за такое короткое время. Правда, о просмотре длительных снов можно и не мечтать.
А если серьезно, пингвины, как и некоторые другие виды, демонстрируют, что вполне можно прожить без "быстрой" фазы сна, в течение которой, как считается, происходит консолидация памяти и прочие важные события.
4.
Libourel, P. A., Lee, W. Y., Achin, I., Chung, H., Kim, J., Massot, B., & Rattenborg, N. C. (2023). Nesting chinstrap penguins accrue large quantities of sleep through seconds-long microsleeps. Science, 382(6674), 1026-1031.Сон северного оленяСовсем не давно норвежские ученые обнаружили, что северные олени, если верить ЭЭГ, спят во время жевания, или жуют во сне, кому как нравится. Каким-то образом они совмещают необходимый уровень активности части мозга и полноценный отдых другой части.
5.
Furrer, M., Meier, S. A., Jan, M., Franken, P., Sundset, M. A., Brown, S. A., ... & Huber, R. (2024). Reindeer in the Arctic reduce sleep need during rumination. Current Biology, 34(2), 427-433.А как у нас?Вернемся в наше офисное здание, в котором необходима уборка мусора, но и разбор завалов информации никто не отменял. Наш мозг делает это по очереди. Интервал времени, когда мозг работает, но (почти) не общается с внешним миром обозначается аббревиатурой REM (сон с быстрым движением глаз, rapid eye movement). Интервалы времени, когда мозг максимально затихает - это NREM сон. Именно в это время, когда активность нейронов в среднем минимальна, минимален и объем астроцитов, а значит - значительно, в 2-3 раза увеличивается объем межклеточного пространства. Соответственно, растет и интенсивность вывода из паренхимы вредных метаболитов.
6.
Xie, L., Kang, H., Xu, Q., Chen, M. J., Liao, Y., Thiyagarajan, M., ... & Nedergaard, M. (2013). Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. science, 342(6156), 373-377.Есть все основания считать, что описанное выше - один из самых важных физиологических эффектов сна. Офис нашего мозга должен время от времени прекращать работу для основательной уборки и проветривания помещений...