Это отсутствие ответа связано с тем, что половина вашего мозга еще спит, так как не получает сигналов пробуждения от РАС, и вы не обращаете внимания на то, что происходит с другой стороны вашего мозга.
А «выключатель», который позволяет вам засыпать, запускается набором нейронов, выключающих РАС. Набор нейронов, который находится в гипоталамусе, называется вентролатеральным преоптическим ядром (ВЛПО), оно запускает каскад сна. Эти нейроны посылают химические вещества, подавляющие нервную активность зон возбуждения РАС в стволе мозга. Эти возбуждающие нейроны быстро выключаются (технически они просто стреляют с меньшей скоростью, но для простоты можно считать, что они выключаются), что замедляет активность новой коры, парализует сигналы, которые происходят в мышцах, чтобы сократить движения, и удерживает вас в состоянии ступора, пока сигналы от ВЛПО не прекращаются.
Вот так: взаимодействие двух систем. Одна система, чуть впереди, вас усыпляет. Другая система, сразу за ней, запускает каскад, чтобы вас разбудить.
Другая любопытная черта нашего цикла «сон – бодрствование» в том, что он следует ритму 24 часа. Если вы чувствуете себя достаточно уставшим, чтобы лечь сегодня спать в десять часов вечера, скорее всего, вы будете таким же уставшим в десять часов вечера завтра. То же верно и с пробуждением. Если только вы не загуляете в предыдущую ночь, обычно вы просыпаетесь примерно в то же время каждое утро.
Этот 24-часовой цикл, который называется циркадным ритмом, регулируется другой небольшой группой нейронов в области, которая называется «супрахиазматическое ядро» и входит в гипоталамус. Эта крошечная группа из 20 000 нейронов получает прямые сигналы от светочувствительных клеток глаза. Это значит, что супрахиазматическое ядро минует наши сознательные зрительные системы таламуса и зрительной коры и получает информацию непосредственно от источника (нашей сетчатки). Так как эти нейроны реагируют на свет, они ведомы циклом дня/ночи Земли, который также имеет 24-часовой цикл и заставляет циркадный ритм работать в его периоде.
Что происходит, если повреждается супрахиазматическое ядро? Поразительно: люди сохраняют естественный ритм сна и пробуждения, но они больше не следуют 24-часовому циклу. Вместо этого у них возникает цикл 25 или 26 часов, проблема, известная под названием «не 24-часовое нарушение цикла "сон – бодрствование"». Словно, не зная о восходе и заходе солнца на Земле, естественная тенденция тела – жить 25-часовым днем. Но не важно, какой длины наш внутренний циркадный ритм, тот факт, что люди с повреждением супрахиазматического ядра все равно нуждаются в регулярном сне, доказывает одно: сон жизненно необходим для людей.
Сны как проигрывание дня
Что происходит, когда мы наконец засыпаем? Пока мы говорили о сне как о «выключенном» состоянии. Но в этом «выключенном» состоянии мозг делает невероятно сложные вещи.
Возможно, вы слышали, что в какой-то момент во сне мы вступаем в фазу сна с быстрым движением глаз (rapid eye movement, REM). Во время быстрого сна части системы возбуждения слегка просыпаются. Активность новой коры возрастает, и нейроны в покрышке среднего мозга, части среднего мозга, который также входит в РАС, тоже начинают работать больше. Однако в отличие от состояния, когда мы бодрствуем, клетки, которые отвечают за сон в ВЛПО, и клетки, которые парализуют периферические мышцы, остаются активны, и мозг пребывает в квазибодрствовании, но больше во сне. Именно в этом состоянии сновидений происходит что-то очень странное в части мозга, которая в течение дня кодирует воспоминания событий, называемые эпизодическими воспоминаниями.
Глубоко в мозге есть маленькая область в форме морского конька – гиппокамп. Мы поговорим об этой структуре и его связи с памятью позже (в главе 10). Обычно гиппокамп считают ответственным за консолидацию кратковременных воспоминаний в долговременную память. И все же гиппокамп еще играет важную роль в ориентировании в пространстве (способность использовать ориентиры, чтобы понять, как добраться из пункта А в пункт Б). Мы пока предполагаем, что гиппокамп делает это, создавая маленькую внутреннюю карту среды, в которой мы движемся.
Если вы изучите электрическую активность гиппокампа, вы найдете набор клеток, обладающих поразительным качеством. Эти нейроны, называемые нейронами места, «стреляют», когда вы находитесь в определенной части пространства.
Обычно в этот момент студенты-нейропсихологи восклицают: «Погодите… что?..»
Возможно, проще будет понять это с примером. Представьте, что вы только что вошли в ванную, которую считали пустой, и обнаружили в одном ее углу хищного зомби, а в другом – мощный топор. Как только вы пересекаете дверной проем, несколько нейронов места в гиппокампе начинают «стрелять», сообщая мозгу: «Мы переместились в центральную часть комнаты». Когда вы перебегаете на другую сторону ванной, где лежит топор, «выстреливают» разные наборы клеток, чувствительные к вашему положению в комнате. Есть клетки, которые «стреляют», когда вы обходите опрокинутое ведро, другие – когда перепрыгиваете через лужу воды из сломанного унитаза, и еще один набор «выстреливает», когда вы добираетесь до угла с топором.
Вы, возможно, спрашиваете, с чего бы гиппокампу беспокоиться о том, где именно в комнате вы находитесь: разве мы не сказали, что гиппокамп – это структура мозга, которая отвечает за воспоминания? Отличный вопрос от очень наблюдательного читателя! Последовательность, в которой нейроны места «выстреливают», то есть в каком порядке, обеспечивает вашему мозгу небольшую историю движений в среде вроде маленького следящего устройства на карте в видеоигре, показывающего, где вы были. Чем больше вы исследуете комнату, тем точнее гиппокамп создает «моментальный снимок» вашего опыта перемещения в комнате. Это дает вам лучшее ощущение пространства, понимание, как двигаться в нем в другой раз, когда вы окажетесь там (предположим, что вы переживете это тесное туалетное сближение с живым мертвецом).
Какое отношение это имеет ко сну? Во время глубокой (хотя и не самой глубокой) фазы сна ваш мозг повторит эти последовательности активности нейронов места как способ воспроизвести тот опыт, который был у вас в течение дня. Ученые в середине 90-х гг. XX века обнаружили это, сравнивая активность нейронов места у крыс в период бодрствования и сна. Они выяснили, что активность клеток, которая была записана у крыс, исследующих свои жилища, повторялась потом в той же последовательности, когда грызуны спали.
Допустим, вы как-то умудрились выжить в вашем небольшом столкновении с зомби и оказались достаточно удачливы, чтобы прикорнуть позже. Пока вы спите, нейроны в гиппокампе повторят ваши движения в зараженной зомби ванной, по-видимому, чтобы консолидировать ваши воспоминания о среде – в следующий раз вы будете готовы, когда зайдете в эту злополучную комнату. Эта консолидация памяти во время сна – критически необходимая часть нормального функционирования памяти. Без сна трудно кодировать воспоминания, зависимые от гиппокампа (подробнее на эту тему мы поговорим потом).
Важность быстрого переключения
В большинстве случаев переход между бодрствованием и сном внезапный и окончательный. Эта внезапность между возбуждением и сном крайне важна. Представьте, что вместо того, чтобы уснуть сразу, разные части вашего мозга засыпали бы в разное время. Скажем, моторная кора решает прикорнуть, но зрительная кора остается бодрствовать. Это было бы весьма странно, верно? С точки зрения эволюции для нас лучше быть либо полностью «включенными» либо полностью «выключенными» на продолжительное время, вместо того чтобы постоянно бродить вокруг в полусонном ступоре. Те первые несколько минут рано утром, когда вы ковыляете в ванную, проснувшись, достаточно неприятны; представьте, как плохо было бы, если бы это длилось несколько часов. Все было бы еще хуже в этом состоянии, живи вы, скажем, в зомби-апокалипсисе.