Новости всё Наука - iCity.life Пермь

Работа, дружба, спорт, родственники, еда, чтение — в сутках явно недостаточно времени, чтобы за всем успеть. Чтобы жить полноценной жизнью, многие из нас выкраивают драгоценные часы у времени, отведенного на сон. Берем в долг, чтобы на следующий день заплатить двойную цену. Насыщенная жизнь приводит к разительному сокращению, если вообще не отказу от сна. Если бы в мире существовало заболевание, лишающее людей трети драгоценной жизни, поиск лекарства был бы щедро финансируем. Это святой Грааль исследователей сна. Возможно, они нащупали нить.

Как и со многим другим, нам трудно отказаться от нашей биологической потребности во сне из-за культурного кода. Практика сна в течение восьми часов на мягкой приподнятой платформе, по одиночке или парами, на самом деле нетипична для людей. Многие традиционные общества спят обрывками, а социальная деятельность продолжается всю ночь. Некоторые просыпаются, когда происходит что-то интересное, а иногда засыпают посреди беседы, чтобы прекратить спор. Сон универсален, но приходит ко всем по-разному.

Различные виды также, по всей видимости, спят по-разному. Травоядные спят гораздо меньше плотоядных — слоны по четыре часа, львы по двадцать — не в последнюю очередь потому, что им нужно больше времени, чтобы прокормить себя и защитить. Будучи всеядными, люди попадают где-то между двух этих спящих групп. Циркадные ритмы, внутренние часы организма, позволяют нам предвосхищать дневной цикл бодрствования и упорядочивать функции организма во времени так, чтобы они не мешали друг другу.

Наши внутренние часы основаны на химическом колебании, петле обратной связи на клеточном уровне, которое длится 24 часа и прячется в скоплении мозговых клеток за нашими глазами (возле зрительных нервов). Даже глубоко в пещере без доступа к свету или часам наши тела сохраняют внутренний график почти в точности 24-часовым. В изолированном состоянии часы нашего тела будут идти чуть медленнее. Если график сна и бодрствования не обновлять светом, мы будем просыпаться на несколько минут позже каждый день. Этот глубоко укоренившийся цикл можно найти в любом известном многоклеточном организме, и вращение Земли — соответствующее циклам дня и ночи — сформировало его.

Сон человека состоит из нескольких 90-минутных циклов активности мозга. У бодрствующего человека показания электроэнцефалограммы (ЭЭГ) очень сложные, но когда наступает сон, волны мозга замедляются, проходят через первую стадию (расслабление), вторую (легкий сон) и третью (медленноволновой глубокий сон). После этих восстановительных этапов мозг переживает фазу быстрого движения глаз, в которой мозг напоминает бодрствующий. Разбуженные в этой стадии помнят, что им снилось.

Одним из самых ценных результатов работы на тему лишения сна стало выявление явных индивидуальных различий: некоторые люди работают лучше после бессонных ночей, а некоторые наоборот. Разделение вполне четкое и, по всей видимости, основано на нескольких генетических вариантах, которые кодируют рецепторы нейротрансмиттеров, открывая возможность в будущем подобрать дозу и стимулятор для определенного генетического типа.

В начале этого тысячелетия стало очевидно, что биологический императив спать минимум треть 24-часового периода — чрезмерный и ненужный. Так же, как таблетки и презервативы контролируют рождаемость детей, другие стимуляторы смогут избавить нас от архаичного наследия животного царства.

Любое средство от сонливости должно быть нацелено на префронтальную кору головного мозга. Исполнительные функции мозга особенно уязвимы для лишения сна, а люди, которые мало спят, с большей вероятностью рискуют и с меньшей вероятностью могут принимать новые или творческие решения либо планировать курс действий. Дизайнерские стимуляторы, такие как модафинил и армодафинил, «оживляют» эти области и эффективно преодолевают негативные последствия лишения сна. На протяжении 60 часов бодрствования 400 мг модафинила через каждые восемь часов восстанавливают пониженную производительность во всех видах работы, от самых скучных до самых сложных.

Круто, да. Однако это примерно идентично восстановительным эффектам 20 мг декстроамфетамина, или 600 мг кофеина (эквивалент примерно шести чашек кофе). Хотя кофеин имеет более короткий период полураспада и должен приниматься каждые четыре часа или около того, он есть везде и вполне дешев.

То, что дизайнерские стимуляторы позволяют заниматься длительной и сосредоточенной работой, знает любой студент колледжа или университета, пьющий энергетические напитки во время сессии. Куда более сложным испытанием для человека, сидящего на стимуляторах, было бы научить бабушку пользоваться телефоном. Достаточно трудно спроектировать стимулятор, который предложит средоточие без туннельного эффекта — то есть без утраты способности ориентироваться в широкой среде и принимать социально обусловленные решения. Раздражительность и нетерпеливость мешают динамике команды и социальным взаимодействиям, но такие нюансы обычно упускаются в исследованиях препаратов. Эти проблемы в значительной степени игнорируются на фоне энтузиазма в разработке препаратов, снижающих потребность во сне.

В 1996 году оборонный психолог Мартин Тейлор вызвал пару добровольцев и дал каждому по карте. На одной из двух карт был маршрут. Тому, у кого была карта с маршрутом, нужно было описать его достаточно точно своему партнеру, чтобы тот мог воспроизвести его на своей карте. Между тем, ученые слушали их переговоры. В контрольной группе волонтеров метка на карте часто представлялась как вопрос, например: «Видишь парк к западу от кольцевой развязки?». Волонтеры же, принявшие стимулятор модафинил, опускали эти петли обратной связи, вместо этого руководствуясь отрывистыми и бескомпромиссными инструкциями: «Выходишь к западу от кольцевой развязки, затем поворачиваешь налево к парку». Их диалоги были короче, и они давали менее точную карту, чем контрольные волонтеры. Более того, модафинил приводил к тому, что испытуемый переоценивал свои возможности. Он не только хуже справлялся с задачей, но и не замечал этого.

Одна из причин, по которой стимуляторы стали разочарованием в снижении потребности во сне, состоит в том, что мы недостаточно хорошо понимаем, зачем вообще спим. Больше сотни лет исследований сонной депривации подтвердили очевидное: лишение сна делает человека сонным. Он медленнее реагирует на внешние раздражители, медленнее обрабатывает информацию, не может сосредоточиться, и самым важным индикатором становится тенденция быстро засыпать, когда ложишься в темной комнате. «Вырубаешься». По всей видимости, основная функция сна ­– поддерживать наше бодрствование в течение дня.

Поскольку стимуляторы не смогли стать биологическим заменителем сна, новым лозунгом экспериментаторов в области сна стала «эффективность: сокращение количества часов сна, необходимого для полной функциональности. Оборонное агентство перспективных исследований DARPA ведет к тому, чтобы сжать полноценный ночной сон в несколько часов. Солдаты, находящиеся на службе, должны будут функционировать в соответствии с их когнитивными и физиологическими навыками, даже не нуждаясь в 24-часовом цикле сна.

Нэнси Уэстенстен, психолог Центра военной психиатрии и нейронауки в Институте исследований армии Уолтера Рида, ищет способы дольше поддерживать солдат в рабочем состоянии, пытаясь побороть последствия острой или хронической сонной депривации. Она утверждает, что сон человека нужно рассматривать как важный ресурс, как еду или топливо. Работая с корпусом ВМС, Уэстенстен вовсе не пытается создать суперсолдата, который никогда не будет спать. Она даже не пытается улучшить производительность солдат – они и без того элита. Всем нужно спать, хотя бы иногда. Но театр боевых действий требует, чтобы солдаты были в состоянии бодрствования и готовности как можно дольше.

Хотя армия и ВВС США имеют длинную историю использования стимуляторов – именно там изобрели модафинил и декстроамфетамин, используемые для 24-часовых полетов – морпехи, как правило, не приемлют никаких фармакологических вмешательств. Как и Уэстенстен, Крис Берка из Advanced Brain Monitoring, один из партнеров DARPA по исследованиям, говорит, что настороженно относится к стимуляторам. «Рано или поздно появляется какой-нибудь стимулятор, вроде бы хорошо работает и привлекает интерес, а затем никто о нем больше не слышит, потому что у него возникают ограничения и проблемы».

Некоторые неудавшиеся миссии ВВС обратили внимание на опасность паранойи, вызванной приемом амфетамина. Менее чем через десять лет после запрета амфетаминов ВВС США в 1992 году, «походные таблетки» были спокойно возвращены для употребления боевыми летчиками во время длительных вылетов в Афганистане. 17 апреля 2002 году майор Гарри Шмидт, один из лучших боевых пилотов, летел на истребителе F-16 над Кандагаром. Канадские солдаты под ним проводили операцию, и диспетчеры приказали Шмидту воздержаться от огня. Однако пилот, находящийся «под таблетками», решил, что его атакуют, нажал на гашетку и убил четверых канадских солдат. Этот инцидент привел к полевому суду, но СМИ затронули по большей части фармацевтический аспект.

Специально для военного персонала ABM разработала маску «Сонный тренажер» — Somneo Sleep Trainer – которая использует одно- или двухчасовые окна для стратегического сна в мобильной среде для сна. Отсекая окружающий шум и визуальные отвлекающие факторы, маска нагревает область вокруг глаз (считают, что это помогает людям отойти ко сну). Также она оснащена голубым светом, который становится все ярче по мере приближения времени сна, подавляя гормон сна мелатонин и обеспечивая спокойное пробуждение.

Идеальный сон содержит несколько 60- и 90-минутных циклов, от медленноволновой фазы до фазы БДГ, но 20-минутные сиесты посвящены скорейшему погружению во вторую фазу сна. Именно во второй фазе сна уставшие мышцы быстрее восстанавливаются, а бдительность приходит в норму.

Для морских пехотинцев в лагере Пендлтон около Сан-Диего четыре часа сна или того меньше – одно из суровых условий базовой и продвинутой подготовки. Характер бойца воспитывается лишением сна, ночь за ночью, однако идет вразрез с другими целями тренировки. Бойцам нужно уметь безопасно обращаться с оружием и запоминать кучу информации. Ученые продемонстрировали, что накапливающийся эффект хронической сонной депривации оказывает плохое воздействие на обучение и память. Лишение сна уничтожает смысл обучения новым навыкам, и командование признает, что это проблема. Не так-то просто разбудить дюжину уставших солдат посреди ночи и научить их отличать друзей от врагов.

Маска Somneo – лишь одна из множества попыток сохранить разум солдат в ясности. Другая инициатива включает диетические добавки. Омега-3 жирные кислоты, как в рыбьем жире, поддерживают производительность в течение 48 часов без сна – при этом улучшают внимание и обучаемость – и морпехи будут получать больше этих питательных добавок в будущем. Вопрос лишь в том, сможет ли кратковременная блокировка негативных эффектов лишения сна действовать на протяжении длительного времени. Медики предупреждают, что годы дефицита сна делают нас толстыми, слабыми и глупыми. Растущий список недугов также указывает на циркадные нарушения как на причину.

И маска Somneo, и добавки – другими словами, темнота и диета – дают возможность выработать «гигиену сна», или набор действий для оптимизации здорового сна. Они могут довести эффект усеченного ночного отдыха до ожидаемой нормы – восьми часов удовлетворенного посапывания. Но сторонники человеческих улучшений недовольны нормой. Некоторые технопанки готовы пойти на многое, чтобы совсем избавиться от необходимости спать.

Чарльз «Чип» Фишер, предприниматель из Нью-Йорка, сидит перед забитым книжным шкафом, сложив руки. Он готов представить свой продукт Интернету. На полированном темном деревянном столе перед ним лежит устройство, состоящее из источника питания, подающего электрический ток в две губчатые желтые сферы. Чтобы начать запись обучающего видео, Фишер обмакивает губки в стакане воды и надевает на голову чуть выше бакенбардов. Устройство включается, и Фишер спокойно смотрит в камеру, пока импульсы проникают в его череп, в префронтальную область коры головного мозга. Его устройство – одобренное FDA еще в 1991 году – разительно отличается от «чудесных» продуктов прочего пошиба тем, что на самом деле эффективно лечит бессонницу и другие проблемы. Также оно находится на передовой борьбы со сном.

Фишер является директором Fisher Wallace Laboratories на Мэдисон-Авеню в Нью-Йорке, и отрасль потребительской электроники стала для него родным домом еще с появления вакуумной трубки, когда компания его отца вывела на рынок приемники Fisher Radio. Его речь включает все детали вечерней рекламы для домохозяек – отзывы, гарантия возврата денег, клипы – все эмоциональные аргументы, которые убедят в необходимости покупки даже рационалистов. Фишер приобрел патент на устройство транскраниальной стимуляции у братьев Саула и Бернарда Лиссов, инженеров-электротехников из Массачусетского технологического института. Он считает, что тело – это собрание материалов, некоторые из которых лучше проводят, а некоторые обладают сопротивлением к электричеству. «Нам нужно пробить кость и череп, а значит нужна высокая частота – 15 000 Гц. В сочетании с 500 Гц и 15 Гц», говорит Фишер. «Потребовалось 12 лет, чтобы найти эти значения. На тело воздействуют частоты от 0 до 40 Гц». Поиск лекарства от бессонницы – самый большой и быстро растущий рынок Фишера. Если кто-то страдает от бессонницы, он перепробует все способы уснуть.

Транскраниальная стимуляция прямым током (tDCS) – многообещающая технология в области лечения проблем со сном и улучшения когнитивных навыков. Переменный ток, вводимый в дорсолатеральную префронтальную кору, через самую тонкую часть черепа, оказывает благотворные эффекты, как электросудорожная терапия (ЭСТ), его предшественница. Известная также как «шоковая терапия», ЭСТ заслужила дурную славу благодаря злоупотреблению этим методом лечения, однако остается поразительно эффективной в борьбе с тяжелой депрессией. Мы совсем не понимаем, как она работает, и даже современные мягкие и более целевые ЭСТ используются только в крайнем случае, когда лечение препаратами уже не помогает. В отличие от ЭСТ, tDCS использует очень слабый заряд, которого недостаточно, чтобы возбудить нейроны, но достаточно, чтобы слегка изменить их поляризацию.

Электроды, размещенные на черепе выше линии роста волос, на одном уровне с висками, создают эффект легкого покалывания без каких-либо странных ощущений. «Мы используем это чувство покалывания, чтобы создать нашу парадигму очарования», говорит Энди Маккинли из лаборатории ВВС США. «Испытуемый испытывает лишь несколько секунд стимуляции – недостаточно, чтобы почувствовать когнитивные эффекты, но достаточно, чтобы ощутить их своей кожей». После получасовой сессии лечения он будет энергичным, сосредоточенным и бодрым. Обучение навыкам визуального поиска протекает в два раза быстрее, а последующий сон – если он наступает не сразу после сеанса – лучше консолидирован, пробуждение наступает быстрее, а глубокий сон длится дольше. Для борьбы с бессонницей этот метод лечения используется ежедневно на протяжении двух недель. Механизм может заключаться в успокоительных эффектах: пациенты, принимавшие Ксанакс или Валиум, описывают свое настроение после tCDS как вариацию приема этих препаратов, но без затуманивания.

Отрицательные последствия воздействия терапии на мозг пока не обнаружены, и FDA одобрила несколько устройств (в том числе и стимулятор Фишер Уоллеса) для неконтролируемого домашнего использования, но долгосрочные эффекты пока неизвестны. Невролог Соруш Заги и его команда в Гарвардской школе медицины пытаются выяснить, как именно проводить клинические испытания. Когда они выяснят, потенциальные опасности будет проще искать.

Используя несколько другую технику – транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС), которая возбуждает нейроны – нейробиологи из Университета Дьюка смогли вызвать медленноволновые осцилляции, ежесекундные всплески мозговой активности, которые мы ощущаем во время глубокого сна. Ориентируясь на центральную область в верхней части головы, медленные импульсы достигают нейронной области, в которой генерируется медленноволновой сон, а затем распространяются по всему мозгу. В то время как маска Somneo спроектирована так, чтобы отправлять носителей маски в легкий сон быстрее, устройства ТМС могли бы отправлять нас прямо в глубокий сон по щелчку рубильника. Полный контроль циклов нашего сна может максимизировать время, проведенное в фазе медленного сна и быстрого движения глаз, улучшить физические и психические эффекты сна, при этом сократив время сна наполовину. Ваши четыре часа сна будут равны чужим восьми. Можно было бы прочитывать по книжке в неделю.

Вопрос лишь в том, не станет ли странность этой идеи помехой к ее принятию. Если общество отвергает сокращение сна, это не становится биологической проблемой; сопротивление сугубо культурное. Война со сном неразрывно связана со спорами на тему улучшения людей, потому что восьмичасовой консолидированный сон является ультимативным улучшением когнитивных способностей. Сонливость и потеря концентрации создают огромный рынок для фармацевтических препаратов, которые должны бы с этим бороться. Представить трудно, что было бы, если бы организм восстанавливался не только во время сна. Одна из причин, по которым нам нужно иногда отключаться, состоит в жадности нашей системы визуализации как органа чувств. Большая часть информации поступает к нам в виде картинок. Метаболизм глюкозы во время сна, как показывает фМРТ, сильно отличается от метаболизма глюкозы в бодрые часы, отдельные регионы активируются в том или ином состоянии, но не в обоих. Как только мы смыкаем веки для сна, высвобождается огромное количество энергии. Подобно тому, как самолетам нужно садиться для дозаправки, мы должны спать, чтобы наши мозги были готовы к следующему дню. Радикальное сокращение сна потребует эквивалента заправки на лету.

Конечно же, такие попытки столкнутся с мощным культурным сопротивлением и криками о том, «что естественно, то не безобразно». Восприятие того, что находится в пределах нормального диапазона, диктует, какое повышение производительности человека является приемлемым с медицинской точки зрения, а какое ждет совет по этике. И плевать, что эти кривые Белла менялись на протяжении истории. Плевать, что мы начали бороться с бессонницей ровно с тех пор, как лампочка Ильича превратила каждую пещеру в майский полдень.

Наши современные привычки сна уже давно перестали быть естественными и сильно отличаются от привычек сна наших давних предков. В 1990-х годах психиатр Томас Вер из Национального института психического здоровья в штате Мэриленд провел эксперимент на тему связи сложных ритмов сна и графика естественного освещения. Засыпая в сумерках и просыпаясь на рассвете, добровольцы испытывали какой-то антисон посреди ночи – двухчасовой период медитативного спокойствия, в ходе которого подскакивали уровни пролактина. И это подтверждается историческими записями с доиндустриальных времен: первые современные английские домохозяйства видели «первый сон» и «второй сон», а время между ними использовалось для молитвы или общения с членами семьи.

Улучшение человека в настоящее время подталкивается военными императивами, по крайней мере в США, потому что гражданское общество более консервативно в своем подходе. Выделенные подразделения, такие как Управление по эффективности человека ВВС США, пытаются сделать людей лучше в том, что им дано от природы. Каждый час сна отнимает час у работы, поиска партнеров или воспитания детей; если у сна нет важной адаптивной функции, которая могла бы оплатить стоимость ничегонеделания, он может быть «величайшей ошибкой эволюционного процесса», считает Аллан Рехтшаффен, исследователь сна в Университете Чикаго.

Если технологии вроде tDCS станут безопасными и широко доступными, они проложат альтернативный путь к долголетию человека, продлевая нашу сознательную продолжительность жизни на 50%. Многие из нас ценят время, которое мы проводим в постели, но большую часть сна мы проводим без сознания – убери их, и вы бы даже не заметили. Ну что, какую таблетку выберете, красную или синюю?