Бодрствование и сон. Текущая воспринимающая, регулирующая, координирующая и уп­равляющая деятельность мозга человека постоянно осуществляется на фоне различных состояний

Текущая воспринимающая, регулирующая, координирующая и уп­равляющая деятельность мозга человека постоянно осуществляется на фоне различных состояний. На одном конце спектра этих состояний находится активное бодрствование, на другом — глубокий сон.

Ритмы мозга существенно различны в разных состояниях. Основ­ные контакты с внешним миром человек осуществляет в состоянии бодрствования, которое характеризуется уровнем активности мозга, достаточным для деятельного взаимодействия с внешней средой. Электрическая активность мозга во время бодрствования отличается десинхронизацией, в ней представлены различные ритмы мозга, преимущественно, в диапазоне 8-40 Гц.

В поддержании состояния бодрствования участвует внутренняя область варолиева моста, ствола и среднего мозга — ретикулярная формация. Это доказано в опытах на животных. Волокна от этих областей мозга идут к неспецифическим ядрам таламуса и далее к коре. Электрическое раздражение ретикулярной формации вызывает в коре мозга десинхронизированную электрическую активность. Это отражается в возрастании на энцефалограмме ее высокочастотных компонент. Десинхронизация наблюдается и при электрическом раз­дражении ретикулярной формации во время сна животного.

В структурах варолиева моста сосредоточены две группы клеток, имеющих разные химические медиаторы. В голубом пятне — это норадреналинсодержащие нейроны, в дорсальном ядре шва — серо-тонинсодержащие нейроны. И те, и другие группы клеток макси­мально активны во время бодрствования — они систематически разряжаются с разным ритмом. Во время глубокого сна эти нейро­ны бездействуют — импульсная активность их очень редкая или совсем отсутствует. Возбуждение нейронов голубого пятна всегда связано с воздействием на организм сенсорных раздражителей лю­бой модальности (зрительных, слуховых, тактильных), особенно но­вых, незнакомых стимулов. Эти же нейроны активны в периоды повышенного реагирования на окружающую обстановку. То есть, в периоды поведенческих проявлений внимания (настораживание, по­ворот в сторону объекта внимания, принюхивание и т.д.). Недоста­ток в крови серотонина приводит к длительному бодрствованию, увеличение серотонина — к засыпанию, а увеличение содержания норадреналина — к пробуждению. При повреждении голубого пятна, нейроны которого продуцируют норадреналин, животные спят на­много дольше, чем в норме.

Большую часть суток человек пребывает в состоянии бодрствования, однако степень внимания к окружающим событиям при этом циклично изменяется. Цикл колебаний внимания составляет 90-100 минут.

Сон — специфическое состояние мозга и организма в целом,

150

характеризующееся существенной обездвиженностью, почти полным отсутствием реакций на внешние раздражители, фазами электричес­кой активности мозга и специфическими соматовегетативными ре­акциями.

Наступление сна сопровождается снижением реакции на внешние сенсорные стимулы, хотя электрические проявления их действия — вызванные потенциалы — регистрируются во всех стадиях сна. Изменение реактивности организма во время сна связывают со многими факторами: падение чувствительности периферических от­делов сенсорных систем; блокада афферентации на таламическом уровне, уменьшение возбудимости центральных отделов мозга вслед­ствие уменьшения влияния коры на ретикулярную формацию, т.к. активность центрифугальных путей снижается, частичная блокада эффекторов и т.д.

Фазы сна отчетливо проявляются на электроэнцефалограмме и повторяются примерно с полуторачасовой цикличностью (рис. 17.5).

Рис.17.5. ЭЭГ человека в период бодрствования и сна.

А — бодрствование, глаза открыты, взор перемещается; Б — различные фазы сна: 1 — преобладают альфа-волны (8-12 Гц), 2 — тетта-волны (3-7 Гц), 3 — поялвяются более высокие частоты (12-15 Гц), 4 — дельта-волны (0,5-2 Гц), 5 — парадоксальная фаза сна с быстрыми движениями глаз (БДГ-сон) и десинхронизированной электрической активностью мозга.

151

В спокойном состоянии у человека с закрытыми глазами проявля­ется альфа-ритм, при котором частота волн электрической актив­ности мозга концентрируется в области 8-12 Гц. После засыпания амплитуда электрической активности мозга снижается, а основной ритм (8-12 Гц) замедляется до 3-7 Гц (тета-волны). При углубле­нии сна на фоне медленной низковольтной активности появляются более высоковольтные электрические колебания с частотой 12-15 Гц. Это так называемые сонные веретена. Они возникают периоди­чески и длятся не более 1 секунды. При дальнейшем углублении сна начинают преобладать высокоамплитудные низкочастотные ко­лебания 0,5-2 Гц (дельта-волны). Самая глубокая фаза сна сопро­вождается сменой дельта-волн на быстрые низкоамплитудные коле­бания, похожие на те, которые характеризуют состояние бодрство­вания. В последней глубокой фазе сна появляются быстрые сокра­щения глазных мышц.

Во время сна меняются многие вегетативные и моторные пока­затели, характерные для спокойного бодрствования. Снижается энер­гия метаболизма, уменьшаются легочная вентиляция, частота пульса, температура тела, амплитуда электромиограммы, мышечный тонус, спинальные рефлексы. Увеличивается кровоток в мозге. Все изме­нения цикличны, наиболее значительные вегетативные сдвиги про­исходят во время парадоксального сна. Неизменный спутник этой стадии сна — кратковременные координированные тонкие двига­тельные реакции — мимические, движения пальцев рук и ног, дви­жение глазных яблок.

Изменяются также вегетативные показатели, приобретающие в парадоксальной фазе сна характеристики состояния бодрствования: повышается кровяное давление, учащается сердечный ритм, повы­шается кожное сопротивление и т.д. Это фаза более глубокого сна, при котором все мышцы тела, кроме глазных, расслаблены. Если человека разбудить в середине этой фазы, то он скажет, что видел сон. Поэтому глубокий сон с быстрыми движениями глаз считают периодом сновидений, однако, прямая связь между сновидениями и движениями глаз не установлена.

Всего в течение ночи человек реализует 4-6 полных циклов сна. Первый цикл содержит всего 10 минут глубокого сна с быстрыми движениями глазных яблок и полным расслаблением мышц. Посте­пенно от цикла к циклу длительность фаз глубокого сна нарастает и суммарно его продолжительность в течение ночи составляет 1,5-2 часа. Часто эта фаза сна называется парадоксальной, поскольку мозг находится в активном состоянии, а тело практически парали­зовано, восприятие внешних стимулов — выключено. Для регуляции циклов сна, как и поддержания бодрствования, наиболее важной считается внутренняя область варолиева моста и ствола мозга. В экспериментах на животных было обнаружено, что активность ней­ронов ретикулярной формации моста меняется перед сменой фаз сна. Например, перед началом фазы глубокого сна частота импуль-сации этих нейронов возрастала в 100 раз по сравнению с состо­янием спокойного бодрствования.

152

Нейроны моста, активные во время глубокого сна, и нейроны голубого пятна и шва, неактивные в этой фазе сна, связаны между собой. Это значит, что две важнейшие медиаторные системы мозга работают совместно, регулируя состояния мозга. Другие системы мозга также участвуют в переходе его из одного состояния в другое. Это дофаминэргические (выделяющие дофамин) и холинергические (выделяющие ацетилхолин) нейроны промежуточного мозга и варо-лиева моста. Все перечисленные выше системы организованы по типу дивергентных сетей с одним входом и множеством выходов. Из скоплений таких нейронов (ядер) их аксоны дивергируют и направляются во многие области мозга, регулируя их активность.

Клинические наблюдения больных с локальными поражениями глубоких структур мозга и расстройствами сна позволили прийти к заключению о том, что у человека особую роль играют структуры, окружающие сильвиев водопровод и расположенные в задней стенке III желудочка мозга. Раздражение этих зон патологическим процес­сом вызывает у человека длительный сон за счет распространения торможения на таламус и кору мозга. Раздражение соответствующих областей мозга животных импульсами электрического тока под­твердило наличие "центра сна".

Бодрствование и сон, будучи двумя полярными функциональными состояниями человека, отражают также и различные состояния его сознания. Бодрствование подразумевает возможность осознания че­ловеком умственной и (или) физической деятельности. Процессы, происходящие во сне — не осознаются.

Сознание

Сознание человека — это способность отделения себя ("Я") от других людей и окружающей среды ("не Я"), адекватного отражения действительности и возможность регуляции отношений между лич­ностью и окружающей средой. Это также возможность передать собственное знание другим людям, делая его общим знанием (со­знание) посредством речи, научных и художественных произведений, технических устройств и т.д. Сознание базируется на коммуникации между людьми, развивается по мере приобретения индивидуального жизненного опыта и связано с языком, с помощью которого чело­век "организует" свой опыт и который является способом выражения этого опыта. Развитие и использование языка принципиально важно для адаптации человека к социальной жизни, оптимизации контак­тов с другими людьми. Язык человека позволяет накапливать, со­хранять и передавать информацию обо всем накопленном в инди­видуальном и общественном сознании опыте будущим поколениям. Об этом убедительно свидетельствует история религии, политики, науки, искусства и культуры.

Мозг человека получает сигналы (информацию) от различных сенсорных систем. Каждый сигнал является носителем информации. В зависимости от индивидуального опыта (память), эмоционального фона, мотивации и потребности, а также состояния (в континууме

153

бодрствование-сон) человек принимает решение о действии, соот­ветствующем социальным представлениям (коллективный опыт) об адекватности поведения, в основе которого лежат сложнейшие ус­ловные и безусловные рефлексы. На базе биологических витальных потребностей (питание, размножение и т.д.), социальных потребнос­тей ("для себя", "для других"), идеальных потребностей (познание творчества) и, наконец, потребностей преодоления (воли) создаются подсознание (автоматизированные навыки и нормы поведения), само­сознание (диалог с самим собой), сознание (знание, которое может быть передано другим) и сверхсознание (творческая интуиция). Та­ким образом, поведение человека основывается на взаимодействии рефлекторной деятельности, мышления и сознания. Ряд важных заключений о природе сознания и роли языка сделаны на основе контактов и исследовании больных с расщепленным мозгом. Были обнаружены поразительные факты. Например, у одного такого опе­рированного больного действовали две сферы сознания. Когда во­прос: "Кем бы вы хотели быть?" адресовали к левому полушарию, то больной отвечал: "Чертежником". Когда тот же вопрос обращали к правому полушарию, то составленный из букв ответ был: "Авто­мобильным гонщиком". Больной имел два "я", резко отличные друг от друга. Вывод, к которому пришли исследователи расщепленного мозга — это возможность сосуществования двух сознаний, мирно уживающихся в здоровом мозге и разделяющихся при ряде заболе­ваний.

В процессах сознательного восприятия участвуют корковые про­екции органов чувств. Во время хирургических операций на мозге, проводимых под местной анестезией, при прямой электрической стимуляции различных зон коры можно вызвать сознательные ощу­щения и воспоминания о прошлых событиях, не активируя аффе­рентные пути. Например, если раздражению подвергается область кисти руки в корковой проекции (зона S₁ по Бродману), человек ощущает "прикосновение" к кисти руки; раздражение проекционных зон глаза приводит к ощущению вспышки света; раздражение ви­сочных областей коры вызывает цепь воспоминаний, в первую оче­редь, слуховых — музыкальных фрагментов, ритмов, знакомых и незнакомых мелодий.

Участие сенсорной коры является необходимым, но не достаточ­ным условием для проявления сознательного восприятия, определя­емого человеком как ощущение, образ предмета, явления или со­бытия. В условиях сна или наркоза, вызванные сенсорной стиму­ляцией, корковые потенциалы регистрируются, но сознательное вос­приятие стимулов отсутствует. Для того, чтобы стимул был осознан, необходим приток активирующих воздействий из ретикулярной фор­мации в кору мозга. Повреждение верхней части ствола мозга, включающей ретикулярную формацию, приводит к стойкой потере сознания. Следовательно, активность ретикулярной формации регу­лирует состояние сознания.

Для сознательного восприятия внешних раздражителей необходимо участие как минимум двух потоков возбуждения в неокортексе —

154

активации специфической сенсорной проекции и активации неспе­цифической системы ретикулярной формации. Информация о физи­ческих параметрах объекта восприятия передается по специфической сенсорной системе, неспецифическая активация определяет уровень бодрствования. Эмоциональная окраска восприятия зависит от ак­тивности лимбической системы, в которую поступают сенсорные сигналы по нескольким параллельным путям.

Связи лимбической системы с верховным центром регуляторных функций и эндокринной гормональной системы — гипоталамусом, являются основой включения непроизвольных бессознательных реф­лекторных реакций в процесс сознательного восприятия. Например, в минуты опасности сложные двигательные действия сопровождают­ся учащением пульса, потоотделением и т.д. Эфферентное звено сознательного восприятия — действие, которое можно разделить на две категории — приближения и избегания. В движении проявляются все факторы, составляющие поведение человека, — осознанное вос­приятие сигналов и ситуации, мотивация к действию и рефлектор­ные реакции. Результатом той или иной ситуации может быть и бездействие человека. В основе бездействия лежат те же процессы, что и в основе действия.

Представление о нервном субстрате сознания базируется на не­которых фактах, известных из нейрофизиологии. Кора головного мозга человека самая сложная по структуре и функциям система, наиболее поздно развившаяся в эволюции животного мира. Созна­ние, как способность к абстрактному заключению о мире и о себе, к разделению всего на "Я" и "не Я", может быть соотнесено с сочетанной функцией коры головного мозга и систем ее активации. Кора головного мозга состоит из ансамблей — вертикально связан­ных нейронов всех слоев коры (колонок). Несколько вертикальных ансамблей объединяются в единую крупную модульную колонку. Модульные колонки получают и перерабатывают большой объем информации. Они функционируют в составе обширных петель, по которым информация из модулей в виде импульсных потоков и медленных колебаний потенциалов передается к определенным кор­ковым и подкорковым зонам. Многократное поступление информа­ции в корковые модули и ее циркуляция в замкнутых цепях обес­печивает электрические и химические изменения в нейронах и си­напсах, необходимые для организации долговременной памяти. Переработка информации происходит в параллельных каналах (ней­ронных цепях, модулях). Обширные связи различных областей мозга между собой делятся условно на закрепленные, запрограммированные генетически и развивающиеся в результате сенсорного притока и моторного опыта. В результате, в мозге, помимо жестко закреплен­ных, организуются "распределенные" системы получения и обработки информации, системы, участвующие в обучении. Любой модуль может входить в любую систему обработки информации.

Распределенные системы мозга располагают полной информацией — как поступающей из внешнего мира, так и сигнализирующей о внутренних состояниях организма (память, эмоции, потребности и

155

т.д.). Сравнение "внутренних" данных, сохраняемых в нервной сис­теме, текущего состояния последней, с информацией об окружа­ющем мире, составляет предполагаемую основу сознания. Точка зрения на описанную "голографическую" основу сознания нуждается в дальнейшем уточнении.