Существует два основных фактора, которые определяют период, когда нужно спать, а когда – бодрствовать. Оба фактора оказывают влияние на мозг человека постоянно.
Первый фактор – это сигнал, посылаемый внутренними часами человека, которые находятся глубоко в мозгу и заставляют организм человека готовиться ко сну или просыпаться. Вторым фактором является вещество, которое накапливается в мозге и вызывает желание спать. Это вещество накапливается весь период бодрствования и вызывает сонливость.
От обоих факторов зависит состояние человека в период бодрствования, насколько он активно себя чувствует и как работает его память. Напрямую эти факторы влияют так же на наше желание спать и качество сна.
В этой статье пойдет речь про первый фактор – циркадный ритм.
Формирующая сила суточного ритма человека называется циркадным (или околосуточным) ритмом. У любого живого существа на нашей планете, жизненный период которого длиться больше суток, существует такой ритм. Внутренний 24-часовой цикл посылает регулярно сигналы каждому органу нашего тела, включая мозг.
Циркадный ритм регулирует и контролирует не только циклы сна и бодрствования. От него зависят так же время приема пищи, температура тела, обмен веществ, выделение мочи, эмоции и настроение, и т п. Именно поэтому, например, вероятность побед в спорте максимальна в дневной период чуть позже полудня, ибо привязана к естественному дневному циклу человека.
Задолго до того, как был официально признан циркадный ритм, французским геофизиком Жан-Жаком Дорту де Мераном в 1729 было найдено доказательство того, что жизнь растений определяется своим внутренним временем. Ученый изучал движение листьев растений, направленное в сторону движения солнца по небосводу. Это явление называется гелиотропизм.
В частности, де Меран изучал растение с названием мимоза стыдливая. Листья мимозы за световой день описывали дугу, следуя за солнцем. А, с исчезновением светила, сворачивались, и находились в таком состоянии до утра. С утра повторялось то же самое. Благодаря такой особенности, знаменитый биолог Чарльз Дарвин назвал лисья «спящими».
До эксперимента де Марана, считалось, что движение и сворачивание листьев обусловлено исключительно восходом и закатом солнца. Выглядело это вполне логично: когда солнце светит (даже в пасмурную погоду), листья тянутся к нему и следуют за ним, а, при закате, не находя источника света, «засыпают».
Сначала, де Маран поместил на определенный период мимозу стыдливую на открытое пространство под солнцем. Растение вело себя вполне предсказуемо, следуя своими листьями за направлением движения солнца и сворачиваясь при закате.
Гениальность эксперимента проявилась во второй части эксперимента. Ученый поместил мимозу в плотную закрытую коробку на 24 часа в полную темноту. При этом, не нарушая режима темноты, он периодически подсматривал за растением. Листья, при полном отсутствии влияния солнца, с утра раскрывались и следовали по прежней траектории за светилом, а, при закате, сворачивались, и находились в таком состоянии до рассвета. Т е повторяли полный суточный цикл, только уже без влияния солнца.
Это было, по-сути, революцией в мире природы. Данный эксперимент доказывал, что где-то внутри растения находится некий внутренний циклический генератор. Именно он определяет суточные периоды жизни растений, а не внешний источник света.
Как это ни странно, но понадобилось около 200 лет, чтобы установить, что у человека тоже имеется свой циркадный ритм, генерирующийся внутри организма. Похожий на эксперимент с растением, был проведен эксперимент с людьми в 1938 году в Чикагском университете, который потребовал от экспериментируемых большой самоотверженности.
Профессор Натаниэл Клейтман и его ассистент Брюс Ричардсон, взяв с собой запас воды и еды на 6 недель и пару раскладных кроватей, направились в одну из самых глубоких и изолированных от внешнего света пещер планеты – Мамонтову пещеру в штате Кентукки. Цель такого «темного» эксперимента состояла в проверке соответствия внутреннего суточного цикла человека действующему внешнему. Т е, останутся ли ритмы смены дня и ночи такими же у них, лишенных воздействия солнечных циклов восхода и заката, как и у остальных людей, находящихся на поверхности земли.
Помимо еды и воды, ученые взяли с собой различные измерительные приборы, с помощью которых можно было определять температуру тела и суточные циклы. Длинные ножки кроватей были установлены в ведра с водой, с целью защиты от попадания различных тварей, обитающих в Мамонтовой пещере, в постель.
Проведя, в общей сложности, 32 суток в абсолютной темноте, Клейтман и Ричардсон отрастили бороды и сделали два революционных вывода. Первый вывод говорил о том, что их пребывание в пещере не превратилось в хаотичное чередование сна и бодрствования, а имело примерно одинаковые повторяющиеся циклы. Каждый цикл включал в себя около 15 часов бодрствования и 9 часов сна.
Второе открытие было неожиданным. Выяснилось, что повторяющийся цикл, состоящий из периодов сна и бодрствования составлял время неизменно больше 24 часов. У Ричардсона, которому было за двадцать, внутренние сутки равнялись 26 -28 часов, а у 44 летнего Клейтмана было более приближенное число часов к 24-часовым суткам, но, все же, несколько большее. В итоге, каждый экспериментируемый прибавлял ежесуточно дополнительный промежуток времени к 24 стандартным часам, что напоминало механизм неисправно работающих часовых механизмов.
Спустя около 70 лет после эксперимента Клейтмана и Ричардсона, было установлено, что циркадный ритм среднестатистического человека составляет 24 часа 15 минут, что, как видно, несколько отличается от 24 часового оборота Земли.
К счастью, подавляющее большинство людей живет не в Мамонтовой пещере, а на поверхности Земли, где солнечный свет регулярно «подстраивает» наши внутренние часы к 24 часовому циклу. Солнечный свет является основным циркадным сигналом, который синхронизирует внутренние часы существ нашей планеты с орбитальным механизмом Земли, регулируя тем самым не только периоды сна и бодрствования, но и такие сферы, как, например, питание и температура тела.
Но, солнечный свет – это не единственный сигнал циркадного ритма. Существуют и другие сигналы, такие как, питание, температура окружающей среды, социальное взаимодействие. В отсутствие солнечного света, например, для людей с определенной степенью слепоты, эти сигналы так же синхронизируют ритм Земли с их внутренними биологическими часами.
Наши 24 часовые биологические часы имеют название надперекрестное ядро. Такое название произошло из за образовывающегося перекрестка глазных нервов, которые идут от каждого глаза и соединяются с корой головного мозга. Надперекрестное ядро располагается как раз над местом пересечения глазных нервов. Солнечный сигнал, проходя по глазным нервам, в месте ядра, производит «подстройку» мозга, в котором находятся биологические часы человека. Надперекрестное ядро занимает примерно 20000 нейронов мозга при общем их количестве 100 миллиардов. Несмотря на такое относительно небольшое количество содержания нейронов (или клеток мозга), ядро имеет очень большое значение в жизнедеятельности человека. Именно отсюда поступают сигналы в организм о том, когда нужно спать, а, когда – бодрствовать.
Температура тела, которая меняется в течении суток, является одним из показателей циркадного ритма организма. Она коррелирует с циклами сна и бодрствования. На графике представлен циркадный 24-часовой ритм внутренней ректальной температуры среднестатистического человека. С полудня (слева) температура тела начинает повышаться, и достигает пика ближе к вечеру. Затем происходит медленный спад, совпадающий со временем отхода ко сну, достигая нижней точки ночью, к тому времени когда человек должен уже находиться пару часов в состоянии сна. Такое изменение температуры происходит независимо от того, спит человек или бодрствует.
Описанное поведение температуры тела является одним из подтверждений существования внутренних биологических часов организма или, так называемого, циркадного ритма.
