Прежде чем рассказать о типах сна, следует остановиться на электроэнцефалограммах физиологического сна. Электроэнцефалография — этап огромной важности для изучения сна и бодрствования. Первым исследователем, записавшим электрические потенциалы мозга, был мэр Ливерпуля лорд Ричард Катон. В 1875 г. он обнаружил различие электрических потенциалов между двумя точками на скальпе кроликов и обезьян. В разработку этого метода вложили также свой талант и отечественные физиологи В. Я. Данилевский и В. В. Правдич-Неминский. Уже отмечалось, что первые электроэнцефалографические исследования на человеке провел психиатр из Иены Ганс Бергер, который обнаружил резкие различия между биотоками мозга во время сна и бодрствования. Выяснилось, что потенциалы мозга во время сна неоднородны и подвержены закономерной трансформации (рис. 5).
Рис. 5. Электроэнцефалограмма стадий сна
I — расслабленное бодрствование; II — дремота; III — сон средней глубины с «сонными» веретенами; IV — глубокий сон
В 1937—1938 гг. английские ученые Лумис, Хорвей, Хабарт, Девис сделали первую попытку систематизировать полученные кривые и описали пять электроэнцефалографических стадий сна. Сделали они это так добротно, что за последующие 15 лет в классификацию вносились лишь несущественные дополнения. Согласно их классификации, первая стадия А характеризуется наличием доминирующего ритма покоя — альфа-ритма, соответствующего состоянию «расслабленного», «пассивного» бодрствования. Однако альфа-ритм становится неравномерным, амплитуда его снижается, периодически он исчезает. Вторая стадия B—дремота, поверхностный сон — характеризуется уплощенной картиной электроэнцефалограммы, исчезновением альфа-ритма и появлением на этом фоне нерегулярных медленных волн в тэта- и дельта-диапазонах. Третья стадия C — сон средней глубины — характеризуется «сонными» веретенами волн средней амплитуды с частотой 12— 18 в секунду. Четвертая стадия D — глубокий сон — появляются регулярные дельта-волны (две волны в секунду) высокой амплитуды (200—300 вольт), сочетающиеся с «сонными» веретенами. Пятая стадия E — большее углубление сна — более редкая дельта-активность (одна волна в секунду) и еще большая амплитуда (до 600 вольт).
В дальнейшем делались попытки усовершенствовать эту классификацию за счет увеличения стадий и под стадий. Л. П. Латаш и А. М. Вейн, изучая стадии засыпания у некоторых групп больных с патологической сонливостью, подразделили стадию А на две под стадии, а стадию на четыре. За каждой картиной биопотенциалов мозга стоят реальные физиологические механизмы. На основании данных ЭЭГ установлено, что физиологический сон заключается в постепенном переходе от поверхностной к средней глубине сна, а от средней к глубокой, после чего все постепенно возвращается к поверхностным стадиям и пробуждению. Сон — это подъем и спуск по лестнице. Скорость этого движения различна, и имеются индивидуальные особенности длительности пребывания на ступеньках, идущих от бодрствования ко сну и от сна к бодрствованию. На рисунке представлены электроэнцефалографические ритмы на различных стадиях сна (рис. 6).
Рис. 6. Кривая стадий сна
1 — стадии сна; 2 — движения тела; 3 — движения глаз; 4 — храп
Теперь вернемся к двум типам сна. Считается, что первое исследование, давшее толчок к открытию двух типов сна, сделал в 1953 г. Юджин Азеринский — аспирант Клейтмана в Чикагском университете. Он заметил у детей периодически появляющиеся быстрые движения глаз, сопровождающиеся на электроэнцефалограмме быстрыми низковольтными ритмами (десинхронизация). Эти же явления установили другие ученые и на взрослых испытуемых. Так, во время физиологического сна периоды быстрых движений глаз — БДГ регистрируются 4—5 раз за ночь. Они впервые появляются через 60—90 минут после засыпания и следуют далее через такие же промежутки времени. Длительность первого периода БДГ бывает короткой (6— 10 минут), постепенно периоды удлиняются, достигая к утру 30 минут и более. В эти периоды на ЭЭГ картина, характерная для бодрствования, наступает после глубоких стадий сна (Е) и к утру (на фоне стадий D или С).
Таким образом, было установлено, что ночной сон состоит из закономерных циклов, каждый из которых включает стадии В, С, О, Е и стадию десинхронизации с БД Г. Следовательно, речь уже идет о многократном подъеме и спуске по лестнице (рис. 7). На основании полученных данных фаза с десинхронизацией и БДГ была названа быстрым, или десинхронзированным, сном, так как в ней имеются быстрые ритмы. Таким образом, весь сон распался на медленный сон (стадии А, В, С, D, Е) и быстрый. У взрослых людей быстрый сон занимает от 15 до 25% времени всего сна. В онтогенезе он появляется рано и доминирует в первый период жизни.
Рис. 7. Циклы сна у людей различного возраста
А — дети; В — молодые люди; В — люди среднего возраста: 1 — бодрствование; 2 — быстрый сон; 3—6 — стадии медленного сна
В табл. 1, составленной по данным литературы, показана нормальная длительность быстрого сна в различном возрасте, его удельный вес к продолжительности сна и по отношению к суткам в целом. Этот показатель очень важен, так как длительность сна индивидуума может создать неправильное впечатление об истинной длительности фазы быстрого сна.
Таблица 1. Быстрый сон у человека
Ярко представленный в онтогенезе, быстрый сон поздно проявляется в филогенезе. Впервые его можно обнаружить у птиц — 0,1% сна, у млекопитающих он занимает от 6 до 30% сна. Некоторые обобщенные данные представлены в табл. 2.
Таблица 2. Быстрый сон у человека и различных видов животных
Предполагают, что длительность быстрого сна находится в прямой зависимости от величины тела и продолжительности жизни и в обратной от интенсивности основного обмена. Значительные колебания в соотношениях между медленным и быстрым сном у различных видов животных некоторые ученые объясняют своеобразным отношением их к двум классам: к «охотникам», имеющим относительно высокий процент быстрого сна, и к тем, за которыми охотятся (кролики, жвачные), они имеют относительно низкий процент этого вида сна. Возможно, данные табл. 2 подтверждают положение, согласно которому быстрый сон — глубокий сон; животные, за которыми охотятся, не могут им злоупотреблять. Таким образом, в филогенезе медленный сон появляется раньше быстрого.
Изучение быстрого сна показало, что, хотя по своей электроэнцефалографической картине он может быть определен как поверхностный, пробудить в этот период спящего труднее, чем при медленном сне. Это дало право называть его «парадоксальным», или «глубоким», в отличие от уже известного «ортодоксального», или «легкого», сна. Мы считаем подобное определение неудачным, так как вряд ли может считаться парадоксальным сон, носящий физиологический характер и закономерно повторяющийся четыре-пять раз в течение каждой ночи.
В период быстрого сна человек видит сновидения. Это было доказано путем пробуждения испытуемых в различные фазы сна. Во время медленного сна отчеты о сновидениях встречались редко (7—8%), в быстром — регулярно (до 90%). Есть основание обозначить быстрый сон как сон со сновидениями, и даже, по мнению некоторых авторов, считать, что подобное функциональное психическое состояние и вызывает к жизни эту фазу сна.
Быстрый сон ярко представлен у новорожденных, у низших млекопитающих. У опоссума он достигает 33% от общей продолжительности сна. В таких случаях вряд ли возможно говорить об оформленных сновидениях. Скорее всего быстрый сон по своим особенностям наиболее благоприятен для возникновения сновидений.
Характерная черта быстрого сна — изменения в скелетно-моторной системе. Мышечный тонус снижается во время сна, и это один из первых симптомов сна (рис. 8). Тонус мышц особенно сильно расслабляется в период быстрого сна (прежде всего мышцы лица), биопотенциалы мышц снижаются до нулевой линии. У человека и приматов этот сдвиг менее отчетлив, чем у других млекопитающих. Специальными исследованиями было показано, что изменения в мышцах обусловлены не уменьшением нисходящих облегчающих влияний, а активным усилением ретикулоспинальной нисходящей тормозящей системы.
На фоне расслабленного мышечного тонуса возникают движения различного характера. У животных — быстрые движения глаз, усов, ушей, хвоста, подергивания лап, лизателъные и сосательные движения. У детей — гримасы, судорожные подергивания конечностей. У взрослых появляются подергивания конечностей, резкие движения тела, наконец, выразительные движения, отражающие характер переживаемого сновидения.
Для фазы быстрого сна очень характерны быстрые движения глаз — rapid eye movements. Это послужило основой для еще одного определения быстрого сна — РЕМ-сон.
Рис. 8. Три состояния нервной системы
А — бодрствование; В — медленный сон; В — быстрый сон:
1 — движение глаз; 2 — электромиосграфия; 3 — ЭЭГ сенсомоторной коры; 4 — ЭЭГ слуховой коры; 5 — ЭЭГ ретикулярной формации; 6 — ЭЭГ гиппокампа
Различия между быстрым и медленным видами сна четко выявляются при анализе сдвигов в вегетативной нервной системе. Если в периоды медленного сна наблюдается урежение дыхания, пульса, снижение артериального давления, то в быстром сне возникает «вегетативная буря»: регистрируется учащение и нерегулярность дыхания, пульс неритмичный и частый, артериальное давление повышается. Подобные сдвиги могут достигать 50% от исходного уровня. Существует предположение, что сдвиги связаны с интенсивностью сновидений и их эмоциональной окраской. Однако такое объяснение вряд ли достаточно, так как подобные отклонения имеют место у новорожденных и у низших млекопитающих, у которых предположить сновидения трудно.
В период быстрого сна выявлено также усиление гормональной активности. Приведенные данные свидетельствуют о том, что быстрый сон — совершенно особое состояние по сравнению с медленным сном и что оценка сна как однородного состояния в настоящее время несостоятельна.
Экспериментальные исследования также показали, что в реализации медленного и быстрого сна принимают участие различные формации мозга. Большой вклад в выяснение природы быстрого сна сделал французский физиолог Мишель Жуве. Он показал, что быстрый сон исчезает при локальном разрушении ядер ретикулярной формации, расположенных в варолиевом мосту. Этот отдел мозга называется ромбэнцефалоном и отсюда еще одно название этой стадии сна — «ромбэнцефалический» сон.
До сих пор крайне трудно определить место быстрого сна в системе сон — бодрствование. По целому ряду показателей эта фаза отражает более глубокий сон, в реализации которого принимают участие древние аппараты мозга, что послужило основанием для обозначения его как археосна. По другим показателям быстрый сон представлялся более поверхностным, чем медленный. Все это привело к тому, что некоторые исследователи даже предполагают выделить быстрый сон как особое третье состояние (бодрствование, медленный сон, быстрый сон).