Восени хочеться спати більше, ніж у будь-яку іншу пору року, чи не так? Але чи задумувалися ви, що відбувається у вашому організмі під час сну? Чому ми хочемо спати й навіщо нам сон взагалі? Дослідники багатьох біологічних інститутів намагаються знайти відповіді на ці запитання у статті The Atlantic.
Цукуба, Японія. За межами Міжнародного Інституту Інтегративної Медицини Сну солодкий аромат маслинових дерев наповнює повітря, а павуки-шовкопряди плетуть своє павутиння серед кущів. Двоє чоловіків у великих капелюхах тихо бурчать біля вхідних дверей, вимірюючи площу та змащуючи клеєм стіни.
Інституту п’ять років, а будинку, в якому він знаходиться, ще менше, але у ньому вже працює понад 120 науковців із пульмонології та хімії з різних країн, наприклад, Швейцарії та Китаю. Директор Інституту Масасі Янагісава створив ідеальне місце для вивчення основної біології сну. Повне блискучого обладнання приміщення, тихі камери, де дрімають миші, і безліч просторих робочих місць. Саме тут величезні ресурси зосереджені на єдиному питанні: «Чому живі організми сплять?».
Стан сну вражає тим, що в розпал постійної боротьби за виживання, протягом епох кровопролиття та смертей незліченні мільйони живих істот можуть просто перемкнуся на чудовий і довгий стан несвідомості.
Запитайте це у будь-якого науковця та матимете можливість побачити, як відчуття страху і фрустрації проникатимуть у їхні голоси. У першу чергу, стан сну вражає тим, що в розпал постійної боротьби за виживання, протягом епох кровопролиття та смертей незліченні мільйони живих істот можуть просто перемкнуся на чудовий і довгий стан несвідомості. Він навряд чи сприяє виживанню та боротьбі за життя. Але якщо така ризикована звичка настільки поширена і стійка, можна припустити, що вона дійсно має важливе значення. Та незалежно від того, наскільки корисним є сон, з точки зору виживання він все одно залишається небезпечним.
Точні переваги сну й досі залишаються загадковими для більшості біологів. Навіть звичайним медузам необхідно більше відпочивати після того, як вони довго плаватимуть на поверхні води. У цьому існує щось захопливе. Зокрема, потребу позбутися необхідності сну, було помітно не тільки в медузах і людях, але й у всьому тваринному королівстві. Але чому ми відчуваємо необхідність спати?
чому живі організми сплять, навіщо людині сон, про сон, Міжнародного Інституту Інтегративної Медицини Сну, Масасі Янагісава, The Atlantic, зачем живым организмам сон, зачем человеку спать, про сон и сонливость, научные опыты о сне, научные статьи, наукові статті про сон і сонність, сонний тиск, сонное давление

Біологи називають цю необхідність «сонним тиском»: не спіть до останнього, створюйте сонний тиск. Увечері відчуваєте сонливість? Звичайно – завдяки тому, що ви були активними цілий день, ви створили сонний тиск! Але, як і «темна матерія», це назва для чогось, чия природа нам і досі незрозуміла. Чим більше часу ви витрачатимете на роздуми про сонний тиск, тим більше це буде схоже на загадкову гру: Що накопичується в живому організмі під час неспання і розсіюється під час сну? Це таймер? Молекула, яка  щодня накопичується і щоночі повинна розсіюватися? Що таке це метафоричне співвідношення годин, замкнене в якійсь камері мозку, яке чекає кожну ніч, аби бути визволеним? Іншими словами запитує Янагісава: «Який фізичний субстрат сонливості?»

Біологічне дослідження сонного тиску почалося більше століття тому. У найвідомішому експерименті французький вчений тримав собак без сну понад 10 днів. Потім він виводив рідину з мозку цих тварин і вводив його в мозок нормальних, добре виспаних собак.

Поки тварин позбавляли сну, у цій рідині з’являлося щось таке, що змушувало інших миттєво засинати. За цим інгредієнтом – маленьким помічником Морфея – було справжнє полювання. Звичайно, особливість цього гіпнотоксину, як його називав французький дослідник, показує, чому тварини стають сонними.

Дослідження виявили, що, не зважаючи на те, що людина спить, її мозок має постійну рутинну роботу.
У першій половині ХХ століття інші науковці почали досліджувати людський мозок під час сну. Використовуючи електроенцефалографи, вони виявили, що, не зважаючи на те, що людина спить, мозок має постійну рутинну роботу. Коли людина засинає, її дихання поглиблюється, напружений розум поринає в довгі хвилі повільного сну. Потім, через певний проміжок часу, мозок наче перемикається і хвилі знову зростають, а очі починають рухатися швидко – в цей час ми бачимо сни.
Науковці називають цей період швидким сном або ж REM Sleep. Один із перших дослідників, який вивчав швидкий сон, встановив, що, спостерігаючи за рухами очей, він міг передбачити, коли прокидатимуться немовлята – такий фокус неймовірно дивував і зачаровував матусь. Цей цикл повторюється у людей знову і знову, нарешті, прокидаючись наприкінці періоду швидкого сну, розум, окрилений та сповнений піснями, мелодії яких він не може запам’ятати.
Ці періоди залежать від «сонного тиску». Чим довше жива істота позбавлена сну, тим більше співвідношення між швидким та повільним сном. Це явище спостерігалося у всіх істот, які були оснащені електродними покажчиками, включаючи птахів, тюленів, котів, хом’яків та дельфінів.
Дослідники спостерігали за хом’яками від моментів їхнього сну до пробудження, намагаючись довести, що сон зі своєю своєрідною багатоступеневою структурою не є певним пасивним енергоощадним станом. Попри те, що під час сну уповільнювався практично будь-який процес у тілі хом’яків, сонний тиск все ще зростав.
Деякі дослідники припустили, що під час стану бадьорості в організмі синтезується особлива отруйна речовина – гіпнотоксин, руйнування якого відбувається саме під час сну.
Але пошук гіпнотоксину виявився невдалим. Є чітко показана кількість речовин, що сприяють сонливості, включаючи молекулу, що називається аденозином, який накопичується в певних частинах мозку щурів у стані бадьорості, після чого зменшується під час сну. Аденозин особливо цікавий, тому що за своєю структурою його молекули схожі до молекул кофеїну, з якими можуть зв’язуватися аденозинові рецептори мозку. Аденозин зменшує процеси збудження в мозку, відповідно заміщення його кофеїном здійснює збуджуючий ефект. У випадку тривалого вживання кофеїну можливе утворення в клітинах мозку нових аденозинових рецепторів, внаслідок чого дія кофеїну послаблюється. Але робота з гіпнотоксинами не повністю пояснила, як організм стежить за сонним тиском.
Наприклад, якщо аденозин потрапляє до нашого організму під час переходу від стану бадьорості до сну, то звідки він береться? «Ніхто не знає», – зазначає Майкл Лазарус, дослідник інституту, який вивчає аденозин. Деякі науковці кажуть, що це відбувається з нейронів, деякі говорять, що це ще один клас клітин головного мозку. Але немає консенсусу. Іншими словами, самі ці речовини, здається, не зберігають інформацію про сонний тиск.
Сонні речовини можуть походити від процесу створення нових зв’язків між нейронами. Кіара Сіреллі і Джуліо Тононі, дослідники сну в університеті Вісконсіна, вважають, що ці речовини видаляють спогади або зображення у нашому мозку, які не відповідають іншим, або не потрібні нам для розуміння світу.

Сон – це найкращий спосіб «очистити» пам’ять для нашого мозку
– каже Тононі.

Існує ще багато невідомого про те, як працює наш організм. Одна група в Цукубському інституті, наприклад, досліджувала, що відбуватиметься з організмом мишей, якщо позбавляти їх певної фази сну. Дослідники змушували їх прокидатися щоразу, коли миші входили у фазу швидкого сну. Внаслідок цього експерименту  в мишей виявилася нестача фази, якої їх позбавляли, і їм доводилося компенсувати її під час наступного сну.
Сам Янаґісава завжди любив цікаві проекти, наприклад, скринінг тисяч білків і клітинних рецепторів для того, щоб побачити, що вони роблять.
Фактично, один такий проект і привів його до науки про сон близько 20 років тому. Він і його співавтори після виявлення нейромедіатора, який вони називали орксином, зрозуміли, що без нього миші постійно засинали. Цей нейротрансмітер виявився відсутнім у людей з нарколепсією – це відкриття спровокувало справжній вибух нових досліджень. Справді, група хіміків в інституті в Цукубі співпрацює з фармацевтичною компанією в дослідженні потенціалу орексинової імітації для лікування.
У ці дні Янагісава із колегами працюють над великим проектом із відбору, спрямованим на виявлення генів, пов’язаних зі сном. Кожна миша у проекті знаходиться під впливом речовини, яка викликає мутації та обладнана датчиками ЕЕГ. Понад 8000 мишей досі довго дрімають під спостереженням.
Коли миша спить дивно – постійно пробуджується чи, навпаки, спить надто довго – науковці досліджують його геном. Якщо є мутація, яка може бути причиною порушень сну, вони намагаються її вивчити. Кілька років тому група виявила мишу, яка, здається, не звільнялася від сонного тиску. Її ЕЕГ показали, що вона прожила життя віддаленого виснаження, а миші, розроблені для проведення мутації, демонстрували ті самі симптоми. «Цей мутант має більше високоамплітудних хвиль сну, ніж звичайний. Миша наче завжди позбавлена сну», – каже Янагісава. Мутація була в гені, що називається SIK3. Чим довше мутанти залишаться без сну, тим більше хімічних міток накопичує білок SIK3. Дослідники опублікували своє відкриття мутантів SIK3 у 2016 році.
В той час, як ще не зовсім зрозуміло, як SIK3 пов’язаний із сонливістю, той факт, що мітки накопичуються на ферменті, як зерна піску, що наливаються до дна пісочного годинника, зацікавила дослідників. Вони переконані, що SIK3 є одним із центральних гравців.
Проводячи безліч досліджень у таємничій темряві сонливості, ці відкриття блищать перед науковцями, мов ліхтарики, які освітлюють шлях. Але як всі ці дослідження можуть об’єднатись у велику картину, поки незрозуміло.
Джерело: The Atlantic.
Приєднуйтесь до групи Вар’ят в Facebook і стежте за оновленнями. З нами цікаво!