Онтогенез сна

Мозг развивается последовательно и довольно продолжительное время – начиная с внутриутробного периода и заканчивая, в основном, к 20-22 годам жизни. Структуры, отвечающие за более базовые и жизненно необходимые функции, созревают раньше всего, в то время как структуры, отвечающие за логическое мышление, планирование действий и т.д. (префронтальная кора) созревают гораздо позже, по некоторым данным только к 40 годам (Blakemore S.-J., 2010, материалы конференции British Neuroscience Association).

В процессе онтогенеза ширина коры мозга увеличивается в три раза, а вот количество нейронов на единицу площади – уменьшается. Это происходит из-за значительного роста и разветвления нервных отростков – дендритов, которые раздвигают тела нейронов.

Скорость миелинизации различных участков коры также идет неравномерно, как и развитие отдельных слоев коры (прогрессивнее растет только слой III в ассоциативных полях коры).

миелинизация в онтогенезе

Рис.4. Развитие мозга человека с 4 лет до 21 года по данным fMRI исследований. Цвет показывает зрелость мозга (красный – менее зрелый, фиолетовый – более зрелый мозг). Слева направо: мозг в 4 года, в 6 лет, в 9 лет, в 13-15 лет, в 17-21 год. Адаптировано из: Tau G.Z., Peterson B.S. Normal development of brain circuits. Neuropsychopharmacology REVIEWS (2010) 35: 147-168.

Точно также и структуры мозга, отвечающие за определенную стадию и/или фазу сна (смотри пост Центры бодрствования и сна), развиваются во времени неравномерно. Так, первыми созревают филогенетически древние отделы мозга, в частности ствол мозга, структуры которого отвечают за генерацию быстрого сна.

Этот процесс происходит еще во внутриутробном периоде и окончательно оформляется в первые дни после рождения, когда активный сон (предшественник быстрого сна) трансформируется непосредственно в быстрый сон.

Затем созревают более молодые отделы мозга, отвечающие за спокойный сон (предшественник медленного сна). Первые пару месяцев сон ребенка состоит только из дельта-сна (4я стадия медленного сна), причем этот сон также не эквивалентен дельта-сну взрослого человека.

Кора созревает в направлении от задних отделов к передним, и если дельта волны взрослого человека генерируются передними отделами – медиальной префронтальной, орбитофронтальной и передней цингулярной корой (DangVu et al., 2008), созревающими одними из последних в онтогенезе, то у младенцев дельта-ритм генерируется задними участками коры.

Третья стадия медленного сна (с тета-волнами, генерируемыми за счет взаимодействия коры с гиппокампом) формируется только к 2-3 месячному возрасту. Где-то в возрасте 3-4 месяцев цикл сна ребенка уже соответствует таковому взрослого человека, только с меньшей продолжительностью – около 40-60 мин вместо полутора часов.

Вторая стадия медленного сна с сонными веретенами (результат взаимодействия коры и таламуса) появляются в 2-3 года (по другим данным с 6 месяцев) и только к 8-12 летнему возрасту появляется 1я стадия (дремота).

Получается интересная ситуация – примерно до 12-летнего возраста дети могут либо бодрствовать, либо крепко спать. Хотя у младенцев есть альфа-подобные волны (Строганова Т.А., 2001, автореферат диссертации), генерируемые, в основном, затылочной долей (отвечает за предметное зрение), это не тот альфа-ритм который наблюдается в спокойном бодрствовании и при засыпании/дремоте у взрослого человека. Только когда сформируются все четыре стадии медленного сна можно говорить об окончании формирования фазовой структуры сна.

В целом, в детском возрасте доминирует тета-ритм (период от 2 до 8 лет), который регистрируется и во время сна и при бодрствовании (у взрослого человека только во время сна или наркоза), и связано это с созреванием синхронизирующих структур промежуточного мозга.

Другим превалирующим в детском возрасте ритмом является дельта-ритм, который может регистрироваться на ЭЭГ 3-6 летнего ребенка даже при бодрствовании (Taylor, Michael, 2002). В период между 11-14 годами, доля дельта-волн падает на 25% (Campbell et al., 2012) и исчезает полностью или почти полностью к 75 годам (Colrain et al., 2010).

Возрастные изменения распределенности сна в течение суток

С возрастом меняется и распределенность сна в течение суток. Если у взрослого человека, как мы знаем, сон носит монофазный характер (консолидированный 8-часовой ночной сон), т.е. мы спим один раз в сутки в определенное время, то у младенцев сон полифазный. Периоды сна и бодрствования у них циклически чередуются так, что каждые 4 часа наступает сон примерно 6 раз в течение суток. Связано это с особенностями функционирования центральных биологических часов организма – супрахиазматического ядра (СХЯ).

В это время в жизни ребенка господствует не привычный нам циркадианный (суточный) ритм, а более короткий 4-часовой ультрадианный ритм, который в свою очередь делится на 50-60 минутные интервалы (рис.5).

развитие сна у грудных детей

Рис.5. Развитие сна у грудных детей. Сразу после рождения преобладают короткие ритмы активности – 50-60 минутный и 4-часовой. При взрослении начинает преобладать 24 часовой суточный ритм.

В каждый из 4-часовых периода может случиться один или несколько циклов сна. Поэтому по ночам груднички просыпаются каждые 3-4 часа. Только с 5й недели жизни сон начинает зависеть от смены дня и ночи, постепенно увеличиваясь в ночное время и достигая к 2-3 месячному возрасту более-менее стабильного уровня (рис.6). В этом возрасте около 44% детей уже спят всю ночь.

Возрастные изменения паттерна сна и бодрствования.

В возрасте одного года количество эпизодов сна значительно сокращается и в 4 года становится двухфазным (основной ночной сон и дневной короткий сон = нэп).

Как известно, в некоторых культурах двухфазный сон практикуется и у взрослых в виде сиесты в южных странах, тихого часа в Китае (там обеденный перерыв длится 2 часа – час на обед и час на сон) и т.д. Интересно, что двухфазный сон ребенка 4 лет повторяет кривую суточной активности со спадом в 15:00-16:00 (рис.7).

суточные изменения внимания

Рис. 7. Кривая суточных изменений внимания с минимумами в ночной период (01:00 – 05:00) и в дневной период (около 15:00) при общепринятом монофазном графике сна. Спад активности в 15:00 может быть сдвинут на 13:00 в случае, если практикуется сиеста.

Я думаю, многие сами замечали, что в период с 15:00 до 17:00 часто клонит в сон, особенно после плотного обеда, когда происходит перераспределение кровотока в пользу ЖКТ (как известно, сытое брюхо к работе глухо).

Результаты эксперимента, проведенного сомнологом Перетцом Лави (Peretz Lavie) подтверждают, что именно в эти промежутки времени организм настроен на сон. В этом эксперименте, получившим название 7/13, испытуемых просили пытаться заснуть в 7-минутные интервалы и бодрствовать в 13-минутные интервалы и так в течение суток.

При этом отмечали легкость засыпания или, наоборот, поддержания активности. В определенное время суток испытуемые засыпали почти всегда в 7-минутные интервалы (ночью и в период между 14:00 и 16:00), в другие периоды – почти никогда (днем и в период 20:00-22:00).

Получившаяся кривая (рис.8), которая есть отражение суточной активности, доказывает наличие влияния биологических часов на сон. Иначе люди бы могли с одинаковой частотой засыпать или не засыпать в любое время суток.

Эксперимент 7/13

Рис.8. Эксперимент 7/13. Склонность ко сну имеет место ночью и в послеполуденное время.

Возрастные изменения преференций к времени для сна

С возрастом меняется также время отхождения ко сну, происходит циркадианный дрейф в ту или иную сторону. В подростковом возрасте, к примеру, происходит необъяснимое запаздывание по фазе (phase delay) на 1-2 часа, так что тинейджеры чувствуют себя на подъеме до поздней ночи (до 00:00) и им, естественно, гораздо сложнее становится вставать рано утром (до 9:00). Другими словами у подростка устанавливается «совиный» хронотип (рис.9).

совы и жаворонки

Рис.9. Возрастные изменения хронотипа человека. Дети по мере взросления засыпают все позже, но к концу юношества (19,5 лет для женщин и 20,9 лет для мужчин) начинается движение в обратном направлении, видимо, вследствие гормональных перестроек, влияющих на темпы эндогенных биологических часов. Такие тенденции в сторону «сов» в подростковом возрасте и в сторону «жаворонков» в пожилом свойственны всем людям независимо от их хронотипа, который детерминируется генетически.

Кстати, поскольку такая физиологическая особенность никак не учитывается в повседневной жизни подростка (часы посещения школы или заведенные дома порядки), то эмоциональная нагрузка в связи с таким режимом может вносить свой вклад в перепады настроения и эмоционально-поведенческие расстройства ребенка.

После 55 летнего рубежа, наоборот, наблюдается ускорение по фазе (phase advance), при котором человека клонит в сон раньше обычного вечером, но и время пробуждение также переносится на более ранние часы. Устанавливается хронотип «жаворонков».

Такому же ускорению по фазе следует и секреция мелатонина, и ритм температуры тела (Froy, 2011). Причина, скорее всего, в нарушении работы центральных биологических часов (СХЯ), в которых с возрастом начинают по-другому секретироваться нейромедиаторы: вазоактивный интестинальный пептид (Kallo et al., 2004), аргинин вазопрессин (Rozendaal et al., 1987), TGF-β (Beynon et al., 2009).

Уменьшается также амплитуда ритмической электрической активности СХЯ (Aujard et al., 2001). Тут стоит отметить, что очень часто у пожилых людей неправильно диагностируется бессонница, а на самом деле это естественный профиль сна для этого возраста. К сожалению, до сих пор этот факт не принимается во внимание не только пациентами, но и врачами.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

7 комментариев

по хронологии
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

Очень познавательно. А с чем может быть связана выраженная сонливость, возникающая перед заходом солнца и длящаяся ещё часа два после захода, причём независимо от изменения времени заката в зимний и летний период, и независимо от изменения возраста? Могут ли это срабатывать какие-то первобытные природные ритмы в организме, в плане: раз темнеет, значит наступает ночь и пора спать. Срабатывают они, даже если находишься в хорошо освещённом помещении и не смотришь на часы.

2

Сергей, а почему быстрый сон - более филогенетически древний?

3
Сергей Александрович Савельев

Потому что запускается из структур ствола мозга - а это филогенетически древние отделы мозга. Кроме того, есть такая гипотеза, высказанная Ковальзоном, и мне она близка, что в эволюции наиболее последнее наше приобретение, если мы говорим и цикле сна-бодрствования, это бодрствование, состояние, которое вывело нас на качественно новый уровень. Наша высшая нервная деятельность, логика, планирование - есть проявление функционирования лобных долей полушарий, префронтальной коры - самых молодых с эволюционной точки зрения областей. Эти зоны работают только при бодрствовании, во сне они отключены (кроме функции переноса памяти на долговременное хранение и сопряженных с этим активностей), поэтому наши сны критически не обрабатываются и там часто нет логики. Медленный сон по этой гипотезе соответствует спокойному сну более примитивных животных, стоящих на низких ступенях эволюции, а вот быстрый сон - соответствует их бодрствованию. Другими словами наш быстрый сон вполне вероятно - это бодрствование холоднокровных животных. Поэтому и управляется древними отделами мозга.

4
Сергей Александрович Савельев

Честно, не знаю как ответить на этот вопрос. Дело в том, что в период бодрствования есть такой промежуток, как я уже описал в посте, с 8 до 10 вечера, когда человек почти никогда не засыпает (эксперимент 7/13). Данные по первобытным племенам также это подтверждают. А ведь именно в это время и происходит закат. Опять таки, время заката может варьировать очень существенно, особенно в северных широтах, а Вы говорите сонливость наблюдается независимо от сезона. За собой я такой склонности ко сну до и после заката не наблюдал. Зато сегодня обратил внимание, сидя в холодной аудитории, что жутко хотелось спать. Сразу вспомнил, что сон аборигенов экватора сильно зависит от внешней температуры и наступает при ее понижении. Как не вспомнить знаменитое выражение "Не спи! Замерзнешь!" Гипотеза о ведущей роли температуры как триггера сна, а не освещенности, меня все больше и больше затягивает.

5

Да, я многим задавала этот вопрос и сама пыталась найти ответ, но безрезультатно.

сон аборигенов экватора сильно зависит от внешней температуры и наступает при ее понижении

возможно, он наступает просто при более комфортной температуре, а для жаркого климата комфортным будет снижение температуры. Соответственно, если очень холодно, то комфортным будет определённое повышение температуры, причём её значения могут быть индивидуальны. Я например, если холодно, точно не усну. На счёт "не спи, замёрзнешь!", тут скорее играет роль, что человек не сможет контролировать своё состояние во сне, когда начнёт замерзать, да и без движения он скорее замёрзнет. Как-то так 🙂

6

Очень интересно! А у примитивных животных бывает логика?

7
Сергей Александрович Савельев

Насколько я знаю логическим мышлением обладают животные, у которых имеется префронтальная кора, а она есть только у млекопитающих. Причем у низших форм млекопитающих это только зачатки коры, а наивысшего развития она получает у высокоорганизованных животных, в т.ч. у человека. Поэтому у примитивных животных логическое мышление, скорее всего, отсутствует. А вот ассоциативное мышление есть у низших животных, например, у рыб, у которых можно выработать условные рефлексы. Напомню, что у рыб коры нет вообще.