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

Sorry that something went wrong, repeat again!

7комментариев

сначала новые
по рейтингу сначала новые по хронологии
1
Андрей Саватеев

Сергей, а почему быстрый сон - более филогенетически древний?

2
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.

3
Андрей Саватеев

Очень интересно! А у примитивных животных бывает логика?

4
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.

5

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.

6
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.

7

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 🙂