Однако исследования очень скоро показали, что сон — явление активное; это особое состояние сознания со своими собственными законами. Первым, кто назвал сон активным процессом, был Зигмунд Фрейд. Хотя Фрейд начинал как невролог, он пошел в другом направлении — в психологию, о которой мы будем говорить позднее. Начиная с 1900 года первые исследователи пытались описать сон как физиологический процесс. Примерно в 1920 году французский ученый Анри Пьерон выразил основной современный взгляд на сон как на явление, имеющее три характеристики. Первая — это периодическая биологическая необходимость. Вторая — он имеет свой собственный, внутренне вырабатываемый ритм. Третья — он характеризуется отсутствием двигательных и сенсорных функций.
Я пропущу некоторые ключевые моменты и перейду к открытиям, имеющим большое значение для нас. В 1957 году группа американских ученых описала состояние, которое сейчас называют «БДГ фаза» сна (БДГ означает быстрое движение глаз[7]). Это открытие и определило основное направление современных исследований.
Основы электроэнцефалографииВ период между 1900 и 1957 годами неврология пришла к пониманию важности глубокого изучения электрических явлений мозга, что позволило открыть фазу быстрого сна. Сейчас мы немного отклонимся от темы нашей презентации, оставив ненадолго тему сна, и поговорим о записи электрического сигнала человеческого мозга методом электроэнцефалографии (ЭЭГ). В течение полувека ЭЭГ была главным непроникающим методом исследования деятельности человеческого мозга. (Новые способы исследования мозга представляют важную альтернативу и дополнение, но пока остановимся только на ЭЭГ.) Без понимания методики и биологии ЭЭГ мы не сможем говорить о нейробиологии сна.
ЭЭГ может записывать поверхностный электрический потенциал только потому, что кора головного мозга (внешний слой мозга) состоит из больших пирамидальных нейронов (нервных клеток), расположенных в ряд Друг за другом. Серое вещество поверхности мозга состоит, в основном, из этих клеток. Они принимают сигналы из Других участков мозга через аксоны белого вещества. Аксоны (нервные волокна) передают потенциалы действия, быстрые электрические сигналы, другим нейронам через синапсы — места контакта[8]. Если электрическая активность нейронов совпадает по времени, электрический потенциал будет достаточно большим, чтобы его можно было считать с поверхности, хотя и с трудом[9] (рис. 1). Электрический сигнал измеряется несколькими миллионными долями вольта.
(Рис. 1 — Поперечное сечение кости черепа и коры головного мозга. С левой стороны потенциал действия производится отрицательным зарядом аксона и соответствующим положительным зарядом в восходящих дендритах (отростках). Электрод снимает с поверхности волну с небольшой амплитудой. Другой восходящий аксон из другого участка мозга вызывает противоположную электрическую волну.)
Что происходит, когда одновременно активируются противоположно заряженные группы аксонов с одинаковой величиной заряда? Результатом будет прямая на ЭЭГ, поскольку положительный вклад уравновешивается отрицательным. Десинхронизированная ЭЭГ напоминает собрание людей, разговаривающих на вечеринке, а синхронизированная ЭЭГ напоминает людей, поющих хором. При синхронизированной ЭЭГ много нейронов одновременно переключается с положительного на отрицательный заряд, и при этом без противовеса в виде противоположного заряда. В результате образуется электрическая волна с достаточно большой амплитудой, чтобы её можно было зарегистрировать на поверхности.
Таким образом, ЭЭГ является отражением совокупной активности многих-многих нейронов в одной зоне. Эта активность и является электрическим сигналом участка коры головного мозга, вблизи которого ведется запись. Таким образом, запись ЭЭГ представляет собой местный сигнал. Она также является косвенной: многие другие нейронные группы дают идентичные поверхностные сигналы. Позвольте мне сейчас прервать абстрактные рассуждения и показать вам сигнал мозга нашего коллеги доктора Симпсона.
Аппаратура у нас была приготовлена заранее, и, когда я закончил говорить, в комнату вошел Грег Симпсон, весь опутанный проводами. Двое наших друзей принесли портативный электроэнцефалограф с цветным экраном и поставили на стол перед Далай Ламой. Грег сел рядом, и его подключили к прибору. Энцефалограф заработал под оживленные возгласы и аплодисменты. Когда оживление смолкло, я объяснил Его Святейшеству, каким образом экран показывает сигналы, записываемые с трёх разных отведений.