Быстрый и медленный сон биологическое значение

Теория: Сон и бодрствование — это проявление суточных ритмов. Основные контакты с внешним миром человек осуществляет в бодрствующем состоянии, которое характеризуется довольно высоким уровнем электрической активности мозга. Сон обеспечивает восстановление работоспособности, переработку и усвоение полученной во время бодрствования информации. Для того чтобы возникло состояние сна, в мозге вырабатывается ряд особых веществ например серотонин, вырабатываемый нейронами центральной части среднего мозга. Сон — это особое состояние мозга и всего организма в целом, характеризующееся расслаблением мышц, слабой реакцией на внешние раздражители. Сон — состояние угнетения сознания и ослабление связей человека с окружающей средой. Сон — циклическое явление.

3. СТАДИИ МЕДЛЕННОГО СНА И БЫСТРЫЙ СОН

Ослабление обмена веществ и температуры тела 6. Длительность медленной фазы сна составляет примерно 15 минут Быстрый сон 1. Тонус мышц падает до нуля 2. Усиливается мозговой кровоток 3. Движения глазных яблок, мышечные сокращения в отдельных группах мышц 4.

Стадии и фазы сна

Сон: кому и зачем он нужен? Мало того что недосып — штука весьма неприятная, отсутствие сна может привести к смерти. Было показано, что крысы, которым искусственно не давали спать, погибали через две-три недели.

Удивительно, но, несмотря на насущность проблемы, мы так и не знаем, почему нам так плохо от недосыпа и почему сон жизненно необходим. Вообще, мы знаем о биологических основах сна до смешного мало. Может быть, разобраться в биологии сна поможет изучение сна у других животных?

Чем вообще сон животных отличается от сна человека, когда и зачем сон появился в ходе эволюции? Об этих интереснейших вопросах мы поговорим в нашей статье. Но сначала, наверное, стоит напомнить основные сведения о биологии сна. Биология сна: базовые сведения Человек проводит во сне примерно треть жизни. Каждому известно, что сон необходим, как еда и вода, причём, в объёме не менее 8 часов в сутки хотя биохакеры и пытаются всеми правдами и неправдами сократить продолжительность сна без существенного ухудшения самочувствия.

Однако, в отличие от воды и пищи, мы так до сих пор и не знаем, зачем же сон нам так нужен. Ночной сон в норме состоит из чередующихся фаз быстрого сна так называемый парадоксальный сон или REM-фаза от англ. При многих неврологических и психических нарушениях баланс между двумя фазами сна нарушается, поэтому обе они играют важные физиологические роли. Фазу сна можно легко определить с помощью энцефалограммы ЭЭГ или электромиограммы ЭМГ , которые регистрируют электрическую активность головного мозга и мышц соответственно.

Когда человек засыпает, он сначала погружается в фазу глубокого сна, который подразделяют на три-четыре стадии, отличающиеся наблюдаемыми рисунками электрической активности мозга. В самой последней стадии NREM-фазы сон наиболее глубок, и именно во время этой фазы человека труднее всего разбудить. Фаза медленного сна сменяется быстрым сном. Энцефалограммы бодрствующего мозга и мозга в фазе быстрого сна очень похожи рис. Наиболее характерным признаком REM-фазы являются быстрые движения глаз, за что она и получила своё название.

Сновидения мы видим также во время REM-фазы. Конец REM-фазы наиболее благоприятен для пробуждения. Если пробуждения не произошло, после REM-фазы снова начинается фаза глубокого сна. Длина одного цикла, включающего фазу медленного сна и фазу быстрого сна, составляет примерно 1,5 часа. Поскольку оптимальная продолжительность ночного сна составляет 8 часов, за ночь происходит смена 4-5 циклов сна. Схематическое представление энцефалограммы в состоянии бодрствования, трёх стадиях медленного сна и REM-фазы.

Видно, что энцефалограммы бодрствующего мозга и мозга в REM-фазе очень похожи Сон у позвоночных и не только У человека первые сообщения об открытии фазы быстрого сна появились в 1953 году.

Спустя несколько лет, в 1959 году, похожее состояние удалось пронаблюдать у кошек. После этого началось активное изучение анатомических, фармакологических, физиологических и генетических аспектов сна. Определить наличие фаз сна у других животных — задача непростая, тем более что даже не всегда понятно, что у них считать сном. Как правило, за сон принимают такое состояние, в котором: Животное неподвижно; Повышается пороговое значение различных стимулов; Состояние покоя легко обратимо; Состояние наблюдается преимущественно в определённых местах например, в норах, на кровати и т.

Состояния, удовлетворяющие перечисленным критериям сна, были описаны у самых разных животных, в том числе и беспозвоночных: у рыбок данио-рерио, плодовой мушки дрозофилы и нематоды Caenorhabditis elegans. Стоит отметить, что спячка хотя и очень похожа на сон, не удовлетворяет всем перечисленным критериям, так как не представляет собой легко обратимое состояние.

Однако оказалось, что состояния, удовлетворяющие критериям сна, имеют принципиально схожие и довольно основательные молекулярные основы. Выяснилось также, что гены, связанные со сном, консервативны среди животных, даже у самых примитивных. К числу таких генов в настоящее время относят протеинкиназу SIK3, белки сигнального пути эпидермального фактора роста, протеинкиназу G, белки сигнальных путей циклического аденозинмонофосфата цАМФ и гистаминергического сигнального пути, а также рецепторы N-метил-D-аспартата.

Как мы уже отмечали, фазы быстрого и медленного сна в строгом смысле можно выделить только у млекопитающих и птиц. Млекопитающие и птицы произошли от разных групп рептилий, поэтому кажется логичным, что из всех позвоночных именно у рептилий сон должен иметь структуру, близкую к структуре сна у млекопитающих и птиц. Однако по многим особенностям физиологии и анатомии современные рептилии отличаются от птиц и млекопитающих.

Во-первых, рептилии пойкилотермны, то есть они не могут поддерживать постоянную температуру тела. Во-вторых, передний мозг рептилий устроен значительно проще, чем передний мозг птиц и млекопитающих, у которых он имеет очень достаточно сложную организацию — неокортекс у млекопитающих и неостриатум у птиц рис. Многие учёные склоняются к тому, что появление сна с чередованием медленной и быстрой фаз непосредственно связано с переходом к гомеотермии постоянной температуре тела и развитием переднего мозга, что независимо произошло у птиц и млекопитающих.

Сравнительная анатомия мозга разных групп позвоночных: рыб, амфибий, ящериц и змей, птиц и млекопитающих. Фиолетовым цветом обозначен передний мозг, зелёным — средний мозг, оранжевым — мозжечок. Источник [3] Сон самых примитивных млекопитающих — яйцекладущих — сильно отличается от сна других млекопитающих.

Первые исследования сна у одного из двух современных яйцекладущих, ехидны, показали, что у неё есть типичная для млекопитающих NREM-фаза, а вот признаков REM-фазы нет совсем.

Позднее другая группа учёных показала, что регистрация электрической активности в области ствола мозга даёт паттерн, соответствующий REM-фазе, а паттерн активности, снятый в то же время в коре мозга, соответствует NREM-фазе. Есть сообщения, что REM-фаза сна у ехидны выявляется только по определённой температуре, однако эти результаты сомнительны, так как REM-фаза, вероятно, была спутана со спокойным бодрствованием.

В 2016 году показали, что у ящерицы Pogona vitticeps родственница агам во сне можно выделить две фазы, похожие по энцефалографическим характеристикам на REM- и NREM-фазы. Одна из фаз сна у этой ящерицы даже сопровождается быстрыми движениями глаз. В течение ночи, когда ящерица спит, её сон представляет собой чередование двух фаз. Однако продолжительность каждой фазы зависит от температуры окружающей среды.

Кроме того, за сон у рептилий отвечают совершенно другие анатомические структуры мозга, чем у млекопитающих, поэтому связь сна рептилий и млекопитающих довольно непонятна. Поскольку ящерицы относятся к группе рептилий, которая наиболее далека от птиц лепидозавры , сон из REM- и NREM-фаз мог появиться на ранних этапах эволюции амниот или даже раньше.

Действительно, во время REM-фазы и у млекопитающих, и у птиц ослабляется терморегуляция, так что они частично утрачивают гомеотермность, что сближает их с пойкилотермными низшими позвоночными.

Кроме того, за REM-фазу сна отвечает ствол мозга — очень древняя структура, устроенная примерно одинаково у всех позвоночных. Более того, детёныши многих млекопитающих практически всё время спят, причём, их сон состоит исключительно из REM-фазы, вероятно, из-за того, что анатомические структуры мозга, отвечающие за быстрый сон, завершают своё развитие раньше тех, что отвечают за медленный сон.

Впрочем, и тут есть что возразить. Последние данные говорят о том, что ствол мозга задействован и в медленном сне, а сон детёнышей, по мнению некоторых исследователей, совершенно отличен от сна взрослых, и делить на NREM- и REM-фазы его некорректно.

Когда спит только часть мозга Млекопитающие, которые всю жизнь проводят в воде, например, дельфины и киты, не могут себе позволить длительный сон, как другие млекопитающие — в противном случае они просто-напросто утонули бы. Дельфины нашли очень изящное решение проблемы: разные полушария мозга у них спят в разное время!

В то время как одно полушарие находится в фазе быстрого сна, второе сохраняет базовый уровень активности, благодаря которому животное продолжает плавать. У дельфинов, кроме того, практически нет быстрого сна, а возможно, его нет в принципе. Как мы помним, во время REM-фазы мышцы расслабляются, а для дельфинов расслабление мышц неминуемо привело бы к гибели. Однополушарный сон наблюдается также у морских котиков, несмотря на то что они живут и в воде, и на суше.

На суше у них спят оба полушария, а в воде имеет место однополушарный сон. Как морские котики переключаются между двумя программами сна, ещё неясно. Однополушарный сон отмечен у многих птиц, у которых он, вероятно, играет роль в защите от хищников. Возможно, перелётные птицы также используют однополушарный сон во время длительных миграций. Сон у беспозвоночных и молекулярные механизмы сна В наш век бурного развития молекулярной биологии исследование генов стало неотъемлемой частью практически всех биологических наук.

Как вы уже, наверное, поняли, традиционные методы изучения сна, такие как регистрация электрической активности с помощью энцефалограммы, не позволяют дать однозначного ответа на многие вопросы касательно различных аспектов биологии сна. А что на этот счёт говорят гены? В 2016 году исследователи показали, что у мышей повышенная активность гена протеинкиназы SIK3 приводит к увеличению количества медленного но не быстрого! Гомологи SIK3 есть у дрозофилы и нематоды, и у них этот белок тоже способствует сну.

У рыбки данио-рерио ключевую роль в регуляции сна и бодрствования играет гистамин. И у данио-рерио, и у млекопитающих он способствует бодрствованию, а рыбы с нарушенным синтезом гистамина очень много времени проводят во сне.

У млекопитающих важнейшим веществом, стимулирующим бодрствование, становится нейропептид орексин также известен как гипокретин. У людей утрата нейронов, выделяющих орексин, приводит к нарколепсии — расстройству сна, которое характеризуется повышенной дневной сонливостью, катаплексией кратковременным параличом мышц при бодрствовании и похожими на сны галлюцинациями, связанными с тем, что при засыпании бодрствование сменяется не NREM-фазой, а REM-фазой.

Нейроны, секретирующие орексин, активны в основном при бодрствовании и неактивны во время сна. Любопытно, что у данио-рерио, лишённых способности к синтезу орексина, никаких нарушений при бодрствовании нет, а ночной сон становится коротким и прерывистым.

Ещё более удивительно, что введение орексина вызывает у рыб не бодрствование, а сон! Таким образом, орексин, хотя и играет у всех позвоночных важную роль в регуляции сна, функционирует у разных групп по-разному. До этого момента мы обсуждали только позвоночных животных. А как обстоит дело с беспозвоночными?

Сон и похожие на него состояния известны у многих беспозвоночных. Например, нечто похожее на сон наблюдается у личинок тутового шелкопряда перед линькой, когда они перестают питаться и становятся неподвижны. Есть он и у модельных беспозвоночных организмов — дрозофилы и нематоды. У дрозофилы двигательная активность жёстко подчиняется циркадным ритмам, и ночью мухи находятся в состоянии покоя. Является ли оно сном? Если мухам искусственно не давать спать ночью, они становятся очень вялыми днём.

Пороговые значения разных раздражителей во время покоя также повышены. Любопытно, что старые мухи спят меньше молодых, как и старые люди обычно проводят во сне менее длительное время, чем молодые. Кроме того, кофеин оказывает на мух выраженное бодрящее действие. Таким образом, ночное состояние покоя у мух удовлетворяет основным критериям сна, и, следовательно, их можно использовать в качестве модельных организмов для изучения сна. Нейромедиатор дофамин у млекопитающих стимулирует бодрствование.

У мух с нарушенным метаболизмом дофамина также наблюдается повышенная активность и сокращённое время покоя. Активация или инактивация синтеза октопамина у мух также повышает или понижает длительность бодрствования соответственно. Действие гистамина на мушек тоже похоже на влияние этой молекулы на млекопитающих: лишённые гистамина мухи демонстрируют повышенную сонливость.

Однако молекулярные механизмы этой реакции у млекопитающих и мух различаются.

Сон: кому и зачем он нужен?

Сон: кому и зачем он нужен? Мало того что недосып — штука весьма неприятная, отсутствие сна может привести к смерти. Было показано, что крысы, которым искусственно не давали спать, погибали через две-три недели. Удивительно, но, несмотря на насущность проблемы, мы так и не знаем, почему нам так плохо от недосыпа и почему сон жизненно необходим.

Биологические ритмы. Сон и его значение

Сон — не перерыв в деятельности мозга, это просто иное состояние. Во время сна мозг проходит через несколько различных фаз, или стадий, активности, повторяющейся с примерно полуторачасовой цикличностью. Сон состоит из двух качественно различных состояний, называемых медленным и быстрым сном. Они отличаются по суммарной электрической активности мозга ЭЭГ , двигательной активности глаз ЭОГ , тонусу мышц и многочисленным вегетативным показателям частоте сердечных сокращений и дыхания, электрической активности кожи и т. Медленный сон подразделяется на несколько стадий, выделенных на основании изменений ЭЭГ рис. В перой стадии исчезает основной биоэлектрический ритм бодрствования — альфа-ритм. Он сменяется низкоамплитудными колебаниями различной частоты.

Профессор Ричард Р. Будзин в Лаборатории исследований сна много лет изучал расстройства сна и рекомендует методику быстрого засыпания, основанную на шести этапах. В годовом отчёте по клинической психологии он описал различные психологические подходы, которые были использованы для лечения бессонницы. Подобное лечение ещё раньше было названо лечением стимульным контролем.

Вообще, мы знаем о биологических основах сна до смешного мало. Фаза медленного сна сменяется быстрым сном. Повышается пороговое значение различных стимулов;; Состояние покоя легко обратимо;. Срочно! Биологическая роль медленного сна и быстрого. активные колебания электроактивности, значения которых максимально. Медленный сон подразделяется на несколько стадий, выделенных на основании изменений ЭЭГ (рис. Помимо тонических компонентов стадии быстрого сна, выявляются фазические Фотосинтез, его значение, космическая роль. . ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ НАУЧЕНИЯ · 2.

Во время сна перестраивается мозговая деятельность, которая необходима для переработки и консолидации информации, попавшей в период бодрствования, перевода ее с промежуточной в долговременную память. Функции сна обеспечивает отдых организма. Во время медленного сна высвобождается гормон роста. Быстрый сон: восстановление пластичности нейронов, и обогащение их кислородом; биосинтез белков и РНК нейронов.

.

.

.

.

.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Биологические ритмы. Сон и его значение. Видеоурок по биологии 8 класс