Однополушарный сон: дельфины, котики, фрегаты, кряквы и человек

Зимой на незамерзающем пруду утки спят прямо на виду, сбившись в ряд. Присмотритесь к крайней птице: у неё один глаз открыт. И открыт не какой попало, а тот, что смотрит наружу, прочь от группы — туда, откуда может прийти опасность.

А если эта утка развернётся, она поменяет глаз.

Так выглядит со стороны явление, которое перевернуло представления о том, что такое сон. Открыли его, впрочем, не на утках.

Задача, которую надо было решить

У дельфина есть неудобство, которого нет у нас: дыхание у него произвольное. Он не дышит «сам собой», как мы во сне, — каждый вдох требует всплыть и открыть дыхало. Уснуть так, как спим мы, для дельфина означало бы захлебнуться.

Отсюда следовало, что дельфин либо не спит вовсе, либо спит как-то иначе. Долгое время это оставалось предметом рассуждений.

1977 год, Москва

Ответ получили в Советском Союзе.

Лев Михайлович Мухаметов, Александр Яковлевич Супин и Ирина Германовна Полякова в течение трёх летних сезонов снимали электрическую активность мозга у девяти афалин, свободно плававших в бассейне, — одновременно с записью мышечной активности, сердечного ритма и дыхания.

У шести дельфинов картина оказалась такой, какой у млекопитающего быть не должно. Одно полушарие показывало медленные волны глубокого сна, второе в это же время — активность бодрствования. Через некоторое время полушария менялись ролями.

Работа вышла в Brain Research в 1977 году и заняла четыре страницы.

Так был открыт однополушарный медленный сон. Дельфин спит одним полушарием, а второе в это время управляет плаванием и всплытием за воздухом. Открытым остаётся один глаз — тот, что связан с бодрствующим полушарием.

Стоит задержаться на том, насколько это странно. У всех наземных млекопитающих сон — состояние всего организма. Дельфин показал, что это не обязательное свойство сна, а всего лишь то, как он устроен у нас.

Лев Мухаметов (1938–2021) занимался морскими млекопитающими всю жизнь, и открытая им линия исследований жива до сих пор — дальше в этой статье она встретится ещё дважды.

Утка, которая выбирает, каким глазом смотреть

Через двадцать два года выяснилось, что так умеют не только те, кому нужно всплывать за воздухом.

Нильс Раттенборг, Стивен Лима и Чарльз Амланер в 1999 году опубликовали в Nature работу о кряквах. Птиц укладывали спать в ряд и смотрели, что происходит.

Утки в середине шеренги спали обычным образом, закрыв оба глаза. А вот те, что оказались с краю, спали иначе: один глаз оставался открытым — причём именно тот, что смотрел наружу, от группы, в сторону, откуда может прийти опасность.

Дальше — деталь, из-за которой работа и стала известной. Если такая утка разворачивалась, она меняла глаз: закрывала тот, что теперь смотрел внутрь шеренги, и открывала обращённый наружу.

И ещё: доля однополушарного сна росла вместе с риском. Чем опаснее обстановка, тем чаще птица спала одним полушарием.

Это оказалось первым свидетельством того, что животное управляет соотношением сна и бодрствования в разных частях мозга — не просто обладает такой способностью, а применяет её сообразно обстановке.

Морской котик, который переключается — и не отсыпается

Здесь линия исследований возвращается к отечественным авторам.

Олег Лямин с соавторами изучал северного морского котика — животное, которое живёт то на суше, то в воде, и потому позволяет сравнить оба режима у одной особи.

На суше котик спит как обычное наземное млекопитающее: медленный сон обоими полушариями сразу и около 80 минут быстрого сна в сутки.

Стоит ему уйти в воду, картина меняется. Медленный сон становится преимущественно однополушарным — и быстрый сон почти исчезает. Механизм понятен: при быстром сне пропадает мышечный тонус, голова опускается, а для животного, которому надо держать ноздри над поверхностью, это недопустимо. Однополушарный сон, наоборот, позволяет грести противоположным ластом и оставаться на плаву.

Так котик может провести до двух недель.

А теперь то, ради чего эту работу стоит знать. Вернувшись на сушу, котик не отсыпается. Возмещения — того, что называют отдачей после лишения быстрого сна, — практически нет.

Это плохо согласуется с общепринятым представлением. Стандартная модель говорит, что потребность во сне накапливается как долг и требует возврата: не выспался — организм возьмёт своё позже. У котика долга не образуется вовсе.

Авторы предполагают, что однополушарный медленный сон в воде делает быстрый сон ненужным — то есть выполняет за него какую-то работу. Но это предположение, а не установленный факт.

Запись вели прибором, который построил Алексей Высоцкий (Цюрихский университет и Высшая техническая школа Цюриха). Тот же прибор появится в следующем разделе.

Фрегат, спящий в полёте

Большой фрегат уходит с гнездового острова в кормовой полёт на срок до десяти суток и на три тысячи километров. Что он делает всё это время со сном, никто не знал.

В 2016 году группа Раттенборга закрепила регистраторы на четырнадцати самках больших фрегатов на острове Дженовеса в архипелаге Галапагос и записала электрическую активность мозга прямо в полёте, а затем сравнила с записями девяти птиц, вернувшихся на гнездо.

Птицы в полёте действительно спали. Причём всеми способами: и одним полушарием, и обоими сразу, и даже короткими эпизодами быстрого сна — при которых голова падала, но полёт продолжался.

Поражает не это, а количество. В полёте фрегат спал 0,69 часа в сутки — около сорока двух минут, эпизодами примерно по десять секунд, преимущественно после наступления темноты. На суше та же птица спала порядка двенадцати часов.

Семь процентов от обычной нормы — и десять суток в таком режиме.

Вывод авторов существенен и сформулирован осторожно: возможность спать однополушарно не снимает ограничения. Если бы половины мозга хватало, фрегат спал бы в полёте столько же, сколько на суше, просто по очереди. Он этого не делает — значит, в полёте требуется больше внимания, чем оставляет даже однополушарный сон.

И вы тоже

Всё вышеизложенное можно было бы считать курьёзом дальних видов, если бы не работа 2016 года.

Масако Тамаки с соавторами исследовала то, что в сомнологии давно известно как эффект первой ночи: в лаборатории человек первую ночь спит плохо, и эту ночь обычно просто выбрасывают из данных как испорченную.

Оказалось, что она не испорчена — в ней виден механизм.

В незнакомом месте, в первую ночь, левое полушарие спит мельче правого — в определённой сети областей, работающих при покое. И эта разница не безразлична: полушарие, спящее мельче, сильнее откликается на необычные звуки, чаще будит человека и даёт более быструю двигательную реакцию на пробуждение.

На следующих ночах в том же месте асимметрия исчезает.

То есть у человека сохраняется ослабленная версия того же самого механизма. Первая ночь в гостинице, в поезде, в палатке, у друзей — это не «непривычная подушка». Это половина мозга стоит на страже, потому что место незнакомое.

Вы переживали это много раз.

Остриё науки

Из всего собранного встаёт вопрос, который звучит наивно, но остаётся открытым: зачем сон вообще нужен.

Быстрый сон. Котик обходится без него две недели и не возмещает потерю. У китообразных быстрый сон надёжно не зарегистрирован: есть единственное сообщение о шестиминутном эпизоде у гринды, и вопрос о том, отсутствует ли он у этой группы совсем, остаётся спорным. Если целый отряд млекопитающих живёт без быстрого сна, а другой обходится без него неделями без последствий, то функции, которые ему обычно приписывают, нуждаются в пересмотре.

Долг сна. Представление о накапливающейся потребности, требующей возврата, у котика не подтверждается.

Что вообще спит. Здесь самое интересное. В 2011 году Владислав Вязовский с соавторами показал в Nature, что у бодрствующей крысы отдельные небольшие группы нейронов коры самостоятельно переходят в состояние с медленными волнами — то есть локально засыпают, пока животное бодрствует и ведёт себя нормально. Чем дольше крыса не спала, тем чаще это происходило, и тем чаще она ошибалась в задачах.

Если это так, то однополушарный сон — не экзотика, а крайний случай общего правила. Сон может быть не состоянием организма и даже не состоянием мозга, а состоянием участка нервной ткани. Дельфин просто разделяет его по полушариям крупно и заметно, а у остальных то же самое происходит мелко и незаметно.

Тогда привычный вопрос «спит человек или бодрствует» оказывается поставленным неверно. Правильнее спрашивать, какая часть мозга сейчас спит и насколько глубоко.

Что можно заметить самому

Приборов для этого не требуется — нужна наблюдательность.

Проверьте эффект первой ночи на себе. Ночуя в новом месте, отметьте утром: сколько раз просыпались, от чего именно, было ли ощущение поверхностного сна. Затем сравните со второй ночью там же. Разница обычно заметна, и теперь вы знаете, что за ней стоит.

Посмотрите на спящих уток. Зимой на незамерзающих водоёмах города утки спят прямо на виду. Найдите группу и обратите внимание на крайних птиц: у них часто открыт один глаз, обращённый наружу.

Это не просто любопытное зрелище: работу 1999 года можно воспроизвести — с блокнотом, с набережной, без единого прибора. Порядок наблюдения, что именно считать и как отличить настоящий результат от совпадения — в отдельном опыте: Утки на зимнем пруду.

🗺 Карта открытий

Читать дальше

→ Полярная крачка: другая птица, месяцами живущая в пути → Стриж, ласточка, крачка: стриж проводит в воздухе до десяти месяцев, и спит ли он там — не измерено → Сердце и мозг: ещё одна система, работающая без остановки всю жизнь → Мозг против искусственного интеллекта по энергии: во что обходится работа нервной ткани