Во время фазы быстрого сна мозг переключается с окружающего мира на сердцебиение

Фото из открытых источников

Исследование фазы быстрого сна показывает, что мозг во время сновидений переключается внутрь, реагируя на сердцебиение сильнее, чем на звуки. Результаты исследования были опубликованы в журнале Current Biology.

Спящий человек может игнорировать окружающий шум в комнате, что заставляет ученых предполагать, что мозг просто отключается от внешнего мира во время отдыха. Но этот эффект подавления не является универсальным. Новое исследование показывает, что к одному конкретному сигналу спящий мозг на самом деле становится более чувствительным, чем обычно.

Во время фазы быстрого сна (фазы сновидений) мозг реагировал на звуки слабее и на сердцебиение каждого спящего сильнее.

Команда Марции Де Лучиа из отделения клинической нейронауки в CHUV в Лозанне записала мозговую активность 25 здоровых добровольцев в состоянии бодрствования, а затем во сне. Они сравнили активность мозга в ответ на звуковой сигнал с активностью мозга в ответ на сердцебиение.

Специалисты по сну называют уровень звука, необходимый для пробуждения человека, порогом возбуждения. 

«Хотя это не совсем то, что мы измеряем в нашем исследовании, вполне возможно, что наши результаты помогут лучше объяснить, как людям удается засыпать в условиях шума», — сказала Де Лучиа.

Фаза быстрого сна (REM-сон) — это стадия, когда глаза быстро двигаются взад и вперед под закрытыми веками, и сновидения становятся наиболее яркими. Это не одно постоянное состояние.

Длительные периоды сна проходят спокойно, мышцы расслаблены, а пульс довольно регулярный. Эти периоды прерываются кратковременными всплесками активности: резкими движениями глаз, подергиваниями мышц и скачкообразным сердцебиением. Ученые, изучающие сон, называют периоды спокойного сна тоническим REM-сном, а всплески – фазовым REM-сном.

У этих добровольцев тоническая фаза быстрого сна составляла около 64% от общего времени быстрого сна, а фазовая фаза – около 27%. Сегменты с одним случайным движением глаз были слишком неоднозначны для классификации, и команда исключила их как смешанные.

Разбудить спящего сложнее всего во время фазовой фазы быстрого сна, и именно из исследования порогов пробуждения 2010 года был сделан такой вывод.

«Несмотря на то, что нейронная активность во время фазы быстрого сна (REM) имеет некоторое сходство с активностью бодрствующего мозга, для неё характерно глубокое отчуждение от внешнего мира», — сказала соавтор исследования Жасинт Катальди.

Каждый доброволец провел один сеанс бодрствования в звукоизолированной кабине и три ночи в изолированной спальне, первая из которых была тренировочной. Шестьдесят четыре электрода на коже головы регистрировали электрическую активность, в то время как наушники воспроизводили простые тоны частотой 1000 герц, длительностью в десятую долю секунды каждый.

Во время сна уровень звуковых сигналов составлял от 43 до 47 децибел, тогда как в дневное время — от 72 до 78, что было выбрано для того, чтобы никого не разбудить. Другие блоки работали в тишине, и измерения частоты сердечных сокращений проводились именно в эти тихие периоды.

Мозг наиболее сильно реагировал на звуковые сигналы в состоянии бодрствования, менее сильно — в тонической фазе быстрого сна и наименее сильно — в фазической фазе быстрого сна. Время реакции также смещалось. В состоянии бодрствования мозг реагирует спадом примерно через 90 миллисекунд после звукового сигнала. В тонической фазе быстрого сна мозг, напротив, генерирует положительный пик примерно через 150 миллисекунд.

Исключением были сердцебиения. Во всех трех состояниях за ударом следовал пик примерно через четверть секунды, и его форма практически не менялась. Изменился лишь его размер: пик был больше в обоих типах REM-сна, чем во время бодрствования, но схожим в тоническом и фазическом REM-сне.

«Хотя нейронная реакция на слуховые стимулы в этих двух состояниях подавлена по сравнению с состоянием бодрствования — причём наиболее сильное подавление наблюдается в фазовой фазе быстрого сна — мы с удивлением обнаружили, что нейронная реакция на сердечные стимулы усилена», — сказала Де Лучия.

Ни один из методов сам по себе не сработал. Используя звуки, команда не смогла отделить бодрствование от тонической фазы быстрого сна. Используя сердцебиение, они не смогли отделить тоническую фазу быстрого сна от фазовой.

Поэтому они разделили одно на другое — реакцию на звук, деленную на реакцию на сердцебиение, — и назвали это аудиокардиоиндексом. Человек, настроенный на акустику помещения, получает высокий балл по этому индексу, а человек, настроенный на собственное тело, — низкий.

У добровольцев самые высокие показатели наблюдались в состоянии бодрствования, средние — в тонической фазе быстрого сна, а самые низкие — в фазической фазе быстрого сна. Индекс позволял различать все три состояния. Состояние человека объясняло 20% вариации индекса, по сравнению с 9% для реакций только на звуки и 12% для реакций только на сердцебиение.

Сердце бьется по-разному во всех трех состояниях. В состоянии бодрствования его ритм был наиболее стабильным, а в фазовой фазе быстрого сна — наиболее изменчивым. Возможно, мозг реагировал на ритм, а не на состояние.

Команда проверила. Ни промежуток между ударами, ни его изменчивость не были связаны с величиной реакции на каждое сердцебиение. Другие исследователи обнаружили, что успокаивающие слова, сказанные спящему, могут замедлить сердечную активность.

Фазовая фаза быстрого сна (фаза REM) — это также состояние, в котором эти добровольцы меньше всего реагировали на звуки и продолжали реагировать на собственное сердцебиение.

«Хотя сны случаются как во время фазовой, так и во время тонической фазы быстрого сна, фазовая фаза быстрого сна характеризуется более глубокими, насыщенными ощущениями и эмоционально более интенсивными сновидениями, чем тоническая фаза быстрого сна», — сказала Де Лучия.

Она сказала, что низкая внешняя реакция и высокая внутренняя могут вместе способствовать переживаниям, генерируемым внутри тела, полным телесных ощущений и эмоций. Однако никого из участников этого исследования не будили, чтобы они описали сон. Она хочет, чтобы в следующем эксперименте собирались отчеты о сновидениях наряду с обеими реакциями.

Здесь все звуки были одинаковыми, монотонными, повторяющимися с одинаковым интервалом, максимально предсказуемыми. Никто не услышал ни слова, ни имени. Следующий вопрос, который авторы хотят проверить, — это то, как мозг спящего человека воспринимает осмысленный звук — так же, как и звуковой сигнал. Неизвестно, сохраняется ли подобный компромисс в отношении тактильных ощущений или других телесных ритмов.

В исследовании приняли участие 25 здоровых добровольцев в среднем 23 лет, прошедших обследование на наличие проблем со слухом, а также на заболевания сердца, дыхательной системы, неврологические нарушения и нарушения сна. Еще восемь человек были исключены из числа 33 участников, пятеро из них — из-за недостаточного количества фаз быстрого сна для анализа. Изучался только быстрый сон, поэтому эти данные не отражают состояние глубокого сна.

В исследовании 2021 года сообщалось, что реакция сердца на удары различается между двумя состояниями быстрого сна (REM-фазой), примерно через 550 и 650 миллисекунд после удара.

Катальди и ее коллеги исследовали тот же промежуток времени и ничего там не обнаружили. Они назвали три возможные причины: более широкий статистический диапазон, более строгая очистка записи электрической активности сердца от помех в мозге и их решение отбросить смешанные сегменты.

Де Лучия сказала, что относительная сила двух реакций может служить простым электрическим показателем реактивности, не требующим от пациента никаких усилий. По ее словам, это наиболее полезно в тех случаях, когда внешнее поведение не может показать, насколько человек реагирует на внешние раздражители. Наиболее наглядный пример — люди в коме.

Ее группа уже опробовала метод, основанный на отслеживании сердцебиения, на пациентах, находящихся в коме. В статье 2025 года они сообщили, что эти пациенты все еще могут реагировать на собственное сердцебиение, особенно те, кто впоследствии выздоравливает. Софи Шварц из Женевского университета является соавтором обеих статей.

Все измерения здесь проводились на здоровом молодом добровольце, который спал в нормальном режиме, и этот индекс не измерялся нигде больше.

Вопрос в том, имеет ли это какое-либо значение для мозга, переставшего реагировать после травмы или под наркозом, и именно от этого зависит, дойдет ли это до больничной палаты. Для этого потребуются те же две записи, сделанные у людей, которые не могут говорить за себя.