Как работает мозг. Часть 1. Для чего нужен сон?
Оригинал взят у mylnikovdm в Как работает мозг. Часть 1. Для чего нужен сон?
Ещё со времён изучения анатомии в средней школе большинство из нас знает, что наш мозг состоит из нейронов, а основная мыслительная деятельность происходит в коре головного мозга. При этом нам что-то рассказывали про большие полушария, мозжечок и прочие составляющие. Но, что интересно, нам при этом не рассказывали весьма важных вещей о тех процессах, на самом деле происходящих в головном мозге и нервной системе человека, которые весьма важны для понимания того, что и зачем мы делаем, в том числе в процессе обучения и различных тренировок.
Надеюсь, что если вы найдёте немного времени на то, чтобы изучить данную статью, это поможет вам более рационально и эффективно построить свою жизнь и использовать с пользой для себя возможности вашего организма.
В организме человека выделяют центральную и периферическую нервные системы. В центральную нервную систему входит головной и спиной мозг. К периферической нервной системе относят остальные нейроны, которые пронизывают все ткани человека, собирая информацию о состоянии этих тканей и передавая им управляющие сигналы от центральной нервной системы. Именно за счёт нейронов периферической нервной системы мы чувствуем боль, которая сообщает нам о том, что с теми или иными органами что-то не в порядке.
На элементарном уровне нервная система человека состоит из нейронов (нервных клеток) и вспомогательных нейроглиальных клеток, которые помогают нейронам в выполнении их функций.
Нейрон состоит из тела клетки (2), или сомы, одного длинного мало ветвящегося отростка, называемого аксоном (4), а также множества (от 1 до 1000) коротких сильно ветвящихся отростков - дендритов (1). Также на схеме обозначены ядро клетки (3), ветви аксона (6), миелиновое волокно (5), перехват (7) и неврилемма (8).
Длина аксона достигает метра и более, его диаметр колеблется от сотых долей микрона до 10 мкм. Длина дендрита может достигать 300 мкм, а его диаметр 5 мкм.
Нейроны соединяются между собой, образуя так называемые нейронные сети. При этом дендриты нейронов, являющиеся входными линиями сигналов, присоединяются к аксонам других нейронов, по которым от нейрона передаются так называемые «нервные импульсы». Место соединения одного нейрона с другим получило название «синапса» (от греческого слова «синапта» - контактировать). Количество синаптических контактов неодинаково на теле и отростках нейрона и весьма отличается в различных частях нервной системы. Тело нейрона на 38% покрыто синапсами и их насчитывают до 1200-1800 на одном нейроне. Все нейроны центральной нервной системы соединяются между собой в основном в одном направлении: разветвления аксона одного нейрона контактируют с телом или дендритами других нейронов.
У нейронов из периферической нервной системы аксоны контактируют с тканями управляемых ими органов или клеткам мышечной ткани. То есть, импульс, передаваемый по аксону, воздействует не на другие нейроны, а заставляет, например, сокращаться клетки мышечной ткани.
При этом хочу особо обратить ваше внимание на тот факт, что на самом деле то, что во многих источниках называют «нервные импульсы», на самом деле является импульсами электрического тока, что очень хорошо демонстрируется на старом школьном опыте, когда мышцы на лягушачьей лапке начинают сокращаться под действием электрического тока. То есть в основе деятельности головного мозга лежат электромагнитные импульсы, которые распространяются по нейронной сети, образованной связями между нейронами.
Изначально нейрон находится в так называемом невозбуждённом состоянии. Через синапсы к нему поступают электрические импульсы от других нейронов, и когда общее количество этих импульсов достигает некоего порогового значения, нейрон переходит в возбуждённое состояние и по его аксону пробегает импульс электрического тока, передавая сигнал другим нейронам или заставляя мышечную ткань сокращаться.
Таким образом управление различными физиологическими процессами и наше мышление происходят за счёт распространения электрических импульсов в нейронной сети центральной и периферической нервных систем.
Распространяются эти импульсы не так уж быстро. Скорость распространения импульса через один синапс измерена и составляет порядка 3 миллисекунд. Это означает, что максимальная частота сигнала, которую вы сможете передать через такой контакт, составляет всего около 333 Гц. Нам, привыкшим к частотам процессоров в несколько гигагерц, скорость работы нервных клеток может показаться слишком низкой, но на самом деле это представление сильно ошибочно, поскольку нейронная сеть нашего головного мозга на самом деле обладает просто огромной вычислительной мощностью.
Летом 2013 года японские учёные провели моделирование работы нейронной сети, которая состояла из 1.73 млрд. нейронов, между которыми было установлено 10.4 трлн. синапсов (соединений). Для моделирования использовался суперкомпьютер Fujitsu K computer, который в ноябре 2013 года занимал 4-ое место в мире про общей производительности http://www.top500.org/list/2013/11/
Так вот на моделирование одной секунды работы данной нейронной сети у суперкомпьютера имеющего 705 024 ядер и потребляющего 12.6 КВт электроэнергии ушло целых 40 минут! http://www.telegraph.co.uk/technology/10567942/Supercomputer-models-one-second-of-human-brain-activity.html Считается, что в среднем в мозгу человека содержится порядка 86 млрд. нейронов. http://globalscience.ru/article/read/20324/ Это примерно в 50 раз больше, чем смоделированная нейронная сеть. При этом разница во времени составила 2400 раз (столько секунд в 40 минутах). Итого общая разница в скорости составляет порядка 120 000 раз. Добавьте к этому также тот объём, который занимает данный суперкомпьютер, а также то количество энергии, которое было на данные вычисления потрачены.
Другими словами, нашим ЭВМ пока ещё очень далеко до той эффективности и быстродействия, которые реализованы Природой в нашем головном мозге!
Но вернёмся к рассмотрению того, какие процессы происходят в нашем мозгу и всей нервной системе в целом. Есть три важных составляющих, которые обеспечивают её функционирование. Первый, о котором я уже говорил, это распространение электрических импульсов по нейронной сети. Это, если так можно выразиться, главный вычислительный процесс, который происходит постоянно. И именно он определяет нашу мыслительную деятельность и двигательную активность. Второй процесс основан на действии так называемых нейромедиаторов, которые формируют химический уровень регулирования нервной деятельности. В зависимости от того, какие нейромедиаторы выделяются организмом, скорость работы нейронов и всей нервной сети может либо повышаться, особенно в критических ситуациях, либо, наоборот, понижаться, когда состояние перевозбуждения требуется погасить и успокоиться, поскольку работа нейронов в ускоренном перевозбуждённом состоянии приводит к их преждевременному разрушению и отмиранию. А вот про третью важную составляющую в медицинской литературе вы не найдёте практически ничего! При том, что данная третья составляющая как раз и является одной из важнейших, поскольку именно она определяет качество работы всей нейронной сети, её функциональные возможности. Этой важнейшей составляющей является та структура связей, которая сформирована между нейронами, поскольку именно она определяет то, как и какие процессы происходят в этой нейронной сети во время её работы.
Главной особенностью нейронной сети, которую образуют наши нейроны, состоит в том, что она не является постоянной. Нейроны обладают способностью перестраивать связи между собой, меняя структуру нейронной сети. И в этом одно из её принципиальных отличий от наших современных компьютеров, которые в основном имеют фиксированную структуру вычислительных модулей.
Уникальность нашей нервной системы состоит в том, что она постоянно меняет свою структуру, оптимизируя её под решение тех или иных задач. При этом формирование связей между нейронами, в том числе и в головном мозге, начинается задолго до рождения ребёнка. Детерминация клеток плода, при которой уже можно выделить те клетки, из которых будут в дальнейшем сформированы лобные доли головного мозга, наблюдается уже на 25 день после зачатия. На сроке 100 дней уже сформированы основные отделы мозга и начинает формироваться его структура.
Это означает, что уже с этого момента всё, что происходит вокруг ребёнка, находящегося в утробе матери, будет оказывать влияние на ту структуру нейронной сети, которая в конечном итоге будет сформирована! Другими словами, способности и возможности будущего ребёнка начинают закладываться задолго до его рождения. Именно поэтому беременным девушкам и женщинам необходимо создавать более комфортные условия практически сразу после зачатия, а не на 6-7 месяце. Причём комфортные не столько в физическом смысле, сколько в психологическом, поскольку все эмоциональные переживания матери в конечном итоге передаются и будущему ребёнку.
Активный процесс формирования связей между нейронами, то есть программирование нейронной сети, продолжается и после рождения. На самом деле именно в формировании нужных связей и оптимизации их структуры и состоит смысл обучения. Только что родившийся ребёнок толком не умеет управлять своим телом. И не только потому, что у него ещё не окрепли кости и мышцы, но и потому, что в нервной системе не сформированы связи необходимые для управления движениями. Встроенные программы имеются только для обеспечения деятельности главных органов и систем, таких как сердце, лёгкие, печень, почки и т. п. Это формируется ещё на этапе развития плода в утробе матери по тем программам, которые прописаны в ДНК. А вот всё то, что связано с двигательной активностью, приобретается уже после рождения в процессе обучения.
Первые движения, например когда ребёнок учится ходить, делаются под полным контролем головного мозга, а потому происходят они медленно. В том числе и потому, что импульсы через синапсы распространяются достаточно медленно, как уже было сказано выше, около 3 мс на одно соединение. Если в этот процесс включён головной мозг, то количество соединений, которые участвуют в обработке информации, принятии решения и передачи управляющего сигнала мышцам, будет исчисляться десятками и сотнями. Но когда ребёнок многократно повторяет те или иные движения, в его нервной системе нейроны постепенно будут образовывать новые связи, за счёт которых время выполнения часто повторяющихся задач будет существенно сокращаться. И в какой-то момент головной мозг будет исключён из процесса обработки данного движения и оно начинает происходить рефлекторно, то есть только за счёт тех импульсов, которые проходят по периферической нервной системе. С этого момента человеку достаточно только подумать, что он хочет сделать, а как это сделать организм, точнее периферическая нервная система уже знает сама. В ней уже прошита соответствующая программа, которая и реализует требуемое движение, зачастую достаточно сложное.
Вспомните, как вы когда-то учились каким нибудь новым сложным движениям, например езде на велосипеде, катании на лыжах или катании, или тому же плаванию. В начале у вас ничего толком не получалось. Вам приходилось с помощью своего сознания контролировать все свои движения, куда повернуть руль велосипеда или как поставить ноги, чтобы затормозить на лыжах. Но если вы были настойчивы, то через некоторое время у вас начинало получаться всё лучше и лучше, и в какой-то момент вы вдруг начинали просто ехать на велосипеде не думая о том, куда крутить руль, чтобы не упасть или начинали гонятся с клюшкой за шайбой, не думая как правильно ставить коньки, чтобы повернуть и не упасть. В вашей нервной системе сформировались необходимы нервные связи, которые разгрузили ваш мозг, а ваше тело приобрело соответствующие навыки.
На самом деле один из смыслов тренировок при занятии каким-либо спортом состоит как раз в формировании необходимых навыков, то бишь в создании и последующей оптимизации связей между нейронами, которые обеспечивают наиболее оптимальные движения для данного вида спорта. То, что обычно называется спортивной техникой. При этом чем раньше человек начинает заниматься тем или иным видом спорта, тем легче его нервной системе сформировать необходимые связи, поскольку она ещё не наполнена программами, как у взрослого человека. Именно поэтому сейчас наблюдается тенденция, что чем раньше ребёнок начинает заниматься тем или иным видом спорта, тем больше у него шансов добиться выдающихся результатов. К этому нужно также добавить, что при занятиях той или иной деятельностью нервная система будет не только перестраивать свои нервные связи, но также будет запускать процессы адаптации всего организма к данным условиям.
Процесс формирования связей и оптимизации структуры нейронной сети происходит не только для выполнения движений, но и вообще для любой деятельности, которую осуществляет нервная система и наш мозг. Если вы занимаетесь математикой и решаете много задач, то у вас также будет вырабатываться соответствующие навыки, ваша нейронная сеть перестроится и с какого-то времени вы будете решать задачи быстрее других. Часто вы даже будете знать ответ только посмотрев на условие задачи, ещё толком не успев его аналитически обосновать (это проверено мной на личном опыте). Аналогично формирование навыков, то есть необходимых связей в нейронной сети, происходит и при занятии музыкой, и при обучении рисованию, и вообще при любой деятельности. Обучаясь чему либо, мы постоянно программируем сами себя, меняя связи между нейронами.
Если проводить аналогию с современными компьютерами, то в начале мы решаем какую-либо задачу программно, используя ресурсы головного мозга, а если та или иная задача повторяется достаточно часто, то соответствующая программа переносится на аппаратный уровень, что резко сокращает время её выполнения.
При этом перестройка связей между нейронами происходит не в любой момент времени. Поскольку процесс этот весьма не быстрый, для того, чтобы перестраивать связи между нейронами, нам необходим регулярный сон. И именно в этом и состоит главная функция сна, о которой вы не прочитаете ни в одном учебнике или книге по медицине!
Та информация, которую наш мозг воспринимает во время бодрствования, принимается и сохраняется в виде набора электрических импульсов, которые распространяются в среде нейронов головного мозга. Это, если там можно выразиться, наша оперативная память. И хотя количество нейронов в головном мозге очень большое, наша оперативная память всё равно оказывается достаточно ограниченной и её необходимо периодически очищать. Именно этот процесс на самом деле и происходит во время сна. Бытует ошибочное мнение, что есть две фазы сна, медленная и быстрая. Это не совсем так. Согласно последним исследованиям различают четыре фазы медленного сна и одну фазу так называемого быстрого сна. Названия «медленная» и «быстрая» данные фазы получили из-за частоты основных мозговых волн, которые фиксируются у коры головного мозга во время той или иной фазы сна.
Общая суть происходящих во время сна процессов следующая. После засыпания происходит первичный анализ накопленной за день информации, во время которого принимается решение, какую информацию нужно сохранить надолго, какую нужно оставить на некоторое время, а какую можно забыть, как несущественную. Та информация, которую мы решили сохранить на некоторое время, так и останется в «оперативной памяти», то бишь в виде набора импульсов, которые распространяются между нейронами. Информация, которую решено забыть, просто стирается, а соответствующие нейроны освобождаются и переходят в режим ожидания. А с той информацией, которую было решено сохранить в долговременную память как важную, начинается дальнейшая работа.
На следующей фазе происходит составление плана перестройки связей между нейронами для того, чтобы запомнить необходимую информацию или навыки. При этом если информация запоминается в коре головного мозга, то навыки переносятся на уровень спинного мозга или даже периферической нервной системы, где и будут формироваться новые связи между нейронами. Когда программа перестройки готова, то наступает так называемая «четвёртая фаза» или глубокий медленный дельта-сон. Именно в этот момент одни связи между нейронами разрушаются, а другие формируются. То есть, ставшие ненужными или содержащие ошибки программы могут быть стёрты или скорректированы, а необходимые новые будут дополнительно добавлены.
Именно тем, что во время этой фазы нейронная сеть находится в состоянии глубокой перестройки связей, объясняется тот факт, что во время дельта-сна человека очень сложно разбудить. А если это удаётся, то он будет чувствовать себя плохо, не выспавшимся, рассеянным, с пониженными показателями мозговой деятельности. При этом чтобы прийти в нормальное состояние ему нужно ещё поспать от пяти до пятнадцати минут. После этого он уже просыпается окончательно и при этом чувствует себя очень бодрым и выспавшимся. Почему? Да потому, что когда его разбудили, часть связей была ещё не сформирована, поэтому нейронная сеть не могла функционировать нормально. А когда он ещё немного поспал, то процесс формирования связей завершился и нервная система смогла переключиться в нормальный режим работы.
Подобные циклы анализа, формирования программы перестройки связей и собственно их перестройка за время сна повторяются циклически 4-5 раз. Соответственно, человека сравнительно легко и без особых последствий для него можно разбудить во время стадии анализа и подготовки программы, но нежелательно будить во время фазы перестройки связей.
А вот быстрая фаза сна служит уже для других целей. Именно во время этой фазы мы видим наиболее яркие и красочные сны. Данная фаза нужна для анализа накопленной информации или решения тех задач, на которые нам не хватает ресурсов во время бодрствования, в том числе для моделирования различных ситуаций, включая предсказание возможного развития событий в будущем. Именно по этому у нас на Руси есть поговорка: «утро вечера мудренее».
Дело в том, что во время бодрствования большая часть ресурсов нервной системы расходуется на обработку сигналов, поступающих от наших органов чувств. До 80% мы расходуем только на анализ зрительной информации. Именно поэтому многие люди, когда заняты решением сложной задачи, обдумыванием какой-то важной проблемы или пытаются вспомнить нужную им информацию, прикрывают на время глаза. Это позволяет им часть ресурсов нервной системы направить на решение этой задачи. Во время сна наши органы чувств находятся в пассивном состоянии, реагируя только на самые сильные раздражители, что позволяет высвободить основную часть мозга для анализа имеющейся информации и решения важных для нас задач. Именно поэтому там много рассказов о «вещих снах» и о том, что именно во сне человек вспомнил, куда он положил ту вещь, которую никак не мог найти днём, либо о том, что во сне ему удалось наконец-то решить ту или иную задачу, над которой он безуспешно бился днём. Одна из самых известных историй на эту тему о том, как Дмитрий Иванович Менделеев именно во сне увидел как должна выглядеть периодическая система химических элементов (и которую, кстати, нам сегодня рисуют совсем в другом искажённом виде).
В вещих снах, в которых человек видит некие события, которые потом происходят на яву, на самом деле тоже нет никакой мистики. То, что будущее можно в определённых пределах предсказать, на самом деле является очевидным фактом. Практически каждый, кто водит автомобиль, вынужден постоянно предугадывать будущее на основании той информации об окружающем мире, которую он воспринимает через свои органы чувств, а также своего предыдущего опыта, который им накоплен и сохранён в виде нейронных связей в коре его головного мозга. Невозможно двигаться на автомобиле, не попадая при этом в аварии, если ты не можешь предугадать, что должно произойти на дороге в ближайший момент времени. Появится ли на перекрестке другой автомобиль поперёк вашего пути или нет? Ведь от момента нажатия на педаль и до того, как ваш автомобиль проедет перекрёсток, проходит довольно много времени. То есть, при подъезде к перекрёстку ваш мозг через органы чувств, в первую очередь зрение, собирает информацию о поведении окружающих объектов, анализирует её и предсказывает будущее, то есть то, где они окажутся в тот момент, когда ваш автомобиль через несколько секунд будет находиться на перекрёстке.
Если ваш мозг ошибся или получил неполную информацию, то прогноз будет ошибочным, что может привести к аварии или только к аварийной ситуации, если предсказание мозга водителя другого автомобиля окажутся лучше ваших, поскольку он был более внимателен или более опытен, что позволило ему избежать столкновения. И то, что во время управления автомобилем водителя ничто не должно отвлекать, в том числе разговор по сотовому телефону, объясняется как раз тем, что любой дополнительный мыслительный процесс так или иначе забирает на себя часть ресурсов мозга, а это значит, что он начинает хуже воспринимать поступающую информацию или делает менее качественные предсказания будущего.
Также мы регулярно делаем предсказания и на более длительный срок, хотя и более простые, которые часто называем «планирование». Если вы всё хорошо спланировали и учли все факторы, которые могут повлиять на результат, то с очень большой вероятностью запланированное событие происходит.
На самом деле в вещих снах нет ничего удивительного. Мы постоянно получаем информацию об окружающем нас мире, в том числе такую, которую днём просто не успеваем до конца проанализировать. Но во сне, когда основная часть ресурсов мозга как раз направлена на анализ собранной информации, наше сознание может сделать глубокий качественный анализ и сформировать более качественное предсказание, которое мы и увидим во сне как «вещее».
Но видим сны, тем более вещие, мы далеко не всегда. Фаза быстрого сна наступает только после как минимум одного полного цикла медленного сна. Для того, чтобы мозг мог приступить к анализу собранной информации и формированию сновидений, он должен хотя бы частично освободиться от накопленной за день информации. При этом экспериментально установлено, что чем дальше, тем продолжительность фазы быстрого сна становится больше. И это совершенно логично, поскольку чем больше циклов переноса информации с оперативной в долговременную память успело пройти, тем больше ресурсов освободилось у мозга для обработки информации и формирования сновидений. Но если вы постоянно не высыпаетесь, то ваш мозг постепенно переполняется, не успевая полностью очиститься во время слишком короткого сна. В этом случае у вас либо вообще не будет фаз быстрого сна, либо они будут очень короткими, при этом вы не будете запоминать те сновидения, которые в это время будут возникать, поскольку ваша память ещё не освободилась от накопленной информации. Другими словами, если вы не видите или не можете вспомнить свои сны, то это означает, что вы спите не достаточно и ваш мозг не успевает восстановиться.
Представьте, что мозг это сосуд, а поступающая за день информация, это вода, которую мы в этот сосуд постепенно наливаем. Переработка во время сна накопленной за день информации аналогична опустошению этого сосуда от накопленной за день воды. Ну а дальше у нас получается известная нам ещё со школы задачка про то, сколько в сосуд воды втекает, и сколько вытекает. Если общая емкость сосуда 5 литров и вы каждый день будете вливать по 1.5 литра воды, а выливаться за время короткого сна будет только 1 литр, то каждый день у вас будет оставаться по 0.5 литра воды. Соответственно, на восьмой день ваш сосуд окажется заполненным на 4 литра и очередных полтора литра воды вы в него просто не сможете влить. Остальная вода просто не поместится в сосуд, а будет проливаться мимо него. И если ничего не менять, то этот процесс переполнения может продолжаться достаточно долго. До тех пор, пока вы не увеличите время слива воды, слив всю лишнюю накопившуюся воду, то бишь не выспитесь как следует, дав возможность вашему мозгу разгрести наконец Авгиевы конюшни излишков накопленной информации.
Считается, что человеку для сна требуется около 8 часов. Это цифра весьма примерная, поскольку на практике это зависит от характера деятельности, которой занят человек в течение дня. Если эта деятельность связана с однообразной физической деятельностью, при которой накопление информации идёт медленнее, то для сна может требоваться меньше времени. Если же человек занят активной умственной деятельностью, то ему может потребоваться и больше 8 часов. Но если вы регулярно не высыпаетесь, то ваши интеллектуальные возможности начнут постепенно ухудшаться. Вам будет сложнее воспринимать и запоминать информацию, вы будете хуже решать задачи, ваше внимание будет более рассеянным.
Вообще без сна средний человек может находится 3-4 дня. Рекорд максимального пребывания без сна, без использования стимуляторов любого рода, был установлен в 1965 году американским школьником Рэнди Гарднером из города Сан-Диего, штат Калифорния, который бодрствовал в течении 264.3 часов (одиннадцать дней). При этом в некоторых источниках даже говорится о том, что продолжительное лишение сна имеет весьма небольшой эффект. Но если поднять более подробный отчёт о данном эксперименте, то выясняется, что это далеко не так. Подполковник Джон Росс, который контролировал состояние здоровья Гарднера, сообщил о серьёзном изменении умственных способностей и поведения в период лишения сна, включающее в себя удручённость, проблемы с концентрацией и краткосрочной памятью, паранойю и галлюцинации. На четвёртый день Гарднер представлял себя Полем Лоуи, играющим на стадионе Rose Bowl, и принимал уличный знак за человека. В последний день, когда его попросили последовательно вычитать 7 из 100-а, он остановился на 65-ти. Когда его спросили, почему он остановил счёт, он заявил, что забыл что сейчас делает.
Таким образом одна из полезных рекомендаций, которую можно дать в свете вышеизложенной информации, состоит в том, что если вы не можете по каким-то причинам постоянно спать необходимое вам время, то желательно хотя бы раз в неделю как следует выспаться, чтобы дать вашему организму время компенсировать тот недостаток сна, который у вас накопился. При этом показателем того, что сна достаточно, будет не подъём по будильнику, а пробуждение тогда, когда это произойдёт естественным путём и вы почувствуете, что наконец-то выспались. Если для этого потребуется проспать 12 часов, значит нужно спать 12 часов.
Но для нормального восстановления ресурсов мозга во время сна необходимо не только время, но и энергия. Наш мозг потребляет очень много энергии. Составляя всего 5% массы тела, в зависимости от рода деятельности мозг потребляет от 30% до 50% получаемой организмом энергии. При этом большую часть энергии мозг получает за счёт процесса катаболизма глюкозы, то есть медленного окисления глюкозы до СО2 и Н20 (углекислый газ и вода). Глюкозу мы получаем с пищей, которая током крови переносится к клеткам головного мозга. Но одной глюкозы для этого процесса недостаточно, для окисления каждой молекулы глюкозы С6Н12О6 необходимо ещё 6 молекул кислорода О2, который мы постоянно получаем из окружающего воздуха во время дыхания. Это означает, что если вы хотите хорошо высыпаться или занимаетесь активной умственной деятельностью, помещение, где вы находитесь, должно достаточно хорошо проветриваться. В противном случае, если в воздухе имеется недостаток кислорода или, что бывает намного чаще, избыток углекислого газа, ваш мозг будет получать недостаточно энергии для всех протекающих в нём процессов. Так что даже если вы проспите 8 или даже 10 часов в плохо проветриваемом помещении, этого будет недостаточно, чтобы хорошо выспаться, что многократно проверено мной на личном опыте. По этой же причине рекомендуется обеспечить вентиляцию помещения, где вы занимаетесь активной умственной деятельностью, в том числе где проходит обучение. Наверное многие из вас замечали, что когда много людей собираются в небольшом помещении, например, чтобы послушать какой нибудь доклад или лекцию, то через некоторое время людей начинает клонить в сон. Это происходит как раз потому, что из-за скопления большого количества людей в помещении резко повысилась концентрация углекислого газа и что уменьшает приток кислорода в кровь и наш мозг переходит в энергосберегающий режим, понижая свою активность и переставая воспринимать информацию, особенно если лекция скучная. То есть, делает примерно тоже самое, что и процессор ноутбука, который замедляет свою работу при переходе на питание от аккумулятора. И чтобы сохранять внимание, нам нужно в подобной ситуации будет прикладывать дополнительные усилия, не давая себе заснуть.
В свете повальной моды на установку пластиковых окон, которые, несомненно, гораздо лучше изолируют помещение от улицы, проблема вентиляции помещений становится ещё более актуальной, поскольку существующая в зданиях система естественной вентиляции справляется далеко не всегда, а зачастую и вообще не работает, поскольку соседи выше этажом во время очередного евроремонта умудрились засыпать мусором ваш вентиляционный канал. Так что если вы хотите хорошо высыпаться, особенно если времени для сна у вас оказывается недостаточно, то уделите особое внимание тому, чтобы ваше помещение для сна хорошо проветривалось. Лучше чуть приоткрыть ваше пластиковое окно, но при этом включит обогреватель, чем спать с плотно задраенными окнами в плохо проветриваемом помещении. По этой же причине в спальных помещениях желательно устанавливать пластиковые окна обязательно с системой микропроветривания, которые позволяют это окно чуть-чуть приоткрывать, либо приобрести и установить на ваше окно дополнительные внешние специальные приспособления, которые позволяют делать тоже самое, если у вас уже установлено такое окно без подобной системы.
Есть у сна и ещё одна важная функция, о которой большинство людей мало что знает. Последние исследования показали, что у людей с недостатком сна наблюдается не только снижение качества работы мозга, но и понижение иммунитета. Происходит это потому, что именно во время сна запускаются процессы регенерации и восстановления повреждённых тканей, а также формирования необходимых антител для борьбы с вирусами и бактериями. Во всех этих процессах участвуют спинной мозг и периферическая нервная системы. Во время бодрствования они загружены обеспечением двигательной активности человека, а во время сна их ресурсы высвобождаются и могут быть использованы для анализа что, где и как следует в организме починить. Именно поэтому когда мы болеем, нам хочется прилечь и поспать. По этой же причине, если вы не достаточно высыпаетесь, то болеть вы будете чаще, а организм ваш будет стареть и разрушаться быстрее.
Отдельная тема, это использование различных нейростимуляторов, особенно всяческих энергетиков, которые, как уверяет реклама, позволяют сократить время сна и оставаться бодрым и весёлым длительное время. На коротких промежутках времени это действительно так. С помощью химического воздействия вы можете заставить свой мозг активно работать ещё несколько часов. Но при этом нужно понимать, что это происходит далеко не бесплатно.
Во-первых, применение нейростимуляторов, будь то чай, кофе, или более агрессивные энергетики, на самом деле не увеличивает емкости вашего мозга, его оперативной памяти, того гипотетического сосуда, в который мы можем наливать воду поступающей из окружающего мира информации. Они лишь позволяют вам вместо 1.5 литров за один раз налить туда 2 литра. Но это означает, что ваш сосуд переполниться гораздо быстрее. Поэтому критическое состояние переполнения, после которого мозг уже перестаёт нормально функционировать, наступает гораздо быстрее, после чего уже никакие нейростимуляторы вам толком помогать не будут. Соответственно, после подобного экстремального режима работы вашему мозгу потребуется более длительный отдых (нужно слить больше воды).
Во-вторых, все нейростимуляторы переводят нейроны в предельный или даже запредельный режим работы, что резко понижает срок их жизни. Весьма популярный миф о том, что нейроны в организме не восстанавливаются, давно уже опровергнут. Возник он потому, что нейроны являются наиболее долгоживущими клетками в организме, потому что заменять их в составе нейронной сети весьма не простая задача, поэтому организм пытается оттянуть этот процесс на как можно более поздний срок. По этой же причине новые нейроны появляются намного медленнее обычных клеток. Так что в данном случае вопрос не в том, что новые нейроны в организме вообще не появляются, а в балансе гибели существующих и появлении новых нервных клеток. Если нейроны гибнут быстрее, чем организм производит новые, то происходит процесс деградации нервной системы и сознания. И если вы начинаете злоупотреблять теми же энергетиками, то тем самым вы повышаете скорость гибели нейронов, делая этот баланс отрицательным.
Аналогичный, но гораздо более сильный эффект происходит и при употреблении различных наркотических веществ, в особенности алкоголя. О том, как воздействует на организм и нервную систему алкоголь, я расскажу в следующей части.
Продолжение http://mylnikovdm.livejournal.com/6080.html
Ещё со времён изучения анатомии в средней школе большинство из нас знает, что наш мозг состоит из нейронов, а основная мыслительная деятельность происходит в коре головного мозга. При этом нам что-то рассказывали про большие полушария, мозжечок и прочие составляющие. Но, что интересно, нам при этом не рассказывали весьма важных вещей о тех процессах, на самом деле происходящих в головном мозге и нервной системе человека, которые весьма важны для понимания того, что и зачем мы делаем, в том числе в процессе обучения и различных тренировок.
Надеюсь, что если вы найдёте немного времени на то, чтобы изучить данную статью, это поможет вам более рационально и эффективно построить свою жизнь и использовать с пользой для себя возможности вашего организма.
В организме человека выделяют центральную и периферическую нервные системы. В центральную нервную систему входит головной и спиной мозг. К периферической нервной системе относят остальные нейроны, которые пронизывают все ткани человека, собирая информацию о состоянии этих тканей и передавая им управляющие сигналы от центральной нервной системы. Именно за счёт нейронов периферической нервной системы мы чувствуем боль, которая сообщает нам о том, что с теми или иными органами что-то не в порядке.
На элементарном уровне нервная система человека состоит из нейронов (нервных клеток) и вспомогательных нейроглиальных клеток, которые помогают нейронам в выполнении их функций.
Нейрон состоит из тела клетки (2), или сомы, одного длинного мало ветвящегося отростка, называемого аксоном (4), а также множества (от 1 до 1000) коротких сильно ветвящихся отростков - дендритов (1). Также на схеме обозначены ядро клетки (3), ветви аксона (6), миелиновое волокно (5), перехват (7) и неврилемма (8).
Длина аксона достигает метра и более, его диаметр колеблется от сотых долей микрона до 10 мкм. Длина дендрита может достигать 300 мкм, а его диаметр 5 мкм.
Нейроны соединяются между собой, образуя так называемые нейронные сети. При этом дендриты нейронов, являющиеся входными линиями сигналов, присоединяются к аксонам других нейронов, по которым от нейрона передаются так называемые «нервные импульсы». Место соединения одного нейрона с другим получило название «синапса» (от греческого слова «синапта» - контактировать). Количество синаптических контактов неодинаково на теле и отростках нейрона и весьма отличается в различных частях нервной системы. Тело нейрона на 38% покрыто синапсами и их насчитывают до 1200-1800 на одном нейроне. Все нейроны центральной нервной системы соединяются между собой в основном в одном направлении: разветвления аксона одного нейрона контактируют с телом или дендритами других нейронов.
У нейронов из периферической нервной системы аксоны контактируют с тканями управляемых ими органов или клеткам мышечной ткани. То есть, импульс, передаваемый по аксону, воздействует не на другие нейроны, а заставляет, например, сокращаться клетки мышечной ткани.
При этом хочу особо обратить ваше внимание на тот факт, что на самом деле то, что во многих источниках называют «нервные импульсы», на самом деле является импульсами электрического тока, что очень хорошо демонстрируется на старом школьном опыте, когда мышцы на лягушачьей лапке начинают сокращаться под действием электрического тока. То есть в основе деятельности головного мозга лежат электромагнитные импульсы, которые распространяются по нейронной сети, образованной связями между нейронами.
Изначально нейрон находится в так называемом невозбуждённом состоянии. Через синапсы к нему поступают электрические импульсы от других нейронов, и когда общее количество этих импульсов достигает некоего порогового значения, нейрон переходит в возбуждённое состояние и по его аксону пробегает импульс электрического тока, передавая сигнал другим нейронам или заставляя мышечную ткань сокращаться.
Таким образом управление различными физиологическими процессами и наше мышление происходят за счёт распространения электрических импульсов в нейронной сети центральной и периферической нервных систем.
Распространяются эти импульсы не так уж быстро. Скорость распространения импульса через один синапс измерена и составляет порядка 3 миллисекунд. Это означает, что максимальная частота сигнала, которую вы сможете передать через такой контакт, составляет всего около 333 Гц. Нам, привыкшим к частотам процессоров в несколько гигагерц, скорость работы нервных клеток может показаться слишком низкой, но на самом деле это представление сильно ошибочно, поскольку нейронная сеть нашего головного мозга на самом деле обладает просто огромной вычислительной мощностью.
Летом 2013 года японские учёные провели моделирование работы нейронной сети, которая состояла из 1.73 млрд. нейронов, между которыми было установлено 10.4 трлн. синапсов (соединений). Для моделирования использовался суперкомпьютер Fujitsu K computer, который в ноябре 2013 года занимал 4-ое место в мире про общей производительности http://www.top500.org/list/2013/11/
Так вот на моделирование одной секунды работы данной нейронной сети у суперкомпьютера имеющего 705 024 ядер и потребляющего 12.6 КВт электроэнергии ушло целых 40 минут! http://www.telegraph.co.uk/technology/10567942/Supercomputer-models-one-second-of-human-brain-activity.html Считается, что в среднем в мозгу человека содержится порядка 86 млрд. нейронов. http://globalscience.ru/article/read/20324/ Это примерно в 50 раз больше, чем смоделированная нейронная сеть. При этом разница во времени составила 2400 раз (столько секунд в 40 минутах). Итого общая разница в скорости составляет порядка 120 000 раз. Добавьте к этому также тот объём, который занимает данный суперкомпьютер, а также то количество энергии, которое было на данные вычисления потрачены.
Другими словами, нашим ЭВМ пока ещё очень далеко до той эффективности и быстродействия, которые реализованы Природой в нашем головном мозге!
Но вернёмся к рассмотрению того, какие процессы происходят в нашем мозгу и всей нервной системе в целом. Есть три важных составляющих, которые обеспечивают её функционирование. Первый, о котором я уже говорил, это распространение электрических импульсов по нейронной сети. Это, если так можно выразиться, главный вычислительный процесс, который происходит постоянно. И именно он определяет нашу мыслительную деятельность и двигательную активность. Второй процесс основан на действии так называемых нейромедиаторов, которые формируют химический уровень регулирования нервной деятельности. В зависимости от того, какие нейромедиаторы выделяются организмом, скорость работы нейронов и всей нервной сети может либо повышаться, особенно в критических ситуациях, либо, наоборот, понижаться, когда состояние перевозбуждения требуется погасить и успокоиться, поскольку работа нейронов в ускоренном перевозбуждённом состоянии приводит к их преждевременному разрушению и отмиранию. А вот про третью важную составляющую в медицинской литературе вы не найдёте практически ничего! При том, что данная третья составляющая как раз и является одной из важнейших, поскольку именно она определяет качество работы всей нейронной сети, её функциональные возможности. Этой важнейшей составляющей является та структура связей, которая сформирована между нейронами, поскольку именно она определяет то, как и какие процессы происходят в этой нейронной сети во время её работы.
Главной особенностью нейронной сети, которую образуют наши нейроны, состоит в том, что она не является постоянной. Нейроны обладают способностью перестраивать связи между собой, меняя структуру нейронной сети. И в этом одно из её принципиальных отличий от наших современных компьютеров, которые в основном имеют фиксированную структуру вычислительных модулей.
Уникальность нашей нервной системы состоит в том, что она постоянно меняет свою структуру, оптимизируя её под решение тех или иных задач. При этом формирование связей между нейронами, в том числе и в головном мозге, начинается задолго до рождения ребёнка. Детерминация клеток плода, при которой уже можно выделить те клетки, из которых будут в дальнейшем сформированы лобные доли головного мозга, наблюдается уже на 25 день после зачатия. На сроке 100 дней уже сформированы основные отделы мозга и начинает формироваться его структура.
Это означает, что уже с этого момента всё, что происходит вокруг ребёнка, находящегося в утробе матери, будет оказывать влияние на ту структуру нейронной сети, которая в конечном итоге будет сформирована! Другими словами, способности и возможности будущего ребёнка начинают закладываться задолго до его рождения. Именно поэтому беременным девушкам и женщинам необходимо создавать более комфортные условия практически сразу после зачатия, а не на 6-7 месяце. Причём комфортные не столько в физическом смысле, сколько в психологическом, поскольку все эмоциональные переживания матери в конечном итоге передаются и будущему ребёнку.
Активный процесс формирования связей между нейронами, то есть программирование нейронной сети, продолжается и после рождения. На самом деле именно в формировании нужных связей и оптимизации их структуры и состоит смысл обучения. Только что родившийся ребёнок толком не умеет управлять своим телом. И не только потому, что у него ещё не окрепли кости и мышцы, но и потому, что в нервной системе не сформированы связи необходимые для управления движениями. Встроенные программы имеются только для обеспечения деятельности главных органов и систем, таких как сердце, лёгкие, печень, почки и т. п. Это формируется ещё на этапе развития плода в утробе матери по тем программам, которые прописаны в ДНК. А вот всё то, что связано с двигательной активностью, приобретается уже после рождения в процессе обучения.
Первые движения, например когда ребёнок учится ходить, делаются под полным контролем головного мозга, а потому происходят они медленно. В том числе и потому, что импульсы через синапсы распространяются достаточно медленно, как уже было сказано выше, около 3 мс на одно соединение. Если в этот процесс включён головной мозг, то количество соединений, которые участвуют в обработке информации, принятии решения и передачи управляющего сигнала мышцам, будет исчисляться десятками и сотнями. Но когда ребёнок многократно повторяет те или иные движения, в его нервной системе нейроны постепенно будут образовывать новые связи, за счёт которых время выполнения часто повторяющихся задач будет существенно сокращаться. И в какой-то момент головной мозг будет исключён из процесса обработки данного движения и оно начинает происходить рефлекторно, то есть только за счёт тех импульсов, которые проходят по периферической нервной системе. С этого момента человеку достаточно только подумать, что он хочет сделать, а как это сделать организм, точнее периферическая нервная система уже знает сама. В ней уже прошита соответствующая программа, которая и реализует требуемое движение, зачастую достаточно сложное.
Вспомните, как вы когда-то учились каким нибудь новым сложным движениям, например езде на велосипеде, катании на лыжах или катании, или тому же плаванию. В начале у вас ничего толком не получалось. Вам приходилось с помощью своего сознания контролировать все свои движения, куда повернуть руль велосипеда или как поставить ноги, чтобы затормозить на лыжах. Но если вы были настойчивы, то через некоторое время у вас начинало получаться всё лучше и лучше, и в какой-то момент вы вдруг начинали просто ехать на велосипеде не думая о том, куда крутить руль, чтобы не упасть или начинали гонятся с клюшкой за шайбой, не думая как правильно ставить коньки, чтобы повернуть и не упасть. В вашей нервной системе сформировались необходимы нервные связи, которые разгрузили ваш мозг, а ваше тело приобрело соответствующие навыки.
На самом деле один из смыслов тренировок при занятии каким-либо спортом состоит как раз в формировании необходимых навыков, то бишь в создании и последующей оптимизации связей между нейронами, которые обеспечивают наиболее оптимальные движения для данного вида спорта. То, что обычно называется спортивной техникой. При этом чем раньше человек начинает заниматься тем или иным видом спорта, тем легче его нервной системе сформировать необходимые связи, поскольку она ещё не наполнена программами, как у взрослого человека. Именно поэтому сейчас наблюдается тенденция, что чем раньше ребёнок начинает заниматься тем или иным видом спорта, тем больше у него шансов добиться выдающихся результатов. К этому нужно также добавить, что при занятиях той или иной деятельностью нервная система будет не только перестраивать свои нервные связи, но также будет запускать процессы адаптации всего организма к данным условиям.
Процесс формирования связей и оптимизации структуры нейронной сети происходит не только для выполнения движений, но и вообще для любой деятельности, которую осуществляет нервная система и наш мозг. Если вы занимаетесь математикой и решаете много задач, то у вас также будет вырабатываться соответствующие навыки, ваша нейронная сеть перестроится и с какого-то времени вы будете решать задачи быстрее других. Часто вы даже будете знать ответ только посмотрев на условие задачи, ещё толком не успев его аналитически обосновать (это проверено мной на личном опыте). Аналогично формирование навыков, то есть необходимых связей в нейронной сети, происходит и при занятии музыкой, и при обучении рисованию, и вообще при любой деятельности. Обучаясь чему либо, мы постоянно программируем сами себя, меняя связи между нейронами.
Если проводить аналогию с современными компьютерами, то в начале мы решаем какую-либо задачу программно, используя ресурсы головного мозга, а если та или иная задача повторяется достаточно часто, то соответствующая программа переносится на аппаратный уровень, что резко сокращает время её выполнения.
При этом перестройка связей между нейронами происходит не в любой момент времени. Поскольку процесс этот весьма не быстрый, для того, чтобы перестраивать связи между нейронами, нам необходим регулярный сон. И именно в этом и состоит главная функция сна, о которой вы не прочитаете ни в одном учебнике или книге по медицине!
Та информация, которую наш мозг воспринимает во время бодрствования, принимается и сохраняется в виде набора электрических импульсов, которые распространяются в среде нейронов головного мозга. Это, если там можно выразиться, наша оперативная память. И хотя количество нейронов в головном мозге очень большое, наша оперативная память всё равно оказывается достаточно ограниченной и её необходимо периодически очищать. Именно этот процесс на самом деле и происходит во время сна. Бытует ошибочное мнение, что есть две фазы сна, медленная и быстрая. Это не совсем так. Согласно последним исследованиям различают четыре фазы медленного сна и одну фазу так называемого быстрого сна. Названия «медленная» и «быстрая» данные фазы получили из-за частоты основных мозговых волн, которые фиксируются у коры головного мозга во время той или иной фазы сна.
Общая суть происходящих во время сна процессов следующая. После засыпания происходит первичный анализ накопленной за день информации, во время которого принимается решение, какую информацию нужно сохранить надолго, какую нужно оставить на некоторое время, а какую можно забыть, как несущественную. Та информация, которую мы решили сохранить на некоторое время, так и останется в «оперативной памяти», то бишь в виде набора импульсов, которые распространяются между нейронами. Информация, которую решено забыть, просто стирается, а соответствующие нейроны освобождаются и переходят в режим ожидания. А с той информацией, которую было решено сохранить в долговременную память как важную, начинается дальнейшая работа.
На следующей фазе происходит составление плана перестройки связей между нейронами для того, чтобы запомнить необходимую информацию или навыки. При этом если информация запоминается в коре головного мозга, то навыки переносятся на уровень спинного мозга или даже периферической нервной системы, где и будут формироваться новые связи между нейронами. Когда программа перестройки готова, то наступает так называемая «четвёртая фаза» или глубокий медленный дельта-сон. Именно в этот момент одни связи между нейронами разрушаются, а другие формируются. То есть, ставшие ненужными или содержащие ошибки программы могут быть стёрты или скорректированы, а необходимые новые будут дополнительно добавлены.
Именно тем, что во время этой фазы нейронная сеть находится в состоянии глубокой перестройки связей, объясняется тот факт, что во время дельта-сна человека очень сложно разбудить. А если это удаётся, то он будет чувствовать себя плохо, не выспавшимся, рассеянным, с пониженными показателями мозговой деятельности. При этом чтобы прийти в нормальное состояние ему нужно ещё поспать от пяти до пятнадцати минут. После этого он уже просыпается окончательно и при этом чувствует себя очень бодрым и выспавшимся. Почему? Да потому, что когда его разбудили, часть связей была ещё не сформирована, поэтому нейронная сеть не могла функционировать нормально. А когда он ещё немного поспал, то процесс формирования связей завершился и нервная система смогла переключиться в нормальный режим работы.
Подобные циклы анализа, формирования программы перестройки связей и собственно их перестройка за время сна повторяются циклически 4-5 раз. Соответственно, человека сравнительно легко и без особых последствий для него можно разбудить во время стадии анализа и подготовки программы, но нежелательно будить во время фазы перестройки связей.
А вот быстрая фаза сна служит уже для других целей. Именно во время этой фазы мы видим наиболее яркие и красочные сны. Данная фаза нужна для анализа накопленной информации или решения тех задач, на которые нам не хватает ресурсов во время бодрствования, в том числе для моделирования различных ситуаций, включая предсказание возможного развития событий в будущем. Именно по этому у нас на Руси есть поговорка: «утро вечера мудренее».
Дело в том, что во время бодрствования большая часть ресурсов нервной системы расходуется на обработку сигналов, поступающих от наших органов чувств. До 80% мы расходуем только на анализ зрительной информации. Именно поэтому многие люди, когда заняты решением сложной задачи, обдумыванием какой-то важной проблемы или пытаются вспомнить нужную им информацию, прикрывают на время глаза. Это позволяет им часть ресурсов нервной системы направить на решение этой задачи. Во время сна наши органы чувств находятся в пассивном состоянии, реагируя только на самые сильные раздражители, что позволяет высвободить основную часть мозга для анализа имеющейся информации и решения важных для нас задач. Именно поэтому там много рассказов о «вещих снах» и о том, что именно во сне человек вспомнил, куда он положил ту вещь, которую никак не мог найти днём, либо о том, что во сне ему удалось наконец-то решить ту или иную задачу, над которой он безуспешно бился днём. Одна из самых известных историй на эту тему о том, как Дмитрий Иванович Менделеев именно во сне увидел как должна выглядеть периодическая система химических элементов (и которую, кстати, нам сегодня рисуют совсем в другом искажённом виде).
В вещих снах, в которых человек видит некие события, которые потом происходят на яву, на самом деле тоже нет никакой мистики. То, что будущее можно в определённых пределах предсказать, на самом деле является очевидным фактом. Практически каждый, кто водит автомобиль, вынужден постоянно предугадывать будущее на основании той информации об окружающем мире, которую он воспринимает через свои органы чувств, а также своего предыдущего опыта, который им накоплен и сохранён в виде нейронных связей в коре его головного мозга. Невозможно двигаться на автомобиле, не попадая при этом в аварии, если ты не можешь предугадать, что должно произойти на дороге в ближайший момент времени. Появится ли на перекрестке другой автомобиль поперёк вашего пути или нет? Ведь от момента нажатия на педаль и до того, как ваш автомобиль проедет перекрёсток, проходит довольно много времени. То есть, при подъезде к перекрёстку ваш мозг через органы чувств, в первую очередь зрение, собирает информацию о поведении окружающих объектов, анализирует её и предсказывает будущее, то есть то, где они окажутся в тот момент, когда ваш автомобиль через несколько секунд будет находиться на перекрёстке.
Если ваш мозг ошибся или получил неполную информацию, то прогноз будет ошибочным, что может привести к аварии или только к аварийной ситуации, если предсказание мозга водителя другого автомобиля окажутся лучше ваших, поскольку он был более внимателен или более опытен, что позволило ему избежать столкновения. И то, что во время управления автомобилем водителя ничто не должно отвлекать, в том числе разговор по сотовому телефону, объясняется как раз тем, что любой дополнительный мыслительный процесс так или иначе забирает на себя часть ресурсов мозга, а это значит, что он начинает хуже воспринимать поступающую информацию или делает менее качественные предсказания будущего.
Также мы регулярно делаем предсказания и на более длительный срок, хотя и более простые, которые часто называем «планирование». Если вы всё хорошо спланировали и учли все факторы, которые могут повлиять на результат, то с очень большой вероятностью запланированное событие происходит.
На самом деле в вещих снах нет ничего удивительного. Мы постоянно получаем информацию об окружающем нас мире, в том числе такую, которую днём просто не успеваем до конца проанализировать. Но во сне, когда основная часть ресурсов мозга как раз направлена на анализ собранной информации, наше сознание может сделать глубокий качественный анализ и сформировать более качественное предсказание, которое мы и увидим во сне как «вещее».
Но видим сны, тем более вещие, мы далеко не всегда. Фаза быстрого сна наступает только после как минимум одного полного цикла медленного сна. Для того, чтобы мозг мог приступить к анализу собранной информации и формированию сновидений, он должен хотя бы частично освободиться от накопленной за день информации. При этом экспериментально установлено, что чем дальше, тем продолжительность фазы быстрого сна становится больше. И это совершенно логично, поскольку чем больше циклов переноса информации с оперативной в долговременную память успело пройти, тем больше ресурсов освободилось у мозга для обработки информации и формирования сновидений. Но если вы постоянно не высыпаетесь, то ваш мозг постепенно переполняется, не успевая полностью очиститься во время слишком короткого сна. В этом случае у вас либо вообще не будет фаз быстрого сна, либо они будут очень короткими, при этом вы не будете запоминать те сновидения, которые в это время будут возникать, поскольку ваша память ещё не освободилась от накопленной информации. Другими словами, если вы не видите или не можете вспомнить свои сны, то это означает, что вы спите не достаточно и ваш мозг не успевает восстановиться.
Представьте, что мозг это сосуд, а поступающая за день информация, это вода, которую мы в этот сосуд постепенно наливаем. Переработка во время сна накопленной за день информации аналогична опустошению этого сосуда от накопленной за день воды. Ну а дальше у нас получается известная нам ещё со школы задачка про то, сколько в сосуд воды втекает, и сколько вытекает. Если общая емкость сосуда 5 литров и вы каждый день будете вливать по 1.5 литра воды, а выливаться за время короткого сна будет только 1 литр, то каждый день у вас будет оставаться по 0.5 литра воды. Соответственно, на восьмой день ваш сосуд окажется заполненным на 4 литра и очередных полтора литра воды вы в него просто не сможете влить. Остальная вода просто не поместится в сосуд, а будет проливаться мимо него. И если ничего не менять, то этот процесс переполнения может продолжаться достаточно долго. До тех пор, пока вы не увеличите время слива воды, слив всю лишнюю накопившуюся воду, то бишь не выспитесь как следует, дав возможность вашему мозгу разгрести наконец Авгиевы конюшни излишков накопленной информации.
Считается, что человеку для сна требуется около 8 часов. Это цифра весьма примерная, поскольку на практике это зависит от характера деятельности, которой занят человек в течение дня. Если эта деятельность связана с однообразной физической деятельностью, при которой накопление информации идёт медленнее, то для сна может требоваться меньше времени. Если же человек занят активной умственной деятельностью, то ему может потребоваться и больше 8 часов. Но если вы регулярно не высыпаетесь, то ваши интеллектуальные возможности начнут постепенно ухудшаться. Вам будет сложнее воспринимать и запоминать информацию, вы будете хуже решать задачи, ваше внимание будет более рассеянным.
Вообще без сна средний человек может находится 3-4 дня. Рекорд максимального пребывания без сна, без использования стимуляторов любого рода, был установлен в 1965 году американским школьником Рэнди Гарднером из города Сан-Диего, штат Калифорния, который бодрствовал в течении 264.3 часов (одиннадцать дней). При этом в некоторых источниках даже говорится о том, что продолжительное лишение сна имеет весьма небольшой эффект. Но если поднять более подробный отчёт о данном эксперименте, то выясняется, что это далеко не так. Подполковник Джон Росс, который контролировал состояние здоровья Гарднера, сообщил о серьёзном изменении умственных способностей и поведения в период лишения сна, включающее в себя удручённость, проблемы с концентрацией и краткосрочной памятью, паранойю и галлюцинации. На четвёртый день Гарднер представлял себя Полем Лоуи, играющим на стадионе Rose Bowl, и принимал уличный знак за человека. В последний день, когда его попросили последовательно вычитать 7 из 100-а, он остановился на 65-ти. Когда его спросили, почему он остановил счёт, он заявил, что забыл что сейчас делает.
Таким образом одна из полезных рекомендаций, которую можно дать в свете вышеизложенной информации, состоит в том, что если вы не можете по каким-то причинам постоянно спать необходимое вам время, то желательно хотя бы раз в неделю как следует выспаться, чтобы дать вашему организму время компенсировать тот недостаток сна, который у вас накопился. При этом показателем того, что сна достаточно, будет не подъём по будильнику, а пробуждение тогда, когда это произойдёт естественным путём и вы почувствуете, что наконец-то выспались. Если для этого потребуется проспать 12 часов, значит нужно спать 12 часов.
Но для нормального восстановления ресурсов мозга во время сна необходимо не только время, но и энергия. Наш мозг потребляет очень много энергии. Составляя всего 5% массы тела, в зависимости от рода деятельности мозг потребляет от 30% до 50% получаемой организмом энергии. При этом большую часть энергии мозг получает за счёт процесса катаболизма глюкозы, то есть медленного окисления глюкозы до СО2 и Н20 (углекислый газ и вода). Глюкозу мы получаем с пищей, которая током крови переносится к клеткам головного мозга. Но одной глюкозы для этого процесса недостаточно, для окисления каждой молекулы глюкозы С6Н12О6 необходимо ещё 6 молекул кислорода О2, который мы постоянно получаем из окружающего воздуха во время дыхания. Это означает, что если вы хотите хорошо высыпаться или занимаетесь активной умственной деятельностью, помещение, где вы находитесь, должно достаточно хорошо проветриваться. В противном случае, если в воздухе имеется недостаток кислорода или, что бывает намного чаще, избыток углекислого газа, ваш мозг будет получать недостаточно энергии для всех протекающих в нём процессов. Так что даже если вы проспите 8 или даже 10 часов в плохо проветриваемом помещении, этого будет недостаточно, чтобы хорошо выспаться, что многократно проверено мной на личном опыте. По этой же причине рекомендуется обеспечить вентиляцию помещения, где вы занимаетесь активной умственной деятельностью, в том числе где проходит обучение. Наверное многие из вас замечали, что когда много людей собираются в небольшом помещении, например, чтобы послушать какой нибудь доклад или лекцию, то через некоторое время людей начинает клонить в сон. Это происходит как раз потому, что из-за скопления большого количества людей в помещении резко повысилась концентрация углекислого газа и что уменьшает приток кислорода в кровь и наш мозг переходит в энергосберегающий режим, понижая свою активность и переставая воспринимать информацию, особенно если лекция скучная. То есть, делает примерно тоже самое, что и процессор ноутбука, который замедляет свою работу при переходе на питание от аккумулятора. И чтобы сохранять внимание, нам нужно в подобной ситуации будет прикладывать дополнительные усилия, не давая себе заснуть.
В свете повальной моды на установку пластиковых окон, которые, несомненно, гораздо лучше изолируют помещение от улицы, проблема вентиляции помещений становится ещё более актуальной, поскольку существующая в зданиях система естественной вентиляции справляется далеко не всегда, а зачастую и вообще не работает, поскольку соседи выше этажом во время очередного евроремонта умудрились засыпать мусором ваш вентиляционный канал. Так что если вы хотите хорошо высыпаться, особенно если времени для сна у вас оказывается недостаточно, то уделите особое внимание тому, чтобы ваше помещение для сна хорошо проветривалось. Лучше чуть приоткрыть ваше пластиковое окно, но при этом включит обогреватель, чем спать с плотно задраенными окнами в плохо проветриваемом помещении. По этой же причине в спальных помещениях желательно устанавливать пластиковые окна обязательно с системой микропроветривания, которые позволяют это окно чуть-чуть приоткрывать, либо приобрести и установить на ваше окно дополнительные внешние специальные приспособления, которые позволяют делать тоже самое, если у вас уже установлено такое окно без подобной системы.
Есть у сна и ещё одна важная функция, о которой большинство людей мало что знает. Последние исследования показали, что у людей с недостатком сна наблюдается не только снижение качества работы мозга, но и понижение иммунитета. Происходит это потому, что именно во время сна запускаются процессы регенерации и восстановления повреждённых тканей, а также формирования необходимых антител для борьбы с вирусами и бактериями. Во всех этих процессах участвуют спинной мозг и периферическая нервная системы. Во время бодрствования они загружены обеспечением двигательной активности человека, а во время сна их ресурсы высвобождаются и могут быть использованы для анализа что, где и как следует в организме починить. Именно поэтому когда мы болеем, нам хочется прилечь и поспать. По этой же причине, если вы не достаточно высыпаетесь, то болеть вы будете чаще, а организм ваш будет стареть и разрушаться быстрее.
Отдельная тема, это использование различных нейростимуляторов, особенно всяческих энергетиков, которые, как уверяет реклама, позволяют сократить время сна и оставаться бодрым и весёлым длительное время. На коротких промежутках времени это действительно так. С помощью химического воздействия вы можете заставить свой мозг активно работать ещё несколько часов. Но при этом нужно понимать, что это происходит далеко не бесплатно.
Во-первых, применение нейростимуляторов, будь то чай, кофе, или более агрессивные энергетики, на самом деле не увеличивает емкости вашего мозга, его оперативной памяти, того гипотетического сосуда, в который мы можем наливать воду поступающей из окружающего мира информации. Они лишь позволяют вам вместо 1.5 литров за один раз налить туда 2 литра. Но это означает, что ваш сосуд переполниться гораздо быстрее. Поэтому критическое состояние переполнения, после которого мозг уже перестаёт нормально функционировать, наступает гораздо быстрее, после чего уже никакие нейростимуляторы вам толком помогать не будут. Соответственно, после подобного экстремального режима работы вашему мозгу потребуется более длительный отдых (нужно слить больше воды).
Во-вторых, все нейростимуляторы переводят нейроны в предельный или даже запредельный режим работы, что резко понижает срок их жизни. Весьма популярный миф о том, что нейроны в организме не восстанавливаются, давно уже опровергнут. Возник он потому, что нейроны являются наиболее долгоживущими клетками в организме, потому что заменять их в составе нейронной сети весьма не простая задача, поэтому организм пытается оттянуть этот процесс на как можно более поздний срок. По этой же причине новые нейроны появляются намного медленнее обычных клеток. Так что в данном случае вопрос не в том, что новые нейроны в организме вообще не появляются, а в балансе гибели существующих и появлении новых нервных клеток. Если нейроны гибнут быстрее, чем организм производит новые, то происходит процесс деградации нервной системы и сознания. И если вы начинаете злоупотреблять теми же энергетиками, то тем самым вы повышаете скорость гибели нейронов, делая этот баланс отрицательным.
Аналогичный, но гораздо более сильный эффект происходит и при употреблении различных наркотических веществ, в особенности алкоголя. О том, как воздействует на организм и нервную систему алкоголь, я расскажу в следующей части.
Продолжение http://mylnikovdm.livejournal.com/6080.html