Разговор с Асей Казанцевой. Часть первая. О сне, обучении и истоках нейробиологии
В эти выходные провел чудесный вечер с Асей Казанцевой. Сначала были на ее лекции про сон в Ельцин Центре, а потом записывали интервью для Серебряного Дождя. Главное, чем мне нравится моя научпоп-рубрика на радио - это то, что она дает возможность знакомства и общения с интересными людьми, учеными и популяризаторами науки. Но Ася одна из немногих, о ком я знал еще до того, как меня пригласили на радио полгода назад. Я читал обе ее книги и неоднократно дарил их друзьям, и в этот раз попросил подписать пару экземпляров.
Планировали говорить минут 30, но проговорили в итоге больше часа. Поэтому было решено сделать два выпуска моей рубрики с Асей. Первая, про сон, обучение и то с чего началась нейробиология, вышла 26 апреля.
Послушать или скачать запись этого разговора можно по ссылке - вот тут.
А под катом можно прочесть расшифровку этого разговора, почти дословную. Там есть лайфхаки о том, как высыпаться и как не заработать рак при неправильном сне.
/Заглавное фото в посте отсюда - Бумага/
- Сон - это такое состояние, которое сопровождает человечество всю его историю, но при этом про сон мы знаем очень мало. Почему?
- Это действительно загадочная история. Спят все млекопитающие, все позвоночные. У беспозвоночных есть периоды повышенной и пониженной суточной активности. И при этом нет до конца полного понимания того, какие у сна функции. Существует большое количество разных гипотез. У разных ученых и биологов свои любимые гипотезы. По-видимому, истина где-то посередине. У сна много функции. Скорее всего, первоначально в ходе эволюции он возник, чтобы экономить энергию. Чтобы в какое-то свободное от собирательства и охоты время животное могло вести себя неподвижно, тратить меньше энергии, привлекать меньше внимания хищников. Но потом сон взял на себя много других физических, нейробиологических функций.
Ряд его функций связан, по-видимому, с поддержанием здоровья. Во время сна тело занимается мелким «ремонтом». Известно, что если люди не досыпают, то у них появляются проблемы с иммунитетом, у них хуже формируются антитела после вакцинации. У них меньше скорость заживления ран. Есть всякие гипотезы, даже забавные, что во время сна кора головного мозга переключается на обработку сигналов от внутренних органов вместо того, чтобы обрабатывать сигналы от внешней среды.
Но меня, как нейробиолога по образованию, больше интересует вторая ветвь гипотез, что сон нужен для нормальной работы мозга. И среди них доминирующая группа гипотез говорит о том, что сон нужен для обработки воспоминаний, для работы с информацией, для записи воспоминаний из коротковременной памяти в долговременную для того, чтобы разбирать весь тот массив информации, который мы получили за день, и отсортировывать важное от неважного. Есть много интересных экспериментов.
- Сколько нужно спать человеку, чтобы выполнялись все важные функции сна?
- Здесь есть индивидуальные отличия. Люди спят циклами, которые продолжаются примерно по 1,5 ч. Каждый такой цикл включает в себя четыре стадии медленного сна, а потом одну стадию быстрого сна. Он же называется парадоксальный или быстрого движения глаз. Это тоже интересное состояние. И таких циклов может быть нужно разное количество. Бывают такие счастливцы, которым достаточно 4-5 циклов. Бывают те, кому надо 6 или 7. В среднем, считается что люди спят по 7,5 ч. Это 5 циклов. Но бывают те, кому нужно больше, кому нужно меньше. Скорее всего, есть какие-то гены, которые с этим связаны. Так что это может быть наследственное. Но, естественно, потребность во сне может зависеть и от образа жизни. Насколько сильно вы устаете, сколько информации вы должны обрабатывать. К сожалению, мы пока не умеем делать таких генно-модифицированных детей, чтобы они нуждались во сне меньше, хотя за этим будущее.
- Мы действительно можем как-то в будущем сократить время на сон? Ведь мы треть жизни на него тратим. Может мы сможем найти какие-то гены, которые помогут спать меньше, но при этом сохранять здоровье? Или таблетки?
- Похоже, что надо смириться с тем, что сон - это не потерянное время, а важное время, которое нужно мозгу действительно для того, чтобы обрабатывать информацию более эффективно. Понятно, что с эволюционной точки зрения сон не выгоден. И животным даже более невыгоден, потому что во время сна вы находитесь в беспомощном состоянии. И на вас может напасть любой хищник, особенно если нет убежища. Понятно, что если бы естественный отбор мог бы решить эту проблему и заставить спать животное меньше, то он бы это сделал, но пока что мы наблюдаем скорее обратную ситуацию. В среднем, более умные животные с более развитым мозгом спят больше. Понятно, что это не универсальная закономерность. Львы спят много больше нас, хотя вряд ли они умнее нас.
- Я как любой кошатник завидую своим семи котам, которые спят гораздо больше меня. Но ведь их мозг меньше, почему они так много спят?
- Да, но это не универсальная закономерность. Просто некий такой пунктиром намеченный тренд, что сон нужен для обработки информации. И если мы смотрим на уровень какого-то отдельного вида, то в нем те особи, которых ученые заставляют интенсивно учиться, начинают спать больше, нуждаться во сне больше, чем те, кто никакой новой информации не обрабатывает. Это одно из объяснений, почему детям нужно намного больше сна, чем взрослым и пожилым людям.
Книга Аси Казанцевой "Кто бы мог подумать" (Премия Просветитель 2014 года) и "В интернете кто-то неправ". 100% мастрид, на мой взгляд.
- Кстати, это правда, что если учиться перед сном, то информация лучше усваивается?
- Да, совершенно верно. Про это есть много экспериментов, на людях в том числе, когда людей учат что-то запоминать. Причем неважно, это могут быть какие-то слова, какие-то факты, какие-то моторные навыки. Получается, что если они это выучили, а потом сразу легли спать, а потом еще целый день чем-то позанимались, а вечером их протестировали через сутки, то они воспроизводят эту информацию достоверно лучше, чем в том случае, если все было наоборот. Если все сначала утром выучили, потом потусовались целый день, потом вечером легли спать. В этом отношении наша система образования совершенно неправильная.
- Да-да. У нас же все учатся с утра. И в институте, и в школе.
- Я поступила сейчас, чтобы написать третью книжку, в магистратуру по когнитивной нейробиологии в Высшей Школе Экономики. И там учиться очень хорошо, потому что на каждом шагу чувствует, что эту магистратуру делали профессиональные нейробиологи. Она хотя считается дневной, но у нас никогда не бывает первой пары. И второй тоже. Зато шестая, седьмая, девятая могут быть спокойно. Она явно рассчитывает на то, что мы будем хотя бы иногда спать, а учиться будем на ночь.
- Кроме того, что вас учат не с утра, а ближе к вечеру, там какие-то еще есть элементы, позволяющие лучше усваивать информацию?
- Очень много разных мелочей, в которых это проявляется. Во-первых, во всей выше очень мудрая система оценки студентов. Там есть накопительная оценка. То есть, студенты постоянно делают домашки. Как в школе. У нас каждый день есть домашки, мы постоянно пишем какие-то тесты, какие-то эссе, какие-то контрольные. И все это приводит к тому, что информацию мы запоминаем маленькими кусочками, а экзамен - его может не быть вообще. Часто экзамен засчитывается автоматом, либо он дает 30-40% от оценки. То есть, вся система устроена так, чтобы мы учили информацию не один раз перед сессией, а в течение вчего семестра. И это очень правильно с нейробиологической точки зрения, потому что обучение - это рост новых синапсов, новых нейронных связей. И чисто анатомически мозгу требуется время на то, чтобы вырастить новые нейронные связи, насинтезировать для этого белки и нарастить новые синапсы. И поэтому, когда учим информацию большим куском, то качество ее усвоения заведомо меньше, чем в случае, если мы по настоянию старших товарищей, которые дали нам зачет или тест, вынуждены были поделить ее на несколько маленьких кусков.
- Просто если много раз одно и то же повторять отдельными кусочками, то это лучше, чем все за один раз.
- Даже не обязательно одно и то же повторять. Просто если у вас есть какой-то блок информации, есть 20 страниц учебника, которые нужно запомнить, и вы выучили их за один раз перед экзаменом, то информация не усвоится в долговременную память. Вы сразу забыли это на следующий день. А если вы учили одну страницу и сдавали ее, втором вторую страницу и сдавали, потом третью страницу, то качество усвоения будет намного лучше. Это то, что используется в школах, а в ВУЗах используется реже, хотя зря, потому что это эффективно. И если говорить о магистратуре, которая создана нейробиологами, то бывают какие-то ужасно забавные мелочи. Скажем, мы попали в новую магистратуру, мы никого не знаем, у нас стресс новизны. И преподаватели довольно однообразно одеваются. Василий Кольчерев всегда носит клетчатые рубашки, экономист наш и глава департамента психологии. Или Джозеф Макинос всегда носит светлые рубашки и светлые джинсы. Они одеваются хотя в разную одежду, но в едином, четко очерченном стиле для того, чтобы нам было просто в начале семестра понимать, кто из них кто. Просто нейробиологи понимают, что мозг вынужден обрабатывать кучу новой информации, и они хотят, чтобы у мозга студентов осталось больше информации для обработки непосредственно учебной информации. И они не нагружают нас всякими дополнительными мелочами вроде того, чтобы запоминать как выглядит тот или иной преподаватель.
- Очень тонко. Возвращаясь к теме вашей лекции про сон. Сны - это что такое? С точки зрения науки насколько это важный элемент? Как их можно анализировать, какую информацию из них получать?
- Смотрите, все самые хорошие, обоснованные гипотезы про сон предполагают, что во время сна мы заново воспроизводим ту информацию, которую мы в течение дня усвоили, и заново ее проигрываем в мозге. И мозг сортирует, что из нее важно, а что неважно. Про это самый красивый эксперимент есть на крысах. Его в 2009 году в университете МакГилла в Канаде провели. Там были крысы с вживленными в мозг электродами. Их гоняли по лабиринту. И благодаря вживленным электродам записывали, какие клетки в каком последовательности активируются во время запоминания лабиринта в коре и гиппокампе. А потом показали, что во время сна активируются те же самые клетки в той же самой последовательности. То есть, на крысах показано прямо на уровне электрической активности мозга, что мозг заново воспроизводит информацию. Скорее всего, у человека происходит то же самое. И скорее всего, сновидения - это побочный продукт этого прокручивания информации, этого диалога между гиппокампом и корой головного мозга, в ходе которого гиппокамп извлекает то, что он за день запомнил, показывает коре, советуется с ней, говорит: «Кора, это нам важно или неважно? Будем запоминать или не будем?». Кора отправляет обратно гиппокампу ответ, что это будем запоминать, а это не будем запоминать. И в процессе мы видим что-то похожее на сны. Хотя ситуация разная на разных стадиях сна. Потому что тот процесс, который я описала, он больше подходит для медленного сна, когда происходит диалогом между разными отделами мозга. При этом в этот момент сны нам снятся чуть менее интересные. А более интересные, более яркие и насыщенные сны нам снятся в следующей стадии - стадии быстрого движения глаз, когда, по-видимому, информацию мы рассортировали и теперь заново прокручиваем всей большой кучей.
- Обычно под утро этот процесс обычно проходит?
- Да, причем об этом есть безумно интересные исследования. Были испытуемые, которые соглашались и могли спать в томографе, несмотря на то, что он шумит. И было показано, что у них в это время более активны отделы мозга, связанные с регуляцией эмоций, с переживанием эмоций. И менее активны отделы, связанные с когнитивным контролем, скажем, дорсолатеральная префронтальная кора, которая отвечает за силу воли, понимание приличий. Под утро, как правило, снятся неприличные сны. Снятся жестокости, убийства, секс. Потому что вот так вот работает мозг, когда у него подавлен контроль и активированы эмоции.
- Это значит, что человек реально об этом думает? Если эти образы не контролировать, то это то, что на самом деле человек хотел бы видеть и делать?
- Проблема в том, что если человека не контролировать, то он будет плохо адаптирован к жизни в социуме. То есть, люди с травмами этого отдела мозга, дорсолатеральной префронтальной коры, отвечающей за когнитивный контроль, им сложно жить в социуме, потому что им сложно контролировать свои импульсы. Это история, с которой началась вся современная нейробиология. Со взрыва во время прокладки железной дороги. Это был 19 век. Рабочим нужно было взорвать горную породу, чтобы положить рельсы. И они вставили железный лом в трещину в камнях, заложили туда взрывчатку. Взрывчатка взорвалась не так, как они планировали. Лом этот отлетел прямо в череп дорожному рабочему по имени Финеас Гейдж. Он выжил, но у него была нарушена префронтальная кора и немножко дорсолатеральная кора. То есть те отделы коры мозга, которыми мы думаем, которыми мы контролируем ситуацию. Он выздоровел, но у него очень сильно изменилась личность. Он стал очень раздражительным, очень импульсивным, очень несдержанным. От него ушла жена, отвернулись друзья, потому что иметь с ним дело больше было невозможно. Это то, с чего началась нейрофизиология, как мы ее понимаем. С Финеаса Гейджа и нескольких аналогичных случаев. С того, что если разрушать какие-то конкретные отделы мозга, то это вызывает ряд поведенческих нарушений, которые достаточно однообразны у разных людей с одинаковыми повреждениями.
Финеас Гейдж и его травма
Очень многие зоны мозга на раннем этапе развития нейробиологии были открыты именно таким образом. Скажем, многие знают, что речь связана с зонами Брока и зонами Вернике. Первая отвечает за воспроизведение речи, чтобы говорить членораздельно. Вторая, условно, за понимание речи. Они были описаны нейробиологами - Брока и Вернике - именно по результатам наблюдения за пациентами, у которых эти зоны были нарушены. Возникали соответствующие проблемы. Сохранилась даже фотография конца 19 века, фотография мозга после вскрытия пациента Поля Брока, у которого то ли от инфаркта, то ли от нейросифилиса был разрушен этот участок. Пациент, ему дали прозвище Тан, потому что слово тан - кора, дубильные вещества, деревянная кора на французском. Это было единственное слово, которое он мог произносить. В остальном, его речь состояла из отрывистых слогов.
- Напоминает Ходора из известного сериала, который говорил одно слово - Ходор. Возвращаясь к теме сна, наука может дать какие-то советы, как лучше высыпаться? Кроме того, что находить больше времени на это?
- Если мы говорим о здоровых людях, у которых нет проблем с бессонницей, то здесь несколько аспектов. Во-первых, мы спим циклами, в которых сначала идет медленный сон, а потом быстрый сон. Похоже, что просыпаться нам проще всего на границе, когда быстрый волновой сон либо только-только начинается, либо только-только закончился. Это наименее глубокие фазы сна, нам наименее безболезненно проснуться. Это продолжается примерно по 1,5 ч каждый такой цикл. В общем и целом, получается, что если вы знаете, что времени на сон у вас мало, то 3 часа сна, 2 цикла, дадут вам намного больше пользы, чем 2 часа 40 минут. Более того, они могут дать намного больше пользы, чем 3 часа 20 минут, потому что если вы проспите дольше, чем эти два цикла, то вам придется просыпаться по будильнику, когда вы уже погрузились в глубокий сон в следующем цикле. Это может получиться более болезненно. Поэтому пытаются разрабатывать будильники, которые будут следить, в какой фазе сна человек находится, и будить его в заданном часовом промежутке так, чтобы это попало на границу между стадиями.
- У меня есть приложение на телефоне (Sleep as Android), которое якобы может отслеживать эти стадии. Но оно не работает.
- Да, такие программы либо ненадежны, либо неудобны. Потому что по-настоящему, с гарантией будить в правильную стадию можно, если вы спите с электродами на голове. Большинству людей это неудобно. Придумывают разные решения. Придумывают решения с пульсометрами, но большинство людей неудобно спать даже с пульсометром. И он не настолько надежен как электроэнцефалограмма. А эти приложения на телефоне, они просто анализируют то, как человек ворочается. Вы должны спать один, чтобы не было никого другого, кто тоже ворочается. А во-вторых, они фиксируют момент, когда мы не ворочаемся. Потому что во время быстрого сна мы не ворочаемся. Или фиксируют окончание этого момента. Но понятно, что во время медленного сна мы ворочаемся не все время, мы можем тоже довольно долго пролежать неподвижно. Эта система не может дать четкой гарантии. Она параллельно еще отсчитывает эти полуторачасовые циклы в качестве дополнительного источника информации. В общем, получается, что с таким будильником шанс проснуться в нужный момент немножко выше, но не принципиально выше, если бы вы просто поставили будильник, отсчитав полтора часа.
Не мог не сфотографироваться с Асей.
- Да, то есть, если ты знаешь, в какое время тебе надо утром проснуться, надо отсчитать по полтора часа несколько интервалов?
- Да. Если вы заведомо собираетесь спать меньше, чем вы можете себе позволить чтобы выспаться, то есть надежда, что это будет более безболезненно в том случае, если вы захватили себе какое-то количество полуторачасовых циклов. Но, понятно, что если вы проспали два таких цикла, то ваша жизнь не будет хороша, если на самом деле вам нужно проспать пять.
Другие рекомендации для здоровых людей связаны с режимом освещения, потому что важно спать в темноте. Это точно. У нас есть в мозге сразу несколько систем, которые реагируют на уровни освещенности. И от уровня освещенности зависит, во-первых, работа наших биологических часов, которые отсчитывают 24 часовой цикл, отсчитывают, когда мы выспались, а когда нам пора ложиться спать обратно. Этот внутренний маятник работает даже когда люди уходят в пещеру, живут там без часов и без света. У них это время может немного удлиняться, немного сокращаться, но оно все равно остается довольно близко к 24 часам. А в жизни, где у нас есть часы и Солнце, этот маятник подстраивается под свет. В этом отношении полезно смотреть на свет рано утром. Это та проблема, которая преследует нас зимой - мы совершенно не видим света рано утром. От этого организм не может подвести внутренние часы, показать им, что наступило утро. Он не понимает, что утро наступило. Из-за этого мы чувствуем себя насильно вытянутыми из постели, нам все время хочется спать, нам кажется, что еще ночь. И что здесь советуют? Здесь советуют хотя бы, по крайней мере, вкрутить в доме как можно более яркие лампочки, если вы вынуждены вставать затемно, чтобы хоть немного обманывать мозг. Чтобы он хоть немножко думал, что рассвело.
А летом обратная проблема. Летом мы начинаем спать при свете большую часть ночи из-за того, что день длинный, ночь короткая. И это тоже не очень хорошо, потому что от сетчатки, которая воспринимает свет, от нее идет информация в том числе в эпифиз. Эпифиз - зона, железа внутренней секреции, можно сказать, в мозге, которая вырабатывает гормон мелатонин. И она его вырабатывает, когда мы спим в темноте. Темнота важна для того, чтобы был нормальный суточный ритм выработки мелатонина.
- То есть темнота важна не просто для того, чтобы заснуть при ней и проснуться в хорошем состоянии, а должна быть на всем протяжении сна?
- Да. Или хотя бы большую часть сна должно быть темно. И это правда важная история, потому что мелатонин вовлечен в регуляцию иммунной системы. Когда люди, во-первых, в принципе не досыпают, у них нарушается работа иммунной системы. А во-вторых, когда они спят при свете, у них тоже нарушается работа иммунной системы. А иммунная система важна не только для борьбы с вирусами и бактериями, она важна для предотвращения онкологических заболеваний, потому что у нас в организме регулярно образуются злокачественные клетки. И у меня, и у вас. Но до поры, до времени это не опасно, потому что клетки иммунной системы все фильтруют, каждую клетку тела обнюхивают. Там очень интересные физиологические механизмы, как они отличают на молекулярном уровне будущие опухоли от здоровых. Каждый раз, когда у них возникает подозрение, что клетка опухолевая, они ее сразу убивают. Проблема в том, что рак начинается в тот момент, когда иммунная система прозевала, не заметила зародыше раковую опухоль, когда она не успела ее убить до того момента, как опухоль разрослась. Есть статистические данные, что у людей, которые спят днем при свете, например, потому что работают в ночную смену, у них повышенная вероятность некоторых видов рака статистически. Больше рисков заболеть. Вероятно, в следствие того, что иммунная система с большей вероятностью прозевает начало рака в том случае, если мелатонин ее не поддерживает.
- Это уже точные данные на большой выборке?
- Статистика большая. В том числе, было показано в исследовании Health Study. Это большое исследование медсестер. Медсестры, которые работали в ночную смену, были больше подвержены, например, раку груди, чем те, которые работали днем, а ночью спали. Тут проблема именно в том, что они спали при свете, а не в том, что спали не ночью, а днем. Все эти мифы, что нужно ложиться спать рано, ложиться спать в 11 вечера - на самом деле, неважно, во-сколько ложиться, но рациональность в том, что если вы ложитесь спать рано, то большая часть сна проходит до рассвета даже летом. Вы лучше всего так совпадаете с вращением Земли, с солнечным вращением. То есть, желательно спать, когда на улице темно. Но даже если на улице не темно, то плотные занавески или маска для сна улучшат ситуацию.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ
В следующую среду, 3-го мая, в 8:30 на 88,8 FM выйдет вторая часть записи - про про антинаучные мифы, про то, почему ученые верят в бога, и чем похожи научные исследования и антикоррупционные исследования Навального. Ну и про фонд Эволюция немного поговорили. Кстати, сейчас проходит краудфандинговая кампания фонда и все желающие могут его поддержать, в том числе и путем покупки книг с автографами Аси Казанцевой.
PS: Не забываем подписываться на Telegram-канал моей рубрики на СД - TeorGor.