Как управлять сном: методы прямого воздействия на активность мозга

Источник

Каждую пятницу второй полной недели марта, в рамках проекта Всемирной организации здравоохранения по проблемам сна и здоровья, отмечается Всемирный день сна. Сегодня сам Морфей велел заняться настройкой периода, когда организм обрабатывает воспоминания, крутит сновидения, «промывает» мозг и делает другие полезные вещи.

В мире есть люди, которым достаточно всего 4–5 часов сна, но их очень мало. Большинству сокращение ночного режима грозит деструкцией и смертью. Продолжительность сна имеет большое значение, ведь он не просто занимает часть суток, а «съедает» треть жизни! Если длительность нельзя уменьшить, можно ли повысить эффективность? Оказывается, да. Существуют способы регулировать работу мозга во сне так, чтобы увеличить свою продуктивность без побочных эффектов.

Бездонная яма сновидений

Источник

Висцеральная теория сна (ВТС) утверждает, что сон нам нужен для того, чтобы органы получили нужные «вычислительные мощности» для собственной настройки. Согласно ВТС, мозг практически не страдает от депривации сна, а вот внутренние органы начинают отказывать, так как сон нужен для поочередной отладки всех частей нашего тела. Однако последние исследования показывают, что мозг точно также страдает от нарушений сна, как любые другие органы — недостаток сна не только ухудшает когнитивные функции человека, но и может привести к необратимому повреждению и разрушению нейронов.

Однажды «доспать на выходных» у вас просто не получится — некоторые исследования с участием людей показали, что концентрация внимания и другие когнитивные функции не могут полностью восстановиться даже спустя трое суток. В связи с этим возникают вопросы о том, как в действительности работает теория «спать мало, но правильно» и как определить меру этой правильности. С другой стороны, если сокращение времени сна ведет к резко негативным последствиям, следует изучить другие методы корректировки сна.

Электрическая стимуляция мозга

Источник

Доктор Рудольфо Льинас, один из основателей неврологии, в докладе «Сознание и когерентная активность мозга» предложил модель работы сознания, основанную на синхронизации нейронной активности. Он предположил, что когерентная электрическая активность части нейронной структуры мозга создает необходимые условия для возникновения визуальных образов в сознании. Это происходит даже в том случае, если чувствительные окончания нейронов не работают, например, во время сновидений. Оказалось, что колебания частотой 40 Гц могут синхронизировать импульсацию нейронов, реагирующих на различные аспекты воспринимаемого образа.

Немецкий исследователь Урсула Восс, ее коллеги нейрофизиологи из университета имени Гёте во Франкфурте и специалисты Гарвардской медицинской школы в Бостоне исследовали 27 добровольцев. Ученые хотели ответить на вопрос, что первично: активность высокой частоты (около 40 Гц) в гамма-диапазоне приводит к осознанным сновидениям или же наоборот. Они стимулировали мозг испытуемых во время сна слабым электрическим током разных частот (от 2 до 100 Гц), то есть во всех диапазонах частот, на которых работает сам мозг.

Как выяснилось, стимуляция с частотой 40 Гц, на которой «работает» мозг, не нарушает обычных признаков быстрого сна, но приводит к тому, что мозг сам начинает генерировать высокочастотные волны гамма-диапазона (37–43 Гц). Ученые считают, что в таких условиях нейроны начинают синхронизированно испускать электрические импульсы с данной частотой.
Так вот, стимуляция на частотах 40 Гц вызывала у добровольцев сновидения, которые они могли контролировать.

[Если вас пугает сам факт прохождения тока через мозг, вспомните про другое явление, связанное с электрической стимуляцией во время сна. Электросонтерапия — это метод лечебного воздействия на ЦНС человека импульсным током низкой частоты (1–150 Гц), малой силы (до 10 мА) и напряжением до 80 В во время сна. Улучшает кровообращение, повышает минутный объем дыхания, стимулирует окислительно-восстановительные процессы, снижает болевую чувствительность. Кроме того, не вызывает снижения памяти и интеллекта.]

Польза осознанных сновидений

Начнем с главного: не доказано. В осознанные сновидения (ОС) можно «играть», остатки снов могут стать подспорьем в творческой деятельности… а могут и не стать. Однако этот факт ничуть не смущает создателей многочисленных стартапов, вмешивающихся в работу сна и не учитывающих, насколько процессы чередования фаз сна важны для мозга.

ОС — это недокументированные фичи, с непредсказуемыми отложенными последствиями. Это развлечение, которое при длительной активности может серьезно размыть барьер между сном и реальностью. Тем не менее на «коротких дистанциях» смысл заниматься ОС есть. Их можно использовать для лечения фобий, агрессивных состояний, депрессии и других проблем. Когда вы спите и в этот момент понимаете, что спите, то можете справиться с любым кошмаром.

Устройства для вызова ОС

Сон, в котором вы понимаете, что спите, называется люцидным. От него к ОС рукой подать — существует множество практик, все они легко доступны и подробно их рассматривать мы не будем. Они требуют внимания, концентрации, мотивации и настроенности на достижение результата. Однако для тех, кто не готов тратить время на самостоятельное достижение результата, в мире существует большое количество готовых устройств, облегчающих вход в контролируемый сон.

Стартап Arenar запустил сбор средств на гаджет iBand+, состоящий из динамиков для подушки, мобильного приложения и повязки, оборудованной электродами для энцефалографии и направленными в глаза светодиодами. Собрали они в итоге 1289% от запрошенной суммы, а поставку обещают начать в сентябре 2017 года.

Чем же так понравился продукт? Электроды улавливают конкретный момент, когда начинается фаза быстрого сна, после чего светодиоды вместе с динамиками подают слабые аудиовизуальные сигналы. Спящий ощущает эти сигналы как аномалию в сновидении, осознает свое состояние и перехватывает управление за происходящим (в теории). Светодиоды в паре с электродами для ЭГГ также работают «умным будильником», выбирающим наиболее подходящий момент цикла сна, чтобы пробудить человека имитацией солнечного света.

Но не все так радужно, как выглядит в рекламе. Аналогичный продукт долгие годы разрабатывали на Украине. Гаджет Luciding выполнен в форме тонкой повязки из гипоаллергенной ткани, на внутренней стороне которой расположены четыре датчика-электрода: два датчика соприкасаются со лбом, а еще два находятся за ушами. Luciding по ЭЭГ определяет наступление фазы быстрого сна. Именно в этот момент гаджет посылает 30-секундный электрический сигнал на частоте 40 Гц, помогающий осознать сон.

После разработки многочисленных прототипов компания так и не приблизилась к созданию стабильного устройства, гарантирующего погружение в осознанные сновидения. В мировой практике это не прецедент — фейковое устройство Luci, предназначенное для управления снами, собрало $363 000 на Kickstarter, но так никогда и не появилось у пользователей.

В отличие от электрической стимуляции, устройства на основе воздействия света находят больше возможностей для применения. Aurora от iWinks обладает традиционными датчиками, отслеживающими электроэнцефалограмму и электроокулограмму (движения глаз), а также акселерометром, отвечающим за мониторинг движения тела. Гаджет способен отследить фазу быстрого сна и с помощью сигнала светодиода дать пользователю знать, что в данный момент он спит.

Гаджеты для осознанных сновидений продолжают появляться, есть они и в России.

Перепрограммирование циркадных ритмов

Воздействие на циркадные ритмы (биологические часы организма) позволяет лечить ряд расстройств: от нарушений сна до поведенческих, когнитивных и метаболических аномалий, обычно связанных со стрессом, сменой режима работы, воздействием света в ночное время, а также с такими нейропсихиатрическими состояниями, как депрессия и аутизм.

Все живые существа на Земле испытывают на себе воздействие 24-часового цикла света и темноты. Живые организмы приспособились к суточному вращению Земли, развивая биологические ритмы, повторяющиеся примерно через 24 часа. Эти циркадные ритмы генерируются эндогенно (внутри тела).

Биологические часы «сбрасываются» вследствии фосфорилирования белков в мозге — этот процесс запускается под воздействием света. По сути, свет стимулирует синтез специфических белков, которые играют ключевую роль в синхронизации ритма биологических часов с ежедневными циклами окружающей среды.

Исследования в Стэнфордском университете показали, что мигающие огни могут «обмануть» тело, заставляя его «думать», что оно находится в другом часовом поясе. По информации Mail Online, в результате светотерапии часы тела могут корректироваться на два часа в день.
Таким образом, повышение уровня освещенности помогает уменьшить сонливость и частично нивелировать побочные эффекты сезонного аффективного расстройства. Воздействие светом также поможет противостоять негативным эффектам использования компьютера поздно ночью.

Настройка ритмов как идея для бизнеса

На основе исследований, проведенных в Университете Флиндерс (Австралия), стартап Thim разработал одноименный трекер, адаптирующий режим сна пользователя под определенную нагрузку в течение недели. На Kickstarter проходит кампания по сбору средств для создания полноценного устройства, выполненного в форме кольца для пальца.

Thim надевается на палец и аккуратными вибрациями будит вас раз в три минуты в течение часа. Данный процесс называется легким прерыванием сна и не позволяет пользователю проснуться окончательно. По словам разработчиков, всего за один час прерванного сна в сутки человек в течение пяти ночей подряд может адаптировать свой режим сна под любые необходимые нагрузки.

Rise Science, «баю-бай» стартап из Чикаго, обеспечивает персонализированный коучинг сна для колледжей и профессиональных спортсменов, чтобы помочь игрокам лучше выспаться и выступить в лучшем виде. Компания создает индивидуальный график сна для каждого игрока и отправляет ему автоматические сообщения, когда приходит время ложиться спать.

В 2013 году они провели обширные исследования о влиянии сна на спортивные результаты. После учета графика занятий, возраста и генетических особенностей игроков, они определили правильное количество сна для 20 добровольцев. Затем они сделали календарь и буквально прописали для каждого игрока индивидуально оптимальное время засыпания/пробуждения, основанное на генетике. Некоторым игрокам требовалась семь с половиной часов сна, а некоторым семь часов и пятьдесят минут.

Через 8 недель эксперимента удалось установить, что игроки, которые живут по своим графикам сна, быстрее бегают на поле в день игры.

4.20: полифазный сон

Популярные режимы сна: на диаграммах вы видите доли периодов бодрствования и сна

Во все времена находились известные люди, которые с успехом использовали (и всем советовали) разделенный сон. Сон после работы, во время работы, на обеде, двойной сон за ночь, сон по десять минут каждый час — способов придумали множество. Поклонники метода утверждают, что отказ человека от медленного сна не несет в себе никаких негативных последствий для организма, но при этом экономит кучу времени.

На самом деле, если человек сталкивается с дефицитом сна, медленные фазы будут исключены, однако в дальнейшем они компенсируются — мозг отоспится тогда, когда позволят (последствия такого подхода могут оказаться не самыми радужными). Изменения в соотношении фаз сна компенсируются на коротких периодах, но при длительных экспериментах могут привести к истощению нервной системы.

Научных исследований влияния многофазного сна на здоровье человека в долгосрочной перспективе (год и более) не представлено. Причина, вероятно, кроется в том, что согласовать графики полифазного сна с режимом деятельности других людей социума крайне сложно. Однако в экстремальных условиях, дремота 10–20 минут днем через равные промежутки времени может помочь облегчить некоторые симптомы недостатка сна.

Нехватка научных экспериментов не останавливает стартаперов и энтузиастов. Придумали маску для полифазного сна NeuroOn, которая следит за мозговыми волнами, движениями глазных яблок во время сна и изменением мышечного напряжения. Маска будит человека в тот момент, когда он завершил стадию быстрого сна. В NeuroOn встроены светодиоды и моторчики для мягкой вибрации, посредством чего она и пробуждает владельца.

Маска Neuroon стала доступна для предзаказа в 2014 году, однако окончательная версия продукта появилась только спустя более чем два года. В отличие от других продуктов такого класса, в ней есть необычная функция для путешественников. Приложение создает персонализированную программу корректировки сна, во время которого маска делает серию световых вспышек, манипулируя выработкой мелатонина в организме и перепрограммируя циркадный ритм.

Звуковое воздействие

Даже во время сна мозг продолжает регистрировать и обрабатывать звуки. Посторонний шум может заставить вас проснуться, задвигаться, ворочаться в кровати, переключаться между стадиями сна или даже изменить частоту сердечных сокращений и уровень кровяного давления — и вы ничего из этого не вспомните, проснувшись. То, как звуки влияют на сон, зависит от стадии сна, времени ночи и даже вашего индивидуального восприятия.

На основе этих данных было создано несколько устройств, эффективность работы которых оценили экспериментально. Проводились следующие исследования: устанавливали датчики на лоб и вокруг ушей, которые отслеживали состояние сна человека, измеряя мозговые волны. Когда датчики определяли наступление глубокого сна, в изголовье кровати включали розовый шум, благодаря которому удавалось более эффективно «переводить» мозг к стадии быстро сна.

Как звук влияет на наши способности во сне

Научные исследования демонстрируют, что звуки, такие как рокот волн, разбивающихся о берег, помогают людям вспомнить то, чему они научились накануне. В человеческом мозге отдельные сети нейронов часто активируются вместе. Коллективное повышение и понижение активности сетей нейронов вызывает колебания, которые мы видим на ЭЭГ. В разное время мозг колеблется на разных частотах. Во время сна мозг производит медленные колебания <1 Гц — отсюда термин «медленный сон» — и эти колебания считаются важными для консолидации воспоминаний.

Ученые из Тюбингенского университета в Германии предположили, что память можно улучшить за счет слуховой стимуляции, которая вызывает медленные колебания. Исследование проводилось на 11 добровольцах, которые изучали ассоциации слов непосредственно перед сном. Их знания о выученных словах проверялись сначала перед сном, а затем снова на следующий день. Пока испытуемые спали, им включали короткие отрывки розового шума. Эти «кусочки» розового шума были приурочены к «медленным» колебаниям мозга спящего человека.

В результате удалось выяснить, что после воздействия розового шума во сне, люди смогли вспомнить в два раза больше ассоциаций слов, чем без стимуляции. Когда эксперимент повторили с розовым шумом, который не синхронизировался с естественными медленными колебаниями волн мозга, никаких улучшений в памяти не заметили.

Белый шум и тишина

Кроме розового, еще и белый шум влияет на сон. Он блокирует другие переменные шумы и обеспечивает постоянные, успокаивающие звуки, помогающие заснуть. По сути, любые привычные для человека звуки становятся аналогом белого шума: это может быть телевизор, вентилятор или кондиционер — они обеспечивают неравномерный частотный шум. Некоторые люди предпочитают другие звуки: шум волн, стрекот сверчков, шелест ветра.

Альтернативный подход связан с эффектом полной тишины. Учитывайте, что полная тишина — индивидуальна и не всем подходит. Кто-то просто физически не может заснуть без отдаленного шума улицы за окном (напоминающий белый шум), а кто-то вынужден спать в берушах.

Стартап Muzo был представлен на Kickstarter летом 2016 года. Разработчики планировали собрать 100 тысяч долларов на производство устройства, однако привлекли более 430 тысяч. А затем на Indiegogo собрали на полтысячи процентов выше необходимого — почти два миллиона долларов. Эти деньги пошли на разработку устройства, которое крепится на окно или любую другую плоскую поверхность и поглощает вибрации, а также создает звуковые волны, дополняющие фоновый шум таким образом, что он превращается в тишину. В устройстве используются те же технологии, что и в наушниках с активным шумоподавлением. Поставки должны начаться в этом году.

Световое воздействие

Мы привыкли считать, что сон — это время отсутствия света. Полная темнота, в которой только и возможно нормальное существование во время сна. Однако свет на определенной длине волн помогает спать, улучшает настроение, уменьшает депрессию или заставляет нас чувствовать себя более активными во время работы.

Свет — основной способ синхронизации биологических часов с солнечным днем. Если мы не подвергаемся воздействию достаточного количества света правильного спектра в течение необходимого организму количества времени, наши биологические часы десинхронизируются с солнечным днем, и мы можем испытывать упадок сил.

Человек чаще всего хорошо спит, когда выравниваются циркадные и гомеостатические системы, влияющие на цикл сна-бодрствования. Другим очень известным циркадным ритмом является цикл производства мелатонина. Мелатонин — гормон, вырабатываемый шишковидной железой ночью (в условиях темноты), сигнализирующий о том, что пора спать. Время выработки мелатонина вечером, происходящее примерно за 2 часа до естественного сна, используют как маркер циркадных часов. Вечернее воздействие света замедляет начало выработки мелатонина, задерживая наступление сонливости. Если ночью вас разбудит яркий свет, то ночной мелатонин вернется на нормальный уровень только через 30–45 минут в темноте.

Сезонное аффективное расстройство

Сезонное аффективное расстройство (САД) является подтипом депрессии, происходящей в зимние месяцы и переносящейся эпизодами на осень и весну. Механизмы возникновения САД пока неизвестны, отдельные исследователи ставят под сомнение сам факт существования такого расстройства, но свет может эффективно использоваться в качестве лечения некоторых видов депрессии — и если вам помогает, то не так важно отчего и почему, не так ли?

Поздний рассвет в зимние месяцы задерживает циркадные ритмы тех, кто более восприимчив к САД. Другая гипотеза строится на предположении, что общее количество вырабатываемого мелатонина у лиц, страдающих от САД, больше в зимние, чем в летние месяцы, что увеличивает количество времени, которое организм считает ночным периодом суток. В этом случае рекомендуется использовать свет рано утром или вечером.

Исследования продемонстрировали эффективность лечения симптомов САД даже на низких уровнях света (< 500 люкс на 470 нм — синий свет). Увеличение излучения в коротковолновой области позволяет снизить уровень освещенности, но при этом получить тот же эффект. Было обнаружено, что воздействие яркого белого света (по меньшей мере 3000 люкс и выше) в течение 1 часа утром на протяжении 2 недель улучшает или укрепляет ночной сон людей с болезнью Альцгеймера.

Исследования показали, что непрерывный яркий непрямой белый свет (по крайней мере, 1000 люкс) в дневные часы выравнивал циркадные ритмы и облегчал симптомы депрессии.

Световая терапия на разных длинах

Круглосуточная демонстрационная комната в Исследовательском центре освещения в Политехническом институте им. Ренсселера обеспечивает дневное электрическое освещение с холодным светом в течение дня и теплое освещение в вечернее время

Исследователи предложили 24-часовую схему освещения, которая обеспечивает высокую степень стимуляции циркадных ритмов в дневные часы, низкую циркадную стимуляцию в вечерние часы и особый свет в ночные часы.

Например, теплый свет (2700 К или ниже), освещая роговицу на уровне 1 люкс, позволит безопасно перемещаться в пространстве ночью, но не подавляет гормональный мелатонин.

В большинстве исследований на сегодняшний день тревожные эффекты света были связаны с его способностью подавлять мелатонин, что, в свою очередь, считают одним из факторов, повышающих риск развития некоторых видов рака. Телевизоры, компьютеры, даже цифровые часы — все они являются распространенными источниками ночного синего света, нарушающего циркадный ритм. Для работы ночью без нарушения ритма выработки мелатонина рекомендуют использовать красный свет (как от костра). Кроме того, длинноволновый красный свет может повысить объективные и субъективные показатели здоровой активности организма.

Зеленый свет вызывает быстрое начало сна — от 1 до 3 минут. Синий и фиолетовый свет задерживают сон — начало сна занимает от 16 до 19 минут для синего и от 5 до 10 минут для фиолетового. Люди, которые использовали электронные читалки (30–50 люкс) в течение 4 часов перед сном, испытывали проблемы с засыпанием. Аналогичным образом, люди, которые спали с ночным освещением ~ 40 люкс, имели более плохой сон. Даже относительно низкие уровни ночного света могут иметь пагубные последствия.

Для получения максимальных результатов световой терапии также важно точно измерять световое воздействие в течение 24-часового дня, а не только проводить «мгновенное» измерение освещенности в определенном месте и в определенное время. Параметры света определяют при использовании дозиметра. Чтобы конкретно измерять количество света, которое видит человеческий глаз, используют прибор Daysimeter. Устройство точно измеряет основные характеристики света: интенсивность, спектр, продолжительность.

К слову, для компьютера можно использовать F.lux, который автоматически калибрует цветовую температуру монитора в зависимости от времени суток. Эта программа снижает в вечернее время долю синего в цветовом спектре монитора.

Заключение

Мир снов огромен, в него хочется погружаться вновь и вновь, так что в следующий раз сможем коснуться других состояний, о которых сегодня не говорили в связи с их пограничностью. Например, депривация сна — крайняя степень воздействия, которая в тоже время может производить положительный эффект.

Кроме описанных методов, существует и очевидный тактильный способ, разбудивший спящую красавицу. Впрочем, будь принц сомнологом, он, вероятно, стал бы водить пальцем по ладони принцессы — в некоторых случаях это один из самых безопасных способов пробудить человека без стресса.

А пока — спокойной вам ночи и приятных сновидений.