Сто лет назад ученые думали, что сон — это своеобразное отравление. За время бодрствования, как считалось, в организме накапливаются какие-то яды, кровь приносит их к мозгу, отравляет его, наступает сон. За время сна яды разрушаются, удаляются из крови, и утром мы снова бодры и свежи. Были факты, подтверждающие такой взгляд, но были факты, которые в конце концов его опровергли (в частности, наблюдения над сросшимися близнецами). Так, в Москве перед войной наблюдали редкий случай двойного уродства. Родились две девочки, названные Ирой и Галей, которые срослись в нижней части тела. У них были две головки, четыре ручки, два сердца, а ножки и нижняя часть тела были общие. Прожили эти близнецы 1 год 22 дня, умерли от воспаления легких. Наблюдения показали, что когда одна головка спит, другая может смеяться, бодрствовать. Ясно, что если бы наступление сна зависело от ядов, разносимых кровью (а кровь у обоих полуорганизмов была общей, смешивалась), обе головки должны были бы спать всегда синхронно. Ученые прежних времен не могли понять причин сна, поскольку не знали его природы, не знали, как сон связан с другими свойствами мозга. Подлинно научная теория сна стала складываться лишь благодаря работам И. П. Павлова. Для понимания природы сна и сновидений нам потребуется вспомнить и рассмотреть здесь два момента.
Во-первых, благодаря условнорефлекторным связям между следами различных впечатлений мозг фиксирует и, главное, может в случае необходимости вновь использовать любую пришедшую к нему информацию. Начиная от колыбели, когда возникают первые ассоциации (ребенок увязывает ощущение матери с внешним обликом, звуком голоса, словом «мама»), и далее на протяжении всей жизни то новое, что приходит в мозг, оставляет там след и вступает в связь с тем старым опытом, который имеется. Одно впечатление нанизывается на другое, и в конце концов кора мозга превращается у человека как бы в своего рода мозговую кинопленку с сотнями миллиардов «кадриков» — следов и ассоциативных связей между ними. В них-то запечатлевается и может быть извлечено на свет все, что мы видели, слышали, читали, думали, переживали на протяжении жизни, весь жизненный опыт.
Во-вторых, на основании закономерностей движения процессов возбуждения и торможения И. П. Павлов сделал вывод, что сон — это и есть процесс торможения, охвативший основные районы коры и спустившийся «вниз», на средний мозг. Павлов решительно отвергал представления о наличии специальных инстанций в мозгу, ведающих состояниями бодрствования и сна, о чем в те годы шла оживленная дискуссия в литературе.
Павловская теория сна была важной вехой в развитии нейрофизиологии, но сегодня уже в значительной мере пересмотрена. Раскрыта функция важных структур мозга, объединяемых под названием ретикулярной формации или сетевидного образования. Эти структуры влияют на степень активности коры мозга, причем можно выделить центры, возбуждение которых связано с состоянием бодрствования, и центры, имеющие право именоваться центрами сна. Не подтвердилось и представление о состоянии сна как разлитом торможении коры больших полушарий. Специальные исследования показали, что в охваченном сном мозгу доля возбужденных нервных центров еще больше, чем в состоянии бодрствования. Как удалось получить такие сведения?
Неоценимую помощь в этом деле оказали ученым биотоки мозга. В мозговую ткань животного вживляли до 100 микроэлектродов, которые сообщали о состоянии электрической активности соответствующих мозговых структур. Именно эти «лазутчики» и донесли весть о том, что сон не связан с торможением большинства корковых центров. Павловское положение о том, что сон не пассивное состояние нервной ткани, а активная восстановительная работа мозга, блестяще подтвердилось, но не в том плане, как полагал ученый. Он говорил об активном характере процесса торможения, охватившего мозг. Оказалось же, что и торможения-то при погружении в сон становится в принципе не больше, чем было в состоянии бодрствования, т. е. активность спящего мозга — это активность подлинно возбужденной нервной ткани. Как все сказанное понять?
При исследовании здоровых людей биотоки записывают с поверхности головы, куда, раздвинув волосы, накладывают пластинки электродов. Каждый такой электрод собирает информацию от миллиардов нервных клеток. Наблюдения показывают: чем активнее состояние бодрствования, тем беспорядочнее игра зубцов на электроэнцефалограмме (так называют запись биотоков). Господствующими являются уровни частот этих волн от 10 до 40 в секунду. Наоборот, когда человек глубоко спит, отмечаются правильные медленные волны частотой 2—4 Гц — так называемые дельта-волны. Подобная картина электроэнцефалограммы означает, что миллиарды мозговых клеток работают теперь как-то слаженно, организованно, они синхронизированы, в то время как при активной деятельности в состоянии бодрствования они действуют асинхронно.
Сегодня нейрофизиологи считают, что в мозгу действуют две системы. Десинхронизирующая система охватывает те мозговые механизмы, которые функционируют в периоде бодрствования и осуществляют связь с внешней средой; в эту систему включены центры бодрствования. Другая, синхронизирующая, система содержит мозговые механизмы, действующие во время сна и связанные с соответствующими центрами, которые ускоряют его наступление. Смена возбуждения и торможения — реальный факт. Однако состоит он в том, что при бодрствовании возбуждена десинхронизирующая и заторможена синхронизирующая система, а при развитии сна, наоборот, возбуждаются синхронизирующие механизмы и затормаживаются десинхронизирующие. В нашем мозгу живут как бы два мозга — дневной и ночной, регулярно сменяющие друг друга на вахте жизни.