Dlaczego śpimy. Matthew Walker
czasu. Właśnie to poczucie wyrwy w czasie sprawia, że po przebudzeniu nabieracie pewności, że musieliście się na jakiś czas pogrążyć we śnie.
Ale choć w czasie snu tracicie świadomą orientację w upływie czasu, na poziomie nieświadomym czas nadal jest monitorowany przez mózg z niebywałą precyzją. Z pewnością zdarzyło wam się kiedyś, że musieliście się obudzić rano o konkretnej godzinie – na przykład żeby zdążyć na poranny samolot. Przed pójściem do łóżka ustawiliście budzik na 6.00. Co niezwykłe, obudziliście się sami o 5.58, czyli tuż przed budzikiem. Wygląda na to, że wasz umysł nawet w czasie snu potrafił odmierzać czas z niebywałą precyzją, tyle że – jak w przypadku wielu operacji zachodzących w mózgu – nie mieliście w czasie snu bezpośredniego dostępu do tego precyzyjnego zegara. Wszystko rozgrywa się wtedy na poziomie nieświadomości, a na jej powierzchnię wydostaje się tylko to, co potrzebne.
Trzeba tu wspomnieć o jeszcze jednym zaburzeniu czasu – o jego dylatacji w marzeniach sennych. Czas w naszych snach płynie inaczej niż w rzeczywistości. Najczęściej się wydłuża. Wyobraźcie sobie, że naciskacie przycisk „Drzemka” na budziku, który zadzwonił, przerywając wam jakiś sen. Pozwalacie sobie na jeszcze pięć minut rozkosznego snu. Natychmiast zapadacie w niego ponownie, a po pięciu minutach budzik sumiennie rozdzwania się ponownie. Tyle że wam mogło się wydawać, że śniliście przez godzinę, może nawet dłużej. W odróżnieniu od fazy snu, w której nie występują marzenia senne i tracicie całkowicie poczucie czasu, w tym wypadku zachowujecie doświadczenie jego upływu. Tyle że nie jest ono zbyt precyzyjne – najczęściej sen wydaje się rozciągnięty albo dłuższy w porównaniu z rzeczywistym czasem.
Mimo że nie rozumiemy w pełni powodów tej dylatacji, zarejestrowana niedawno aktywność komórek mózgowych szczurów podsuwa intrygujące wskazówki. W eksperymencie pozwolono szczurom biegać po labiryncie. Kiedy zwierzęta uczyły się jego rozkładu, badacze obserwowali charakterystyczne wzory aktywności komórek mózgowych. Uczeni nieprzerwanie rejestrowali aktywność szczurzych mózgów, nawet kiedy te następnie zasnęły. Podsłuchiwali mózgi w różnych stadiach snu, w tym w fazie szybkich ruchów gałek ocznych (REM), kiedy u ludzi pojawia się większość marzeń sennych.
Pierwszym zaskakującym wynikiem było wielokrotne powtarzanie się w czasie snu charakterystycznego wzoru aktywności komórek mózgowych, który wystąpił wcześniej podczas uczenia się rozkładu labiryntu. Oznacza to, że wspomnienia te były wtedy „odtwarzane” na poziomie aktywności komórek mózgowych. Drugim, jeszcze bardziej zaskakującym odkryciem była prędkość tego odtwarzania. W czasie fazy REM wspomnienia odtwarzały się znacznie wolniej: dwu- albo czterokrotnie wolniej niż w stanie czuwania, kiedy szczury uczyły się labiryntu. To powolne powtórzenie wydarzeń minionego dnia jest najlepszym dostępnym świadectwem, które wyjaśnia rozciąganie się naszych ludzkich marzeń sennych w fazie REM. Spowolnienie czasu neuronalnego może być powodem, dla którego wydaje nam się, że sny trwają znacznie dłużej, niżby to wynikało ze wskazań budzika.
Mimo że każdy z nas stwierdził kiedyś, że ktoś inny jest pogrążony we śnie albo że sam obudził się właśnie ze snu, prawdziwie naukowa weryfikacja snu wymaga zarejestrowania za pomocą elektrod trzech rodzajów sygnałów: (1) aktywności fal mózgowych, (2) ruchów gałek ocznych, (3) aktywności mięśni. Badanie tych sygnałów określa się zbiorczym terminem „polisomnografii” (PSG), który oznacza odczytanie (grafia) snu (somno) za pomocą różnorodnych (poli) sygnałów.
Właśnie za pomocą tych miar w 1952 roku student Eugene Aserinsky i profesor Nathaniel Kleitman z Uniwersytetu Chicagowskiego (ten drugi zasłynął wspomnianym eksperymentem w Jaskini Mamuciej, który omówiliśmy w rozdziale 2) dokonali prawdopodobnie najważniejszego odkrycia w dziedzinie snu.
Aserinsky prowadził drobiazgową dokumentację ruchów gałek ocznych u niemowląt w ciągu dnia i nocy. Zauważył, że w czasie snu występują okresy, kiedy oczy gwałtownie ruszają się na boki pod zamkniętymi powiekami. Co więcej, z tymi fazami snu zbiega się zawsze ogromna aktywność fal mózgowych, niemal identyczna z obserwowaną w stanie pełnego rozbudzenia. Między tymi ruchliwymi fazami aktywnego snu mieściły się dłuższe okresy, kiedy oczy pozostawały nieruchome. Dochodziło wtedy również do uspokojenia fal mózgowych.
Jakby tego było mało, Aserinsky zauważył, że obie fazy snu (sen z ruchami gałek ocznych i sen bez ruchów gałek ocznych) układały się w trwający przez całą noc w miarę regularny naprzemienny wzór.
Jego mentor, Kleitman, z typowym dla swojej profesji sceptycyzmem, wolał wstrzymać się z uznaniem prawdziwości tych wyników do czasu, aż uda się je powtórzyć. A że miał skłonność do włączania najbliższych osób do swoich eksperymentów, wybrał do tego celu swoją dopiero co urodzoną córkę Ester. Obserwacje się potwierdziły. Kleitman i Aserinsky zdali sobie wtedy sprawę z wagi tego odkrycia: ludzie nie zapadają po prostu w sen, ale przechodzą przez cykle dwóch całkowicie odmiennych rodzajów snu. Fazom snu nadali nazwy związane z wyróżniającymi je zachowaniami gałek ocznych: NREM, czyli sen o wolnych ruchach gałek ocznych (non-rapid eye movement), i REM, czyli sen o szybkich ruchach gałek ocznych (rapid eye movement).
Wraz z innym studentem Kleitmana, Williamem Dementem, wykazali następnie, że sen REM, w którym aktywność mózgu jest niemal identyczna z aktywnością obserwowaną w stanie czuwania, wiąże się z doświadczeniami, które nazywamy marzeniami sennymi (dlatego często nazywamy go fazą marzeń sennych).
Sen NREM został w późniejszych latach podzielony na kolejne cztery odrębne fazy, bez większego polotu nazwane etapami 1–4 (jako badacze snu odznaczamy się prawdziwą kreatywnością, nieprawdaż?), w których dochodzi do jego stopniowego pogłębiania. Etapy trzeci i czwarty są najgłębszymi fazami snu NREM, przy czym tę „głębokość” definiujemy jako wzrost trudności w wybudzeniu osoby pogrążonej w trzecim i czwartym etapie snu NREM w porównaniu z etapami pierwszym i drugim.
W kolejnych latach po pionierskim eksperymencie z udziałem Ester zdołaliśmy ustalić, że obie fazy snu – NREM i REM – toczą przez całą noc nieustanną walkę o dominację nad mózgiem. W tej wojnie zwycięzca zmienia się co 90 minut18. Najpierw rządzi sen NREM, potem zastępuje go sen REM. Ledwie ta walka się zakończy, rozpoczyna się od nowa i powtarza co 90 minut. Prześledzenie tej niezwykłej sekwencji przypływów i odpływów pozwala zobaczyć piękną, cykliczną architekturę snu, którą przedstawia wykres 8.
Wykres 8. Architektura snu.
Na osi pionowej wyróżniono różne stany mózgu: od czuwania na górze, przez sen REM, do coraz głębszych etapów snu NREM. Na osi poziomej zaznaczono kolejne godziny w nocy, poczynając od jedenastej wieczorem po lewej stronie, kończąc na siódmej rano po prawej. Formalnie rzecz biorąc, wykres ten nazywany jest hipnogramem (wykresem snu).
Gdybym nie umieścił na wykresie pionowych przerywanych linii, moglibyście zaprotestować, że nie widzicie regularnego, 90-minutowego cyklu. A przynajmniej nie takiego, jakiego spodziewaliście się po wcześniejszym opisie. Wynika to z kolejnej osobliwości snu: asymetryczności faz snu. Choć jest prawdą, że w ciągu nocy co 90 minut przeskakujemy między snem NREM i REM, stosunek długości snu NREM do snu REM ulega w kolejnych cyklach zasadniczej zmianie. W pierwszej połowie nocy znaczną część 90-minutowego cyklu zajmuje sen NREM, a tylko niewielką sen REM, co dobrze widać na przykładzie pierwszego cyklu na wykresie. Kiedy jednak wkraczamy w drugą połowę nocy, równowaga ulega odwróceniu i większość czasu zajmuje sen REM, a bardzo niewielką, jeżeli w ogóle, sen NREM. Cykl piąty jest znakomitym przykładem snu zdominowanego przez fazę REM.
Dlaczego Matka Natura
U różnych gatunków występują odmiennej długości cykle NREM–REM, zwykle krótsze niż ludzki. Funkcjonalne znaczenie długości tego cyklu pozostaje zagadką. W chwili obecnej najlepszym prognostykiem długości cyklu NREM–REM jest szerokość pnia mózgu (gatunki o szerszym pniu mózgu mają dłuższe cykle).