Что животные могут рассказать нам о сне

Сон — фундаментальная часть нашей жизни, однако его цель и эволюционная история до сих пор изучены слабо.

Чтобы по-настоящему понять сон, нужно выйти за рамки поведения и лабораторных условий. В статье, опубликованной в Trends in Ecology & Evolution, мы с коллегами утверждаем, что исследованиям сна нужны новые подходы.

А именно — интеграция двух научных областей: нейронауки (изучение нервной системы, включая мозг) и экологии (изучение организмов в их среде обитания).

Животные и сон

Сон — это, по сути, состояние центральной нервной системы. У него три основные характеристики: сниженная реактивность, изменения в активности мозга и гомеостатическая регуляция (потерянный сон компенсируется более долгим и глубоким сном).

Насколько известно учёным, спят все животные, но не обязательно так, как люди.

У человека сон — легко узнаваемое поведение: мы обычно ложимся, закрываем глаза и почти не двигаемся часами.

Но распознать сон у других животных бывает сложнее. Некоторые, как ленивцы, часто неподвижны и в бодрствовании, чтобы не быть замеченными хищниками. Другие, как коровы, могут стоять и жевать жвачку во сне. Некоторые птицы имеют сотни коротких «микроснов» в течение суток.

Дельфины же могут «спать» одной половиной мозга, пока плавают.

Различия в том, как спят животные, могут дать важные ключи к функции сна. Если половина мозга дельфина может спать во время плавания, значит, сон служит какой-то цели для мозга, а не для тела.

Млекопитающие, находящиеся ниже в пищевой цепи, также обычно проводят меньше времени в более глубокой фазе быстрого движения глаз (REM-сне), что говорит о влиянии риска хищничества на эволюцию сна. Такие открытия были крайне важны для понимания сна.

К сожалению, у многих исследований сна есть серьёзное ограничение: животные изучались в неволе.

Технологии в исследованиях сна

Если поведение во сне так изменчиво и ненадёжно, как определить, спит ли животное?

Лучший метод — регистрация активности мозга. У млекопитающих и птиц (а возможно, и у ящериц, согласно недавнему исследованию) есть два типа сна: REM-сон и non-REM-сон. Их можно отличить друг от друга и от бодрствования, измеряя активность мозга и мышечный тонус («нейрофизиология сна»).

Однако до недавнего времени учёные могли регистрировать нейрофизиологию сна только у животных в неволе. Это было критическим ограничением, поскольку локальная среда обитания может сильно влиять на сон.

Даже социальная среда влияет на сон. Когда утки спят в ряд, крайние утки проводят больше времени, спя с одним открытым глазом, и направляют его от группы. Это поведение помогает быстрее обнаруживать угрозы и спасаться.

Исследователи недавно обнаружили похожий феномен у людей: в незнакомой обстановке люди спят менее глубоко в одной половине мозга, что позволяет быстрее реагировать на сигналы среды.

Чтобы лучше понять сон, нужно регистрировать его нейрофизиологию в естественной среде. К счастью, благодаря прогрессу в нейронаучных технологиях это стало возможным.

Исследования сна в дикой природе

Первое исследование нейрофизиологии сна у дикого животного было проведено на трёхпалом ленивце. В неволе эти ленивцы спят 16 часов в сутки. Однако учёные обнаружили, что в дикой природе они спят гораздо меньше — около 9,5 часов.

Другие исследования сна у диких животных оказались не менее интригующими. Самцы песчанок могут становиться почти бессонными, конкурируя за самок в условиях арктического лета. Самцы, которые спят меньше всего (менее двух часов в сутки, по-видимому, несколько недель подряд), также имеют наибольший репродуктивный успех. Эти наблюдения полностью противоречат идее о том, что сон необходим для дневной активности.

Тем не менее, исследования сна сегодня обычно делятся на две категории. Нейробиологи изучают сон у людей и лабораторных животных. Немногие экологи, изучающие сон, обычно исследуют только поведение. Оба подхода упускают богатую сложность и вариативность в составе и продолжительности сна в животном мире.

Нам нужна экологическая физиология сна (sleep ecophysiology): изучение нейрофизиологии сна у широкого круга видов в их естественной среде обитания.