Настолько ли важен сон, как нам об этом рассказывают? Могут ли подростки сэкономить на сне без ущерба для учебы и личной жизни? Что именно происходит в нашем мозге, когда мы спим?
Раскрываем все тайны циркадных ритмов, нейронной чистки и сонных веретен, которые так долго хранили мозг и нейронауки. Подключаем мнемо- и лучшие техники самообразования.
Что такое сон? Зачем он нам?
Сон – это периодическое физиологическое состояние животных с центральной нервной системой.
Сон зависит от:
- Внешних регуляторов (свет, уровень шума).
- Внутренних регуляторов (гормон мелатонин, супрахиазматическое ядро в передней области гипоталамуса мозга).
По мере жизни человека физиологическая потребность в часах ежедневного сна снижается – у новорожденного, подростка и старца она разная. В детстве структура сна постепенно видоизменяется до достижения гипнограммы с распределением циклов и фаз, напоминающим таковое у взрослого человека. Например, быстрый сон занимает от почти 50% фаз сна новорожденного до 25% у молодых людей.
Что такое обучение и память?
Обучение можно определить как процесс, посредством которого приобретаются и развиваются навыки, знания, модели поведения и ценности.
Мозг генетически запрограммирован на развитие, но для того, чтобы он его достиг, ему нужна среда, которая адекватно и позитивно его стимулирует [Avances en Psicología, 2017].
Механизмы, с помощью которых опыт изменяет поведение, тесно связаны с обучением.
Память же представляет собой механизм, с помощью которого эти знания кодируются, сохраняются и впоследствии извлекаются. По сути, сон является ключевым фактором в обработке информации и навыков, приобретенных за предыдущий день, и готовит мозг к приобретению новых навыков.
Память и сон тесно связаны. Сколько раз мы слышали выражение: «Утро вечера мудренее», когда нам нужно принять трудное или важное решение? И сколько раз, «переспав с проблемой», мы обнаруживали, что необходимая для принятия решения информация начинает обретать смысл и мы видим яснее то, что накануне было сложно разглядеть?!
Кроме того, мы можем поместить новую и предыдущую информацию в контекст, чтобы более эффективно решить проблему, которая казалась неразрешимой. В этот момент также становится очевидным, что эмоциональные факторы, затруднявшие объективную оценку информации, после «сна в обнимку с проблемой» теряют свою первоначальную эмоциональную интенсивность и оцениваются более объективно.
Современный модный способ «выиграть время», чтобы помедитировать, хорошенько подумать, сопоставить свои знания с опытом и позволить принять более «обдуманное» решение, основан не только на необходимости уделять больше времени на анализ проблемы, но и на современных научных знаниях, которые позволяют нам определить роль, которую состояния сна играют в формировании воспоминаний, определении важности информации и принятии ключевых решений.
Это особенно важно в тех случаях, которые одновременно включают эмоциональный и неэмоциональный компоненты. В подобных ситуациях периоды сна играют фундаментальную роль в устранении «шума» (или ненужной информации) и, таким образом, дарят возможность сопоставить новую информацию с той, которая ранее сложилась в нашем мозгу, и позволяют систематически анализировать полные коллекции ранее сохраненных воспоминаний, чтобы соединить их вместе и таким образом придать им соответствующий смысл согласно полученной новой информации.
Как именно мозг «переваривает» новые данные?
Хотя люди давно поняли, что сон улучшает обучаемость, только в последние 20 лет стало более или менее понятно, как именно это происходит.
Последние исследования показывают, что пока мы спокойно спим, наш мозг очень занят обработкой информации, полученной в течение дня. Свежая информация будет усвоена только после хорошего ночного сна.
Недостаток сна вызывает проблемы с консолидацией памяти. Сегодня известно, что при некоторых клинических состояниях, таких как расстройства аутистического спектра, шизофрения или в приобретенных ситуациях, например, у ночных вахтеров, обнаруживается высокая частота аномальных режимов сна. Сон играет фундаментальную роль в правильном развитии растущего мозга, и во время сна происходят важные процессы, обеспечивающие мозгу его свойство нейропластичности [M.T. Acosta, 2019].
Сложные механизмы, включающие синхронную и скоординированную активацию областей мозга, обеспечивают необходимую основу для реализации механизмов консолидации памяти.
На клеточном уровне циркадные циклы координируют сложные механизмы «включения и выключения» генов и структур, которые индивидуально и коллективно регулируют функции каждой клетки организма и, в свою очередь, каждого органа, каждой физиологической системы, чтобы, наконец, создать идеальный баланс в организме. Отладить психическое, эмоциональное и системное функционирование человека.
Сон влияет на:
- развитие памяти;
- обучаемость;
- настроение;
- формирование аналитического мышления;
- поведение;
- иммунные реакции;
- метаболические процессы;
- уровень гормонов;
- пищеварение и многие другие физиологические функции.
Cегодня мы знаем, что врожденные или вызванные окружающей средой нарушения сна связаны с такими различными состояниями, как эмоциональные расстройства, диабет, сердечно-сосудистые заболевания и многие другие.
Представляем краткий обзор ключевых аспектов, связанных со сном, и их влияние на обучаемость и развитие памяти.
Электрическая активность мозга во время сна
Состояния сна-бодрствования характеризуются специфическими изменениями активности нейронов, электрофизиологическими паттернами и молекулярными событиями, которые происходят на уровне синапсов и ядер нейронов. Эти изменения поддерживают процессы консолидации информации в гиппокампе и коре головного мозга.
Кроме того, взаимодействие гиппокампа и префронтальной коры во время сна способствует долговременному хранению полученной информации для дальнейшего использования.
Электрофизиологически сон подразделяется на два состояния:
- Быстрый сон (сон с быстрым движением глаз).
- Медленный сон.
Медленный сон особенно способствует глобальному синаптическому гомеостазу в неокортикальных сетях, способствуя сокращению или «очистке» избыточных или «бесполезных» связей, которые были усилены во время предыдущего бодрствования.
Кроме того, медленный сон поддерживает зависимую от гиппокампа консолидацию эпизодической памяти за счет увеличения синаптических связей на этом уровне.
В этот период сна важны два типа электрической активности:
- Медленные волны.
- Сонные веретена.
Эти два электрических явления имеют фундаментальное значение для процессов обучения и широко коррелируют с процессами взросления и обучения.
Медленные волны проявляются в виде циклических колебаний с частотой от 0,5 до 4 раз в секунду, регулируя активность нейронов коры головного мозга. Частота снижается по мере того, как увеличивается амплитуда из-за того, что сон становится глубже.
Сонные веретена (или сигма-ритм), которые измеряются с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ) как всплески электрической активности в диапазоне 10-15 Гц, характеризуются своей морфологией, давшей им название, и колебательным характером.
Их появление определяет начало второго состояния медленного сна и представляет собой момент, в котором происходит «отключение» от окружающей среды, модулирующее влияние внешних раздражителей. Сонные веретена очень стабильны ночь за ночью у каждого индивидуума, а их морфология и колебательный паттерн используются в качестве маркеров развития, поскольку изменения в свойствах сонных веретен можно проследить в продольном направлении на протяжении всей жизни индивидуума.
Кроме того, они играют фундаментальную роль в зависимой от сна синаптической пластичности и консолидации памяти.
Сонные веретена возникают в ретикулярном ядре таламуса, структуре мозга, состоящей из нейронов ГАМК, которые проецируются на глутаминергические нейроны таламуса, которые, в свою очередь, проецируются на кору головного мозга. Таким образом, ретикулярное ядро таламуса служит «порталом входа» для всей информации, которая далее распределяется практически по всем частям мозга.
Эти веретена имеют собственный повторяющийся ритм, возникающий примерно каждые 5 секунд, и, в свою очередь, координируют острые волны в гиппокампе, которые коррелируют с генерацией воспоминаний на уровне гиппокампа. Таким образом, эти медленные волны берут на себя роль «дирижеров оркестра», координирующих ритм и колебания между сонными веретенами и острыми волнами гиппокампа.
Сложный процесс синергии между этими колебаниями определяет не только активацию памяти, но и связи между нейронами, которые позволяют усиливать и потенцировать хранилища информации.
Активация нейрональных связей между гиппокампом и корой головного мозга способствует процессам консолидации памяти. Эти явления осуществляются путем интеграции вновь полученной информации с информацией, ранее консолидированной или отложенной в нейронных механизмах. Чтобы сделать эту информацию более эффективной, осуществляется процесс выборочного отбора и интеграции.
Со своей стороны, быстрый сон, предположительно, играет фундаментальную роль в нормальном развитии.
Во время быстрого сна особенно активируются миндалевидное тело и лимбическая система. Это заставляет ученых предположить, что эта стадия сна особенно связана с эмоциональными воспоминаниями.
Примечательно, что в период быстрого сна ученые не фиксируют наличие моноаммониевых нейротрансмиттеров, таких как:
- гистамин;
- серотонин;
- норадреналин.
Метаболические потребности мозга во время быстрого сна эквивалентны или превышают потребности мозга во время бодрствования. Для сравнения, в медленном сне они где-то на 40% меньше.
Быстрый сон считается привилегированным периодом для феномена пластичности мозга и фундаментальным в синаптической конфигурации развивающегося мозга.
Циркадные циклы и сон
Цикл сна и бодрствования, вероятно, является наиболее заметным из циркадных ритмов человека. Эти ритмы присутствуют практически во всех физиологических процессах и функциях человека и генерируются циркадным водителем ритма, расположенным в супрахиазматическом ядре переднего гипоталамуса.
Циркадная система состоит из трех компонентов:
- Циркадного осциллятора с ритмом примерно 24 часа.
- Входных путей или афферентов для света и других стимулов, которые синхронизируют систему с циклом освещения/темноты окружающей среды.
- Ритма выхода.
У людей свет является наиболее эффективным синхронизирующим агентом. Световая информация достигает циркадной системы преимущественно напрямую через ретиногипоталамический тракт. Первичные фоторецепторы расположены в ганглиозных клетках сетчатки. Свет, внешнее введение мелатонина и физические упражнения вызывают изменения в этих циклах.
Циклы сна-бодрствования регулируются сложным взаимодействием эндогенных циркадных ритмов и гомеостатических процессов, а также факторов окружающей среды. Этот эндогенный циркадный ритм, управляемый «биологическими часами», поддерживающими бодрость, особенно рано утром, способствует закреплению ночного сна.
Гомеостатические процессы зависят от накопления предыдущего сна, который, в свою очередь, зависит от предыдущего состояния бодрствования. Дополнительные модели поведения, такие как питание, также важны для регулирования этих состояний сна и бодрствования.
Циркадные ритмы важны не только во сне. Они также важны для:
- гормональной регуляции;
- питания и функционирования пищеварительной системы;
- активности мозга;
- регенерации клеток и других функций.
Секреция мелатонина низкая в течение дня и увеличивается ночью. Каждая клетка в организме имеет свои «собственные циркадные часы».
Важно помнить, что аспекты, изменяющие циркадные ритмы, влияют на процессы развития памяти и обучаемость.
Память и сон: подводим итоги
Во время сна наш мозг осуществляет ряд фундаментальных процессов по закреплению информации, полученной за день. Фактически было доказано, что недостаток или плохое качество сна могут негативно повлиять на нашу способность учиться и запоминать.
Если подвести краткие итоги, то вот какую работу должен выполнять здоровый мозг за период сна:
- Консолидация памяти. Во время фазы сна, известной как медленный сон, происходит реактивация нейронных сетей. Она способствует укреплению синаптических связей, образовавшихся во время бодрствования, что способствует долговременному удержанию информации. Во время быстрого сна происходит более специфический процесс консолидации, направленный на запоминание эмоциональных и творческих аспектов информации. Вместе эти фазы сна работают синергически, оптимизируя хранение и вспоминание того, что было изучено. В течение дня наш мозг получает большое количество стимулов и данных, которые необходимо упорядоченно обрабатывать и хранить. Нейронная чистка позволяет отбросить ненужную информацию и укрепить связи, важные для обучения. Эта функция обработки во время сна имеет решающее значение для предотвращения когнитивного насыщения и позволяет нашему мозгу более эффективно усваивать и сохранять новые знания. Таким образом, сон действует, как фильтр, который отбирает и систематизирует информацию, способствуя ее интеграции в существующую сеть знаний.
- Очищение от токсинов. Сон активирует лимфатическую систему – очистительную систему мозга, которая функционирует аналогично лимфатической системе остального тела. Эта система устраняет токсичные белки и метаболиты, накопленные во время бодрствования, включая бета-амилоид, связанный с болезнью Альцгеймера.
- Регенерация клеток. Во время сна происходят процессы восстановления клеток и синтеза белка, что способствует физическому и когнитивному восстановлению.
- Эмоциональная регуляция. Быстрый сон участвует в регуляции эмоций. Он помогает обрабатывать эмоциональные переживания, что способствует лучшему эмоциональному регулированию и психологической устойчивости.
Преимущества полноценного сна таковы:
- Повышенная концентрация. Недостаток сна негативно влияет на внимание, развитие памяти и способность концентрироваться. Хорошо отдохнувшие люди демонстрируют большую способность концентрироваться на задачах в течение более длительных периодов времени, что имеет решающее значение для обучения и решения проблем. Достаточный сон также помогает поддерживать оптимальную концентрацию внимания, что облегчает обработку новой информации и принятие решений.
- Повышенная креативность. Отдых играет решающую роль в творчестве, позволяя мозгу устанавливать необычные связи между далекими идеями – процесс, необходимый для творческого мышления. Во время сна, особенно быстрого сна, мозг может исследовать идеи без ограничений сознательной логики, способствуя инновациям и творчеству.
- Улучшение памяти. Опыт и знания, полученные в течение дня, обрабатываются, систематизируются и сохраняются более эффективно. Достаточный отдых позволяет этому процессу происходить без перерывов, что приводит к лучшему долгосрочному сохранению информации и удалению ненужной информации [Súper Neurona, 2024].
Напротив, если человек не спит достаточное количество времени или его сон плохого качества, могут наблюдаться различные негативные последствия для когнитивных способностей, успеваемости и обучаемости человека:
- Трудности с концентрацией и вниманием. Недостаток сна влияет на способность концентрироваться и обращать внимание, затрудняя эффективную обработку информации. Это может привести к снижению обучаемости и способности осваивать новые навыки.
- Проблемы с памятью и запоминанием. Развитие памяти нарушается, когда человек не высыпается, что затрудняет сохранение долгосрочного обучения. Это проявляется в трудностях с запоминанием ключевой информации и применением полученных знаний в практических ситуациях.
- Снижение способности решать проблемы. Сон играет решающую роль в консолидации когнитивных процессов, связанных с решением проблем и принятием решений. Когда человек лишен сна, его способность мыслить стратегически и находить эффективные решения снижается.
- Резкие изменения настроения и мотивации. Недостаток сна может вызвать дисбаланс нейротрансмиттеров, отвечающих за настроение и мотивацию, что приведет к снижению мотивации к обучению и повышению уровня стресса и тревоги.
- Развитие рискованного поведения. Недостаток сна может повлиять на развитие лобной доли, части мозга, которая имеет решающее значение для контроля импульсивного поведения. Неудивительно, что многочисленные исследования показали, что подростки, которые не высыпаются, с большей вероятностью будут заниматься рискованными вещами, такими как вождение в нетрезвом виде, отправка текстовых сообщений во время вождения, езда на велосипеде без шлема или игнорирование ремня безопасности. Употребление наркотиков и алкоголя, курение, рискованное сексуальное поведение, драки и ношение оружия также чаще встречаются у подростков, которые слишком мало спят. Поведенческие проблемы могут иметь широкомасштабные последствия для жизни подростка, подвергая его безопасность риску, вредя его успеваемости, а иногда и разрушая его отношения с семьей и друзьями [Sleep Foundation, 2023].
Симптомы нехватки сна таковы:
- Трудности с пробуждением по утрам.
- Раздражительность во второй половине дня.
- Засыпание в течение дня.
- Нетерпеливость.
- Чрезмерный сон в выходные.
- Проблемы с запоминанием или концентрацией внимания.
- Частые пробуждения и трудности с повторным засыпанием [Verywell Health, 2022].
- Постоянные прыщи.
Узнать, как легко просыпаться по утрам, перестать забывать важное, где найти натуральные источники радости и счастья, можно на нашей онлайн-программе «Мозг и нейронауки».
Мировая статистика качества сна у студентов
Чтобы понять масштабы проблемы и глобальную значимость сна для обучаемости, в разных странах были проведены различные исследования. Вот некоторые примечательные статистические данные:
- По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), примерно 40% подростков во всем мире не спят достаточно, т.е. менее 8-9 часов в сутки, что рекомендовано для их возрастной группы.
- В исследовании, проведенном в ряде европейских стран, было установлено, что примерно 73% старшеклассников не достигают рекомендуемой продолжительности сна.
- В США, по данным Американской академии педиатрии, только 15% подростков спят рекомендованные 8,5–9,5 часов в сутки [Verywell Health, 2022]. Меньше всех спят старшеклассники, а также выходцы из Африки и Азии, мулаты и метисы.
- В Азии исследование, проведенное в Южной Корее, показало, что почти 68% старшеклассников спят менее 6 часов в сутки из-за учебной нагрузки и социального давления [Udeki, 2023].
- Сокращение продолжительности сна связано с 7 из 15 основных причин смерти в США [V. K. Chattu, 2019].
В США также признали очевидную для многих истину, что подростки часто имеют естественную склонность ложиться спать поздно из-за меняющихся биологических часов [Sleep Foundation, 2023].
Если лично вы или ваш ребенок не высыпаетесь, потому что нужно многое выучить, не пора ли подойти к проблеме с другой стороны? Не заливать ее собственным временем, а освоить специальные техники, которые позволят учиться быстрее и эффективнее. Это полезно и на удаленке, и в домашнем обучении. Приходите на нашу онлайн-программу «Самообразование: лучшие техники».
Стратегии улучшения обучения во сне
Учитывая фундаментальную роль, которую сон играет для обучаемости, важно выработать привычки и подходы, которые способствуют качественному и достаточному количеству сна.
Ключевые рекомендации по улучшению обучения во сне включают в себя:
- Поддержание режима сна. Необходимо ложиться спать и вставать примерно в одно и то же время. Это помогает регулировать циркадный ритм и улучшать качество сна. Важно соблюдать этот распорядок дня даже в выходные дни, чтобы сохранить последовательность и обеспечить здоровый, восстанавливающий отдых.
- Создание среды, благоприятной для сна. Тихая, темная обстановка, свободная от тревожных раздражителей, способствует засыпанию и качественному отдыху. Поддержание комфортной температуры и использование таких предметов, как плотные шторы, маска или беруши, могут помочь улучшить качество сна.
- Никаких стимуляторов перед сном. Некоторые вещества, такие как кофеин, алкоголь и никотин, могут ухудшать качество сна и затруднять засыпание. Рекомендуется избегать их употребления по крайней мере за несколько часов до сна, чтобы сон был спокойным.
- Практика методов релаксации перед сном. Выполнение расслабляющих действий перед сном, таких как медитация, глубокое дыхание, легкая растяжка или небольшая прогулка по парку возле дома, может помочь уменьшить стресс и улучшить сон. Эти методы способствуют физическому и психическому расслаблению, подготавливая тело и разум к правильному отдыху.
- Соблюдение правил гигиены сна. Установление перед сном ритуалов, которые подготавливают организм к отдыху. Сюда входят такие действия, как принятие теплой ванны, чтение расслабляющей книги, почесывание пуза кота или прослушивание тихой музыки, которые помогают сигнализировать организму, что пора спать. Если вы еще помните почти забытый ритуал из детства, который отлично способствовал засыпанию, но во взрослом состоянии вам уже стыдно к нему возвращаться, не пора ли отправить стыд долой?
Для многих родителей и опекунов первым шагом является расспрос детей-подростков об их сне. Поощряйте подростков посещать врача, одновременно работая с ними над постепенным улучшением гигиены сна. Некоторые исследования показали, что подростки, чьи родители устанавливают четкое время отхода ко сну, спят больше и испытывают меньше дневной сонливости.
Еще один путь для воспитателей – выступать за более позднее начало занятий в школе в местном школьном округе. Это приносит повышение посещаемости, улучшение успеваемости и уменьшение количества автомобильных аварий с участием учеников.
Родители и воспитатели также могут работать со своими подростками, чтобы избегать перегрузки и сбалансировать обязательства, которые могут вызывать стресс, с сохранением достаточного времени для сна [Sleep Foundation, 2023].
Еще один очень эффективный способ повысить обучаемость собственного ребенка: записать его на нашу онлайн-программу «Мнемотехники: развитие памяти».
Заключение
Время, которое мы проводим во сне, превратилось из «пустой траты времени», как когда-то считалось, в научно доказанный фундаментальный период для гомеостаза и хорошего физиологического функционирования каждого человека. Это необходимое состояние для тех, кто любит жизнь и собирается наслаждаться ею как можно дольше.
Для глубокого умственного, физического, социального и эмоционального развития необходим качественный сон.
На когнитивном уровне процессы обучения и памяти консолидируются и эмоционально декантируются после ночного сна. Сегодня многочисленные исследования сосредоточены на выявлении ранних моделей спектрального анализа сна в качестве биомаркеров для выявления проблем развития. Предпринимаются дополнительные усилия в поисках возможных методов лечения, которые позволят нормализовать эти измененные явления в характере сна у таких субъектов.
Будущее сосредоточено на улучшении условий сна как важной части улучшения качества жизни людей в целом.
Ну а пока все в ваших руках. Берегите себя и получше высыпайтесь.
Желаем удачи и просим поучаствовать в нашем опросе:
