Почему мы спим: наука нашла первое прямое доказательство

Сотни лет учёные ломали над этим голову. Зачем мы тратим треть жизни на лежание с закрытыми глазами? Это ведь невероятно расточительно с точки зрения эволюции! Но спросите у Гугла «почему мы спим», и вы утонете в море противоречивых гипотез.

Одни твердят про детоксикацию мозга, другие — про восстановление энергии для тела. Третьи уверены, что главная роль сна — упаковать наши воспоминания на долгое хранение. Кому верить?

И вот прорыв. Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, кажется, нашли первое прямое доказательство, которое сводит разрозненные теории в единую, элегантную картину.

Мозг — это не жесткий диск, а самонастраивающийся компьютер

«Мозг — это биокомпьютер, — объясняет ведущий автор работы Кит Хенген. — Пока мы бодрствуем, память и опыт по чуть-чуть меняют его «прошивку», сдвигая систему с идеальных настроек. А главная задача сна — вернуть всё назад, к вычислительному оптимуму».

Сравнение с компьютером здесь не просто метафора. Оба работают на электричестве, оба хранят данные (вспомним аналог жёсткого диска), а наши нейроны — те же логические схемы. Когда вы часами не выключаете ноутбук, в нём копятся фоновые процессы, он начинает глючить и тормозить. Что вы делаете? Правильно, перезагружаете. Удивительно, но наш мозг, похоже, поступает так же, и ключ к этому — «гипотеза критичности».

Звучит сложно? На деле это гениально просто. Физики придумали это в конце 80-х, играя в песочницу на виртуальной шахматной доске. Они сыпали песчинки, пока те не начинали образовывать лавины — большие и маленькие, непредсказуемые. Вся система самоорганизовывалась на грани между полным порядком и абсолютным хаосом. Именно в этой хрупкой точке «между» и рождается максимальная сложность.

Перенесём это на мозг. Каждый нейрон — та самая песчинка. Нейронные лавины — это каскады сигналов. Когда они достигают идеального баланса между слишком жёстким порядком и слишком вольным хаосом, мозг достигает состояния критичности. И это момент его пиковой производительности!

Учёные решили проверить: какую роль во всей этой красоте играет сон? Они подключились к нейронам зрительной коры молодых крыс и стали следить за их естественными циклами сна и бодрствования.

«Вы можете отслеживать эти мини-лавины активности в нейронной сети, — говорит Хенген. — В состоянии критичности возникают каскады любого масштаба. А если система «съезжает» с этой точки, лавины становятся или только мелкими, или только гигантскими».

И что же увидели? Крысы, только что очнувшиеся от сна, демонстрировали полный спектр нейронных лавин — от мала до велика. Но чем дольше зверёк бодрствовал, тем мельче становились каскады. Уловили закономерность? По этому смещению можно было даже предсказать, когда крыса заснёт! Сон наступал, когда размеры лавин падали до критической отметки.

Вывод исследователей звучит как откровение: «Каждый момент бодрствования отдаляет мозговые цепи от идеального критического состояния. А сон — это системный ребут, который всё возвращает на круги своя».

Данные убедительно показывают: сон существует именно для того, чтобы восстанавливать эту самую хрупкую критичность, которая постепенно угасает, пока мы активны. Не для отдыха, не для «уборки» — а для тончайшей настройки самого сложного компьютера на планете. Задумайтесь, насколько это элегантное объяснение.