Зачем мы спим?

Вопрос

Около трети жизни мы проводим во сне. Часами не едим, не заботимся о потомстве и почти не замечаем опасности. Для дикого животного это огромный риск, и всё же эволюция от сна не избавилась. Рыбы, плодовые мушки, черви и даже медузы, у которых вообще нет мозга, проходят через похожие на сон состояния.

Что-то настолько дорогое и настолько всеобщее должно делать что-то необходимое. Вопрос в том, что именно. Мы очень хорошо знаем, что происходит, когда мы не спим, и гораздо меньше — что делает сам сон.

Что известно

Сон регулируется как голод: чем дольше мы бодрствуем, тем сильнее давление сна, а после лишения сна мы спим дольше и глубже. Отдельные внутренние часы задают, в какое время суток это происходит.
Полное лишение сна смертельно. Крысы, которых не давали спать в классических опытах 1980-х, погибали за две-три недели. У плодовых мушек гибель после лишения сна связали с накоплением вредных окисляющих молекул в кишечнике, и антиоксиданты её предотвращали. Это неожиданный признак того, что сон важен для всего тела, а не только для мозга.
Сон помогает памяти. После сна люди лучше помнят выученное, чем после того же времени бодрствования, а в глубоком сне мозг, по-видимому, заново проигрывает недавно усвоенные паттерны.
Некоторые животные нашли способы обойти полноценный сон, но не отказаться от него: дельфины и некоторые птицы спят по очереди то одним, то другим полушарием.
Даже у медуз с рассеянной нервной сетью и без мозга есть похожее на сон состояние с «отдачей» после лишения. Сон, судя по всему, так же стар, как нервная система.

Основные гипотезы

Перезагрузка синапсов

Во время бодрствования обучение усиливает связи между нейронами. Это требует энергии и места и не может продолжаться бесконечно. Согласно гипотезе синаптического гомеостаза, во сне связи ослабляются: важные сохраняются, а шум затухает.

Закрепление памяти

В глубоком сне мозг, возможно, переносит свежие воспоминания из гиппокампа в кору для долговременного хранения. Это согласуется с данными о роли сна для памяти, но не объясняет, зачем спят животные с очень простой нервной системой.

Очистка мозга

В 2013 году исследование на мышах показало, что во сне пространство между клетками мозга расширяется и жидкость вымывает продукты обмена, в том числе белки, связанные с болезнью Альцгеймера. Идея стала очень популярной, но в 2024 году другое исследование на мышах получило обратный результат: очистка во сне и под наркозом замедлялась. Спор пока не решён.

Полезное бездействие

Может быть, сон в первую очередь не ремонт, а способ оставаться неподвижным, когда активность бесполезна или опасна, и экономить энергию. Функции ремонта и памяти тогда добавились позже, заняв уже «свободное» время.

Где заканчивается понимание

У сна много функций, но нет главной. Каждая гипотеза объясняет часть данных, и ни одна не объясняет, почему сон почти у всех животных требует отключения восприятия внешнего мира. Многие из этих задач — очистку, экономию энергии, укрепление памяти — в принципе можно было бы выполнять в бодрствовании, как это постоянно делают другие органы.

Мы также не знаем, что именно накапливается во время бодрствования и устраняется во сне. Что-то создаёт давление сна, и молекула аденозин в этом участвует, но сам «долг», который сон погашает, не найден.

Наконец, неясно, является ли сон чем-то одним. Глубокий сон млекопитающих, их быстрый сон со снами и покой медузы или червя могут называться одинаково, но служить разным целям. Возможно, сон возник ради одной функции, а потом собрал вокруг себя другие.

Что могло бы дать ответ

Найти физический «долг», который накапливается в бодрствовании и погашается во сне, и показать, что его устранение без сна снимает потребность спать.
Сравнить сон у множества видов, от медуз до людей, и найти то, что общее для всех.
Здоровое животное, которое не спит, созданное отключением цепей сна, — или доказательство, что такое животное невозможно.