Вопросы эволюции цикла бодрствование-сон. Часть 1: нейрофизиологические аспекты Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 612.82/83: 591.821.7: 612.814:576.12 © 2011: Г.А. Оганесян Е А АРистакесян И.В романова,

С.И. Ватаев, В.В. Кузик, Д.К. Камбарова; ФНИ «XXI век»

ВОПРОСЫ ЭВОЛЮЦИИ ЦИКЛА БОДРСТВОВАНИЕ-СОН. чАСТЬ 1:

нейрофизиологические аспекты

Г.А. Оганесян, Е.А. Аристакесян, И.В. Романова, С.И. Ватаев, В.В. Кузик, Д.К. Камбарова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН,

Санкт-Петербург, Россия

Эл. почта: aristak@hotbox.ru Статья получена редакцией 02.06.2011, принята к печати 21.11.2011

В обзоре приводятся данные о поведенческих, соматовегетативных и нейрофизиологических параметрах сна у различных представителей беспозвоночных и позвоночных. Рассматриваются существующие в настоящее время гипотезы об эволюционном становлении отдельных фаз и стадий сна у позвоночных, особенности количественных характеристик сна и бодрствования у различных млекопитающих, корреляция этих показателей с такими фундаментальными параметрами организма как основной обмен, размеры тела и мозга животного, образ его жизни и экологические особенности. На основе оригинальных экспериментальных данных подробно рассмотрены особенности становления нейрофизиологических параметров сна и бодрствования в филогенезе позвоночных и в онтогенезе зрело- и незрелорождающихся млекопитающих и зависимость эволюционного развития сна и бодрствования от сложившихся уровней интеграции центральной нервной системы. С этой позиции обсуждены функциональные взаимодействия телэнцефальных, диэнцефальных и стволовых отделов головного мозга в цикле бодрствование-сон млекопитающих и амфибий.

Ключевые слова: цикл бодрствование-сон, эволюция, телэнцефальные и диэнцефальные отделы центральной нервной системы.

evolutionary aspects of the sleep-wakefulness cycle

part 1: NEuROpHYSIOLOGICAL MATTERS

G.A. Oganesyan, Ye.A. Aristakesyan, I.V. Romanova, S.I. Vataev, V.V. Kuzik, D.K. Kambarova

I.M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Saint-Petersburg, Russia

E-mail: aristak@hotbox.ru

The review covers data about behavioral, somatic-vegetative, and neurophysiological parameters of sleep indifferent animals representative of vertebrates and invertebrates and addresses current hypotheses on the evolutionary development of different phases and stages of sleep in vertebrates with special emphasis on the qualitative characteristics of sleep and wakefulness and their correlations with body and brain size, basic metabolic rate, lifestyle and environmental habits in mammals. Original data related to the phylogenetic and ontogenetic development of the neurophysiological parameters of sleep and wakefulness in amphibia and precocial and altricial mammals as they depend on different levels of integration of the central nervous system are reviewed with emphasis on interactions between the telencephalic, diencephalic and stem segments of the brain.

Keywords: sleep-wakefulness cycle, evolution, telencephalon, diencephalon, central nervous system.

Введение ем потенциальных возможностей мозга, в том числе

Известно, что те или иные нарушения цикла бодрс- старых или более древних механизмов и аппаратов.

твование-сон (ЦБС) являются первыми доклиничес- Таким образом, синдромы болезней нервной систе-

кими признаками патологии центральной нервной мы могут быть объяснены и поняты с позиций эволю-

системы [11]. Связано это с тем, что клеточные и мо- ционного учения. С другой стороны, клинические

лекулярные механизмы регуляции цикла бодрс- материалы могут быть источником аргументации

твование-сон лежат и в основе регуляции мозгом и концепций, касающихся организации ЦНС и ее

функций организма в целом. Согласно воззрени- эволюции. При дисфункциях центральной нервной

ям Дж. Джексона [60] и отечественных неврологов системы, например при выпадении функций вследс-

М. И. Аствацатурова [6], М. Б. Кроля [25] формиро- твие поражения мозга, развиваются процессы обрат-

вание болезненных процессов вследствие пораже- ного развития, или «диссолюция» по терминологии

ния мозга может быть понято с учетом того, какие Дж. Джексона - распад эволюционно сложившейся

механизмы формируются в разные периоды фило- иерархии систем интеграции, в связи с чем начинают

и онтогенеза. В условиях развития хронического проявляться признаки более «древних» форм фун-

патологического процесса, вследствие нарушения кционирования. Такого рода временная функцио-

общемозгового или регионального тормозного кон- нальная диссолюция может происходить и в норме,

троля, организация функций идет с использовани- при переходе от бодрствования ко сну [12].

В основе эволюционного подхода к пониманию функций и патологии ЦНС лежат представления Л. А. Орбели [35, 36] о том, что исторически рано созревающие системы интеграции ЦНС в процессе эволюции не исчезают, а оказываются завуалированными и подчиненными более молодым, поздно созревающим системам регуляции, и при некоторых формах патологии или дисфункциях центральной нервной системы имеет место «диссолюция» (распад) эволю-ционно сложившейся иерархии систем интеграции, в связи с чем начинают проявляться признаки более «древних» форм функционирования. Ясно, что для решения вопросов эволюции цикла бодрствование-сон и механизмов его регуляции необходимо использовать сформулированные Л. А. Орбели методы изучения эволюционной физиологии: 1) сравнительно-физиологический или филогенетический; 2) онтогенетический; 3) методы экспериментальных воздействий, которые позволяют искусственно нарушить сложившуюся иерархию той или иной функции и вычленить эволюционно более древние ее проявления; 4) изучение и анализ клинической патологии. При изучении сна одной из важнейших методик экспериментальных воздействий можно считать метод депривации сна, его отдельных фаз и стадий, что дает возможность оценить функциональное назначение сна и сноподобных состояний как у животных, стоящих на разных ступенях эволюционного развития, так и в разные периоды раннего онтогенеза [3, 39, 46, 53, 54, 90, 91].

Значительный вклад в подтверждение принципов эволюционной физиологии применительно к физиологии цикла бодрствование-сон внесла основоположник отечественной эволюционной сомнологии И. Г. Карманова. В своих исследованиях сна она использовала сформулированные Л. А. Орбели методы исследования, используемые эволюционной физиологией [4, 5, 16-23, 28, 29, 40]. Сравнительно-физиологический подход при изучении сна у представителей разных классов позвоночных с использованием одних и тех же методических приемов и инструментальных подходов позволил ей высказать гипотезу об эволюционном развитии сна в подтипе позвоночных. Эти исследования базировались на анализе наиболее общих для всего подтипа позвоночных поведенческих, соматовегетативных и электроэнцефалографических показателей.

Эволюционные аспекты изучения цикла бодрствование-сон

Основные физиологические критерии, используемые для определения сна и бодрствования у живо тных и человека.

Поведенческие и соматовегетативные признаки, характеризующие бодрствование и сон, по праву считаются одними из наиболее общих и древних показателей, характеризующих функциональное состояние животного на всех уровнях его развития. К числу поведенческих признаков можно отнести наличие и отсутствие двигательной активности, позу животного, состояние глазной щели, изменения порогов поведенческой реакции на внешние раздражения. К числу соматовегетативных показателей следует отнести состояние тонуса скелетных мышц, колебания частоты

и регулярности ритма дыхания и сердечных сокращений, изменения температуры тела и мозга и ряд других реакций, которые имеют определенную суточную ритмическую организацию и характеризуют функциональное состояние животного. Все перечисленные показатели, как правило, регистрируются на электро-полиграммах, включающих электромиограмму, элек-троокулограмму, кардиограмму и др.

Вместе с тем, не вызывает сомнений тот факт, что все изменения соматовегетативных показателей во время сна и бодрствования обеспечиваются в основном динамичными сдвигами в активности ЦНС. Развитие ЦНС в подтипе позвоночных становится определяющим фактором для развития сна, а именно, развитие биоэлектрической активности мозга в восходящем ряду позвоночных отражает развитие фаз и стадий цикла бодрствование-сон. В настоящей работе суммарную электрографическую активность того или иного отдела ЦНС у представителей пойкилотермных мы называем электрограммой (ЭГ) соответствующего отдела ЦНС, тогда как суммарную биоэлектрическую активность мозга млекопитающих и человека - электроэнцефалограммой (ЭЭГ).

Феноменология цикла активность-покой насекомых.

Насекомые длительное время были «терра инког-нита» для сомнологов. Впервые данные о феноменологии и временных параметрах цикла активность-покой у насекомых опубликовали Кэмпбелл и Тоблер [50, 105]. В настоящее время этот аспект исследований переживает настоящий бум. Появление новых технических возможностей и методик регистрации суточного цикла поведения насекомых позволило подтвердить наличие у них состояний покоя и активности, которые имеют четко выраженную суточную периодику [79, 84, 105]. У этих животных удалось выделить ряд нейроме-диаторов (дофамин, серотонин и орексин), которые участвуют в регуляции суточного цикла поведения так же, как это происходит у позвоночных [61, 68, 72, 81]. Для того чтобы оценить регуляторное значение того или иного нейромедиатора, в исследованиях широко использовались нокаутные насекомые-мутанты, у которых отсутствовал какой-либо из нейромедиаторов. При этом на фоне отсутствия какого-либо из вышеперечисленных нейромедиаторов у нокаутных насекомых [66] обнаруживались такие же изменения временных параметров покоя и активности, какие имеют место у соответствующих нокаутных млекопитающих. Кроме этого, показано, что депривация покоя у дрозофил, пчел, тараканов и других насекомых вызывает хорошо выраженную реакцию «отдачи сна» [72, 81, 84].

Для оценки нейрофизиологических характеристик покоя и активности у дрозофил была осуществлена также регистрация электрической активности структур «мозга» насекомого. Так, анализ электрической активности протоцеребрума дрозофилы показал, что при переходе насекомого в состояние покоя имеет место отчетливое снижение числа остроконечных, быстрых спайкоподобных колебаний, которые обычно регистрировались у этих животных в состоянии бодрствования (активности). В состоянии покоя заметно повышались пороги поведенческой реакции на внешние раздражения [72, 81]. На фоне же пролонгированного покоя (более 5 мин) происходило снижение суммарной мощности электрограммы (ЭГ) протоцеребрума.

Заметим, что на приведенных авторами графиках спектров мощности ЭГ протоцеребрума показано, что в периоды «покоя» мощность дельта-колебаний умеренно доминирует над более высокочастотными составляющими ЭГ, тогда как в периоды активности мощность высокочастотных волн (свыше 10 Гц) вдвое превосходит мощность медленных дельта-волн. Авторы указывают, что все электрографические показатели активности мозга дрозофилы можно сравнить с параметрами нейрональной активности стволовых областей млекопитающих и рептилий во время их сна. И эти факты перекликаются с данными о характере изменений цикла бодрствование-протосон рыб и амфибий [4, 5, 16-18, 23], которые будут изложены ниже.

Феноменология разных форм пассивно-оборонительного поведения пойкилотермных позв оно чных.

Сравнительно-физиологические исследования сна и бодрствования в нашей лаборатории проводились у самых разных представителей позвоночных: рыбы (карликовый сомик, кефаль, морской налим, хвосто-кол, скорпена), амфибии (травяная и озерная лягушки, жаба), рептилии (болотная и степная черепахи, варан, безногая ящерица желтопузик), птицы (куры породы леггорн, серые и полярные совы) и млекопитающие (крыса, морская свинка, европейский еж) [4, 5, 16-23].

Анализ поведенческих, соматовегетативных и нейрофизиологических показателей суточного поведения перечисленных животных позволил показать, что в суточном цикле поведения холоднокровных позвоночных существуют бодрствование (или активность) и различные формы пассивно-оборонительного поведения. Последние можно рассматривать в качестве функциональных гомологов сна

теплокровных, а также других пассивно-оборонительных форм поведения млекопитающих, таких как спячка, стресс-реакция (главным образом начальный, нервный компонент этой реакции) [2-5, 16-23, 29]. В связи с этим И. Г. Карманова предложила оригинальную классификацию форм сна у пойкилотермных и гомойотермных позвоночных: первый этап - прото-сон, или первичный сон рыб и амфибий, второй этап -промежуточный сон рептилий и третий этап - мед-ленноволновый сон птиц и млекопитающих (рис. 1). Ниже дается краткая характеристика вышеперечисленных форм сна позвоночных. В суточной периодике поведения рыб и амфибий наблюдаются состояние бодрствования и три формы покоя, когда животные неподвижны и практически не реагируют на внешние раздражители. При этом у рыб в состоянии бодрствования частота сердечных сокращений составляет 42-84 ударов в минуту, у лягушек - 34-40 уд/мин. В состоянии покоя ритм сердечных сокращений урежа-ется, становится асимметричным и составляет у рыб 8-15 уд/мин, а у лягушек 8-13 уд/мин. Для каждой из трех форм покоя характерен свой тип мышечного тонуса, и по его характеру выделены три типа обездвиженности: 1) дневная форма обездвиженности - покой типа каталепсии, или покой-1 (П-1), для которого характерен пластический тонус скелетных мышц; 2) сумеречная форма обездвиженности - покой типа кататонии, или покой-2 (П-2), протекающий с ригидным, кататоническим тонусом; 3) ночная форма обездвиженности - покой типа катаплексии, или покой-3 (П-3), для которого характерен сниженный мышечный тонус или его полное отсутствие. Эти три типа обездвиженности автор рассматривала как первичный сон, или протосон позвоночных [16-18] и считала, что только покой типа катаплексии (П-3) можно

Рис. 1. Эволюционные пути развития пассивно-оборонительных форм поведения в подтипе позвоночных (современный взгляд на гомологию сна, спячки, стресса). Схема И.Г. Кармановой (воспр. по: [20]), дополненная современными представлениями [3].

Обозначения: Вертикальная линия отделяет бодрствование от сна и переходных гипнотических фаз. Горизонтальными линиями выделены три этапа развития ЦБС (от состояний обездвиженности типа каталепсии (П-1), кататонии (П-2) и катаплексии (П-3) и древнего паттерна активации (ДПА) рыб и амфибий до переходных гипнотических фаз, спячки и медленноволновой (МФС) и быстроволновой фаз сна (БФС) птиц и млекопитающих: 1 - неспецифические и 2 - специфические компоненты стресс-реакции.

рассматривать как функциональный гомолог медлен-новолнового сна теплокровных позвоночных. Анализ показателей биоэлектрической активности среднего и переднего мозга рыб и амфибий показал, что у представителей классов рыб (карликовый сомик) и амфибий (травяная лягушка) при переходе от бодрствования к покою происходит постепенно снижение амплитуды ЭГ. При этом самая низкая амплитуда ЭГ регистрируется в состоянии П-3. В состоянии П-1 в спектрах ЭГ среднего и переднего мозга доминируют колебания частотой 2,0-4,5 Гц, в отдельный диапазон выделяются колебания частотой свыше 7-12 Гц. Для состояния П-2 характерна доминирование на ЭГ волн тета-диапазона - 4,5-5,5 Гц. В спектрах мощности ЭГ мозга в состоянии П-3 у лягушек в доминируют колебания дельта-диапазона (0,5-1,5 Гц). Кроме этого, на фоне П-2 и П-3 в ЭГ переднего и среднего мозга рыб и амфибий появлялись высокоамплитудные остроконечные одиночные волны амплитудой 60-80 мкВ, которые исчезали сразу после естественно или искусственно вызванного пробуждения животных [4, 16-18, 29]. Спектральный состав ЭГ мозга при появлении этих волн соответствовал спектрам бодрствования животных, что указывало на активацион-

ный характер этих электрографических феноменов. Указанный тип ЭГ-активации в 4-5% случаев сопровождался эпизодическими повышениями мышечного тонуса, взрывами фазических движений и учащениями сердечного и дыхательного ритмов. Все это позволило рассматривать указанные проявления активации как «древний паттерн активации» - ДПА [5, 16, 18]. И у рыб, и у амфибий чаще всего ЭГ и соматове-гетативные признаки активации оказались диспергированы по всему течению протосна. Было высказано предположение, что функциональная роль этих активаций состоит в регуляции глубины сноподоб-ного покоя [5, 16]. Об этом свидетельствует тот факт, что эпизоды ДПА чаще всего возникали в периоды перехода животных из более глубокой формы покоя (из П-3) к более поверхностным (П-2, П-1) или в периоды перехода из состояний покоя к бодрствованию [5].

Рептилии представляют следующую ступень развития позвоночных. В связи с развитием ЦНС у них имеет место прогрессивное развитие как бодрствования, так и пассивно-оборонительных форм поведения [2, 16-18, 21]. В дневное время суток у изученных представителей рептилий кроме бодрствования была зарегистрирована форма покоя, протекающая с плас-

Рис. 2. Спектральные характеристики ЭГ переднего мозга различных представителей позвоночных в состояниях МФС и гомологичных ей состояний (верхний ряд) и в БФС и гомологичных ей состояний (нижний ряд).

А - травяная лягушка в состоянии П-3 первичного сна, Б - безногая ящерица желтопузик в состоянии промежуточного сна (ближе к П-3), В - степная черепаха в состоянии промежуточного сна (ближе к МФС), Г - крыса линии Вистар в состоянии МФС, Д, Е, Ж - древний паттерн активации (ДПА) лягушки, ящерицы и черепахи соответственно, З - быстроволновая фаза (БФС) сна крысы.

Обозначения: по абсциссе - частота ( ю ) в логарифмическом масштабе; по ординате - произведение функции спектральной плотности ЭГ сигнала на частоту (ю Е(ю)).Вертикальные отрезки - среднеквадратическое отклонение. Сплошная линия - примордиальный гиппокамп у травяной лягушки и ящерицы желтопузика, гиппокампальная кора у степной черепахи и дорсальный гиппокамп у крысы. Пунктирная линия -общая кора у черепахи и соматосенсорная кора у крысы.

тическим тонусом скелетных мышц (П-1). Так же как и у амфибий, она отличалась и от бодрствования, и от сна. Данное состояние каталепсии по своим поведенческим и соматовегетативным характеристикам и ЭГ-показателям в целом совпадало с характеристиками состояния обездвиженности типа каталепсии амфибий. У болотных черепах его доля составляла около 35%, у степных черепах - 28%, у безногой ящерицы желтопузика - 10% суточной активности.

У представителей рептилий также регистрировалось состояние обездвиженности типа катато-нии - покой, протекающий с ригидным мышечным тонусом (П-2). Его доля в суточном цикле животных оказалась значительно меньше. Так, у болотных черепах она составляла 7-8%, у желтопузика - 6%, у степной черепахи - 3-4% от всего времени суток. Следует подчеркнуть, что как соматовегетативные признаки, так и ЭГ-признаки и в особенности распределения мощности волновых компонент ЭГ переднего мозга по спектру частот у исследованных нами рептилий в П-2 совпадали с таковыми у амфибий, находящихся в состоянии обездвиженности типа кататонии [4, 16].

В темное время суток в поведении рептилий доминировало состояние «сна» - сноподобный покой, сравнимый с состоянием обездвиженности типа ка-таплексии рыб и амфибий. В этом функциональном состоянии, которое было названо «промежуточной формой сна» [16-18, 21, 23], у всех изученных видов рептилий можно было наблюдать урежение сердечного и дыхательного ритмов, снижение тонуса скелетных мышц, снижение амплитуды ЭГ дорсальной и гиппокампальной коры до 60-80 мкВ, увеличение количества медленных волн. В спектрах мощности ЭГ переднего мозга при этом значительно возрастала мощность дельта-волн [4, 16, 23] (рис. 2). Таким образом, по частотному составу ЭГ сон рептилий уже имел много общего с медленноволновой фазой сна (МФС) птиц и млекопитающих. Однако, несмотря на появление у рептилий прогрессивных признаков сна, проявляющихся в виде увеличения уровня синхронизации, эту форму «сна» еще нельзя в полной мере считать медленноволновым сном. Как известно, основной системой, генерирующей мед-ленноволновую активность в МФС млекопитающих, является таламус [44, 48, 57, 63, 88, 93, 99, 102, 104]. По данным М. Г. Белеховой, таламус черепах достигает более высокого уровня развития по сравнению с амфибиями, однако его ядерные образования еще недостаточно сформированы. Кроме того, у рептилий еще слабо выражены проекционные корковые и гипоталамические поля [8]. В связи с этим сон рептилий рассматривается как второй, промежуточный этап в эволюционном развитии сна [16-18].

У рептилий промежуточный сон имеет монофазный характер, и на его фоне на ЭГ дорсальной и гип-покампальной коры проявляются эпизоды одиночных остроконечных волн амплитудой 80-130 мкВ и продолжительностью 100-120 мс, которые имеют сходство с проявлениями активации мозга рыб и амфибий на фоне их протосна [5, 16]. Часто эти вспышки возникали пачками в виде выраженной гиперсинхронизации высокоамплитудных альфа-и бета-волн. Так же как и ДПА рыб и амфибий, эти паттерны ЭГ-активации рептилий были названы «древним паттерном активации» (ДПА). ЭГ-при-

знаки ДПА у рептилий чаще всего возникали в периоды наиболее резкого угнетения амплитуды ЭГ переднего мозга во время промежуточного сна. Сразу после появления эпизодов ДПА происходило восстановление амплитуды суммарной биоэлектрической активности общей и гиппокампальной коры. Заметим, что в 25-45% случаев указанная ЭГ-акти-вация мозга совпадала с эпизодами учащения сердечного ритма, дыхания и повышения мышечного тонуса. Иногда она сопровождалась роющими движениями передних конечностей. Глаза животного в эти периоды были закрыты, а пороги «поведенческого пробуждения» повышены. В электрооку-лограмме в эти периоды можно было зарегистрировать медленные движения глазных яблок. Анализ спектрального состава ЭГ дорсальной и гиппокам-пальной коры обнаружил полное его соответствие спектрам бодрствования: высокая представленность высокочастотных бета-колебаний (волны свыше 13 Гц) (рис. 2; Д-З). Заметим, что ЭГ-харак-теристики ДПА рептилий отличаются от низкоамплитудной десинхронизированной ЭЭГ активации быстроволновой фазы сна (БФС) теплокровных только по амплитуде, тогда как по своему частотному составу они уже вполне сопоставимы с паттерном БФС млекопитающих (рис. 2, З). Увеличение доли ДПА у рептилий и изменение ее электроэнцефалографических характеристик позволяют считать, что у этих животных уже начинает формироваться переходная форма «активированной фазы сна» сна [5] (рис. 2, Д-Ж).

Таким образом, при рассмотрении этапов эволюционного развития электроэнцефалографических признаков сна в восходящем ряду позвоночных, начиная от состояния П-3 протосна рыб и амфибий (рис. 2) до МФС млекопитающих, можно утверждать, что они проявляются в увеличении мощности колебаний дельта диапазона и в снижении уровня бета-колебаний, то есть развитие МФС сопровождается увеличением уровня синхронизации. В процессе же развития ЭЭГ-показателей активации на фоне сна (от ДПА к БФС) происходит увеличение уровня десинхронизации, что проявляется увеличением мощности колебаний бета-диапазона и снижением мощности дельта-составляющих.

Феноменология и временная организация ЦБС у теплокровных позвоночных.

Сон птиц и млекопитающих является следующим этапом развития сна - этапом формирования истинных МФС и БФС, который обнаруживается только у представителей теплокровных позвоночных (рис. 1) [16, 17, 21]. Параметры МФС и БФС давно и подробно изучены [52, 57, 61, 62, 86, 92, 99, 104]. МФС характеризуется физической неподвижностью, замедлением ритмов дыхания и сердечных сокращений, снижением температуры тела и мозга [85, 86], появлением высокоамплитудных синхронизированных медленных волн в ЭЭГ большинства мозговых структур. Для БФС характерно сохранение сонного поведения, подавление почти всех моторных актов, падение тонуса скелетных мышц, сердечная и дыхательная аритмия. Кроме того, для этой фазы сна типичны сокращения мелких мышечных групп (мимических мышц, пальцев, реже конечностей и хвоста), быстрые движения глазных яблок. БФС характери-

Табл. 1.

Характеристики ЦБС некоторых млекопитающих и их зависимость от массы тела, мозга, образа жизни, основного обмена (абсолютные показатели, обозначенные *, взяты из обзоров

[26, 50-52, 50, 74, 75, 80, 109])

Вид животного Бодрствование (Б) Сон (С) * Б/С МФС * БФС * МФС/БФС Б/БФС Масса мозга * [М] (кг) Масса тела * [Т] (кг) М/Т*100 (%)** * Цикл сна (мин) о a-fc !1 us ë1 И s к « Образ жизни

Абсолютная длительность (ч) £ Абсолютная длительность (ч) £ * Абсолютная длительность (ч) % от всей длительности сна Абсолютная длительность (ч) % от всей длительности сна

Ехидна Tachygossus aculeatus 15,4 64,1 8,6 35,9 1,8 8,2 95,7 0,4 4,3 22,5 13,6 0,025 4,5 0,6 - 0,22 Н спяч..

Опоссум Didelphis marsupials 6,0 25,0 18,0 75,0 0,3 13,1 76,7 4,9 23,3 2,7 1,2 0,004 1,7 0,23 20,0 0,52 Н спяч.

Броненосец Dasypus novenicinctus 9,6 40,0 14,4 60,0 0,7 10,8 75,0 3,6 25,0 3,0 2,7 0,009 3,3 0,3 23,0 0,25 Н спяч.

Еж Erinaceus europaeus 13,9 57,9 10,1 42,1 1,3 6,6 63,3 3,5 36,7 1,9 3,9 0,004 0,8 0,5 7,0 0,75 Н спяч.

Кролик Oryctolagus cunk'ulus 15,6 65,0 8,4 35,0 1,9 7,4 88,1 1,0 11,9 7,4 15,6 0,012 2,5 0,5 25,0 0,42 Н нора.

Свинка морская Cavia poivellus 14,6 60,8 9,4 39,2 1,6 8,6 91,4 0,8 8,6 10,8 18,3 0,006 0,6 0,1 13,0 0,74 Д

Крыса Rattus albus. 11,7 48,8 12,3 51,2 0,9 10,7 87,1 1,5 12,2 7,1 7,8 0,002 0,3 6,7 11,0 0,86 Н нора.

Мышь Mus musculus 10,8 45,0 13,2 55,0 0,8 11,2 84,8 2,0 15,2 5,6 5,4 0,0004 0,02 2,0 11,0 1,49 Н нзра

Корова Bostaurus 20,0 83,3 4,0 16,7 5,0 3,3 82,5 0,7 17,5 4,7 28,6 0,423 600,0 1,0 40,0 0,13 Д

Лошадь Equus caballus 21,1 87,9 2,9 12,1 7,3 2,1 72,4 0,8 27,6 2,6 26,4 0534 260,0 0,2 0,1 0,15 Д

Овца Ovis aries 20,2 84,1 3,8 15,9 5,3 3,2 84,2 0,6 15,8 5,3 33,7 0,100 30,0 0,3 0,2 0,24 Д

Коза Capra aegagrus 18,7 77,9 5,3 22,1 3,2 4,7 88,6 0,6 11,4 7,8 0,6 0Д15 29,0 0,1 - 0,19 Д

Кошка Felis felis 11,5 47,9 12,5 52,1 0,9 9,3 74,4 3,2 25,6 2,9 3,6 0,025 3,3 0,8 25,0 0,44 Н

Ягуар Panthera onca 13,6 56,7 10,4 43,3 1,3 - - - - - - 0,157 10,0 0,2 - - Д

Лиса Vulpes vulpes 14,2 59,2 9,8 40,8 1,5 7,4 75,5 2,4 24,5 3,1 5,9 0,050 5,1 0,9 21,0 0,52 Д

Собака Domestic dog 13,9 57,9 10,1 42,1 1,4 7,2 73,3 2,9 26,7 3,0 4,8 0,070 14,0 0,5 20,0 0,36 Д

Свинья Sus scrofa 14,9 62,1 9,1 37,9 1,6 6,7 61,5 2,4 38,5 2,8 6,2 0Д80 86,3 0,2 30,0 0,12 Д

Обезьяна патас Erythrocebus patas 13,1 54,6 10,9 45,4 1,2 9,8 90,8 1,1 9,2 8,9 11,9 0,015 0,1 0,3 45,0 - Д

Макака Macaca mullata 15,0 62,5 9,0 37,5 1,7 8,0 82,5 1,0 17,5 8,0 15,0 0Д92 15,7 2,8 45,0 0,43 Д

Бабуин Papio papio 13,6 56,7 9,4 43,4 1,4 8,4 89,4 1,0 10,6 8,4 13,6 0,190 17,6 1,1 40,0 0,15 Д

Шимпанзе Pan troglodytes 13,1 54,5 10,9 45,5 1,2 9,2 84,4 1,6 15,6 5,4 8,2 0,410 36,9 1,1 85,0 0,25 Д

Человек Homo sapiens 16,0 66,7 8,0 33,3 2,0 6,1 76,3 1,9 23,7 3,2 8,4 1320,0 62,0 2,1 90,0 0,22 Д

Примечания: МФС - медленноволновая фаза сна, БФС - быстроволновая фаза сна; Н и Д - ночной и дневной образ жизни; спяч. - животные, впадающие в спячку; нора - животные, прячущиеся в норе.

У_)

зуется также появлением на ЭЭГ низкоамплитудной десинхронизированной активности. Терморегуля-торные реакции в этой фазе сна проявляются снижением температуры тела и повышением температуры мозга [19, 45, 71, 85]. Более того, в этой фазе сна животное ведет себя подобно пойкилотермному - температура тела животного следует за изменениями температуры окружающей среды.

Согласно представлениям И. Г. Кармановой об эволюции сна, только состояние покоя типа катаплексии (П-3) рыб и амфибий и «промежуточный сон» рептилий можно рассматривать в качестве функциональных гомологов и предшественников МФС теплокровных, тогда как ДПА можно рассматривать как функциональный гомолог БФС [4, 5, 16, 18].

С какими факторами связана эволюция сна? Большинство сомнологов связывают развитие МФС птиц и млекопитающих с интенсификацией обмена веществ, появлением теплокровности [16, 23, 41, 80, 109], развитием мозговых систем интеграции (в частности, таламо-кортикальных), которые уже могут полноценно обеспечить регуляцию сна [44, 48, 50-52, 57, 58, 67, 80, 83, 89, 94, 109]. Появление же у птиц и млекопитающих во время сна высокоамплитудной медлен-новолновой синхронизированной ЭЭГ-активности частотой около 1 Гц связывают с появлением паллио-паллиальных и кортико-таламических систем, значение которых в регуляции ЦБС у млекопитающих серьезно возрастает [88].

Временные характеристики сна теплокровных имеют достаточно широкие пределы: у копытных (лошадь и овца) сон длится 3-4 часа, у слонов - до 6 часов, у однопроходных (опоссум и броненосец) - 17-20 часов, у хищников (лев) - 18-20 часов. В связи с этим представляет интерес вопрос: от каких факторов зависит продолжительность сна и выраженность его отдельных фаз? Впервые такой анализ временных парамет -ров ЦБС млекопитающих был осуществлен Цеппелином и Рехтшаффеном у 53 видов млекопитающих [109]. Авторы проанализировали зависимость времени сна, его медленноволновой и быстроволновой фаз от интенсивности обмена веществ, от массы тела, объема мозга, продолжительности жизни, времени гестации. Рэй Меддис дополнительно включил в сравнительно-физиологический анализ сна характеристики сна птиц, рептилий, амфибий, и рыб [80]. Эти данные частично представлены в табл. 1. Было показано, что общее время сна и, в частности, МФС абсолютно не кор -релирует с продолжительностью жизни животного, при этом оно зависит от интенсивности обмена веществ, массы тела и размеров мозга млекопитающего [41, 52, 74, 75, 80, 94, 96, 99]. Чем больше животное, чем больше величина его мозга и абсолютные значения скорости основного обмена, тем более выражена у него тенденция к снижению доли сна (МФС+БФС) в ЦБС (табл. 1).

На продолжительность сна и его временную организацию существенное влияние оказывают также и экологические факторы, особенно факторы риска и место животного в пищевой цепочке [41, 51, 96]. Так, показано, что время БФС прямо зависит от фактора защищенности животного: у представителей копытных (лошадь, корова, овца, коза) - это животные-жертвы, БФС чрезвычайно короткая, тогда как у хищников (кошка, лиса), у одомашненных животных (собака,

свинья), а также у млекопитающих, живущих в норах (еж, кролик, крыса), эта фаза сна представлена в общей длительности сна в значительно большей степени. При этом доля БФС у козы составляет 1,5-2,9% от всего ЦБС, у кошки - 13,3%, и это составляет 25,6% от всего времени сна (МФС + БФС). У крысы БФС занимает 10,8% от всего ЦБС. Близкой к показателям хищных оказалась представленность БФС у приматов: у шимпанзе - 6,7% от всего ЦБС и 20-29% от всего времени сна, у человека - 7,9% от всего ЦБС и 20-24% всего сна. К данным Цеппелина и Рехтшаффена [109] о временных характеристиках ЦБС и их зависимости от массы мозга и тела мы добавили в таблицу также показатели относительных размеров мозга животных, а также отношение времени бодрствования к суммарному количеству БФС в течение суток (в%). В таблице первая обозначена одной, вторая - двумя звездочками. Как показал этот анализ, отношение бодрствования к БФС находится в прямой зависимости от уровня защищенности животного. Так, у травоядных и у обезьян, свинок и кроликов (плохо защищенных видов млекопитающих) величина, отражающая отношение бодрствования к БФС, заметно выше, чем у защищенных видов: крысы, кошки, собаки, человека. Она у травоядных составляет 28-33 относительных единиц (о.е)., у обезьян - 8-11 о. е., а у хищников она еще меньше - 5,0 о. е., так же как и у хорошо защищенных грызунов, например у крысы, у которой этот показатель составляет 2,1 о. е.

Средняя продолжительность цикла сна (МФС + БФС) у млекопитающих завит от показателей относительной представленности массы мозга к массе тела в процентах. Чем выше этот показатель, тем более длителен цикл сна (см. табл.). Исключение при изучении этих соотношений составили представители отряда травоядных. У этих животных, несмотря на относительно маленькие размеры мозга, циклы сна оказались непродолжительными. Что касается относительной представленности МФС к БФС в ЦБС, то большинством исследователей не было обнаружено никакой связи этих показателей ни с весом тела, ни с объемом мозга, ни со скоростью основного обмена.

В ЦБС человека и высших обезьян хорошо определяются бодрствование, МФС и БФС. При этом у человека выделены четыре стадии МФС: 1-я - стадия дремоты с характерным альфа-ритмом ЭЭГ; 2-я - стадия веретен, когда на ЭЭГ определяются вспышки веретенообразной активности; 3-я стадия - дельта-сон, когда на ЭЭГ появляются медленные высокоамплитудные волны, которые занимают менее 50% стадии; и 4-я стадия - стадия глубокого дельта-сна, при которой высокоамплитудная дельта-активность становится доминирующей на ЭЭГ. Быстроволновая фаза сна у человека проявляется десинхронизацией ЭЭГ и в ней различают тоническую и фазическую стадии [11, 13].

Модификации сна у птиц и млекопитающих.

Сравнительно-физиологические характеристики сна и его временные параметры показывают, что у представителей животного мира существует большое число модификаций в организации ЦБС. При этом все модификации тесно связаны с экологическими нишами, которые занимают эти животные в природе. Разные условия среды, питания, образ жизни, степень защищенности животного способс-

твуют появлению у них новых форм поведения, новых типов внутрицентральных связей, новых функциональных и морфологических приспособлений, которые вызывают изменения не только характера бодрствования, но и такой важнейшей формы адаптации, какой является сон. Ярким примером подобных влияний среды могут служить особенности сна у наземных и морских млекопитающих. Они частично отражены в последнем отечественном обзоре, посвященном исследованию сна у представителей млекопитающих, в том числе у крупных морских млекопитающих [26]. Так, у дельфинов, в силу определенных морфофункциональных особенностей дыхательной системы, отсутствует парадоксальная, или быстроволновая фаза сна. Эта модификация сна связана у дельфинов с тем, что эти водные животные большую часть времени плавают или эпизодически зависают в толще воды ближе к поверхности. При этом необходимо непрерывно осуществлять и контролировать дыхательные движения. Особенно важен процесс постоянного контроля дыхания в условиях сна. Другой характерной особенностью дельфинов и зубатых китов является так называемый «однополушарный» медленновол-новый сон [74-78]. Если бодрствование этих животных характеризуется наличием десинхронизации в обоих полушариях, то состояние сна у них определяется не по поведенческим критериям, а по характерной высокоамплитудной медленноволновой активности, которая возникает в одном из полушарий мозга. При этом медленноволновая активность регистрируется в полушарии противоположном закрытому глазу животного. В этот же период в другом полушарии регистрируется низкоамплитудная десинхронизированная активность, которая типична для бодрствования. Таким образом, отсутствие БФС у дельфинов компенсировано эпизодами однополушарного бодрствования. Такой же характер сна был обнаружен и у зубатых китов на фоне непрерывного плавания, зависания у поверхности или в толще воды.

«Однополушарный» сон обнаружен также у некоторых других водных млекопитающих, но только при определенных условиях [76]. Так, у морских котиков и морских львов, которые находятся на суше, обычно в обоих полушариях регистрируется МФС и БФС, однако во время плавания сон этих животных в определенной степени напоминает сон дельфинов. Высокоамплитудная медленноволновая активность в эти периоды развивается преимущественно в одном полушарии. Доля БФС в ЦБС при этом резко сокращается, и эта фаза сна может даже полностью исчезнуть из цикла на несколько часов и даже дней.

Межполушарная асимметрия во время сна была обнаружена также у птиц: голубей, гусей и др. [88-90]. У птиц доля БФС в ЦБС оказалась ничтожной (0,5-1,5%). БФС проявлялась в виде микроэпизодов низкоамплитудной десинхронизации на ЭЭГ [16, 90, 95]. У птиц «межполушарная асимметрия» сна четко коррелировала с асимметричным состоянием глазной щели. Показано, что голуби во время сна используют открытый глаз для мониторинга окружающей среды [90, 95]. Об этом свидетельствует факт отклонения зрачка открытого глаза спящей

птицы вправо или влево в зависимости от перемещения окружающих предметов. Все это позволяет думать, что межполушарная асимметрия сна и микроэпизоды БФС у птиц связаны с ориентацией их в окружающей среде в условиях длительных миграций и для возможности быстрого выхода животного из состояния сна в случае опасности. Таким образом, это приспособление связано с миграциями и со слабой защищенностью большинства птиц (особенно крупных), которые обычно спят на земле и оказываются доступными для хищников.

Быстроволновая фаза является более древней фазой сна?

Наличие у птиц и млекопитающих двух фаз сна -МФС и БФС - поставило перед исследователями еще один вопрос: какая из них эволюционно более древняя? Длительное время большинство сом-нологов придерживались взглядов М. Жуве о том, быстроволновый, десинхронизированный, «ром-бэнцефалический» сон является более «древним» по происхождению. Эта точка зрения была связана с тем, что механизмы, обеспечивающие проявления БФС, расположены преимущественно в наиболее древних, стволовых отделах головного мозга [62, 63]. Медленноволновая, синхронизированная фаза сна (телэнцефалический сон) связана с активностью таламических и телэнцефальных структур головного мозга [16, 48, 49, 57, 62, 63, 69, 88, 93]. В связи с тем, что у рептилий, амфибий и рыб нет телэнцефалона или, по крайней мере, он представлен зачаточным состоянием, то по мнению некоторых авторов у них не может быть МФС [48, 56, 58, 63, 83]. Поэтому цикл бодрствование-сон этих холоднокровных животных представлен бодрствованием (или активностью) и покоем, протекающим по типу быстроволнового сна. В подтверждение этого тезиса приводятся результаты электрополиграфических исследований активности и покоя четырех видов лягушек [56]. Автор зарегистрировал у этих животных как поведенческие, так и электрополиграфические показатели бодрствования и сноподобного покоя. Сноподобный покой лягушек характеризовался погружением животного под воду, полной обездвиженностью, угнетением тонуса скелетных мышц, закрыванием век. Однако во время покоя на ЭГ переднего и среднего мозга автором была зарегистрирована только низкоамплитудная полиморфная активность, подобная ЭЭГ-картине БФС млекопитающих. В связи с тем, что у лягушек во время сноподобного покоя пороги пробуждения оставались высокими, автор пришел к заключению, что у амфибий, несмотря на наличие поведенческих признаков сна, сон в своем типичном электрографическом выражении отсутствует.

Какие еще данные приводятся в качестве аргументов, подтверждающих гипотезу об эволюционно более раннем возникновении БФС?

1. Сон новорожденных млекопитающих, в частности человека, начинается с эпизода БФС (или, по терминологии сомнологов, активного сна). Только после этого эпизода активного сна разворачивается медленноволновый, или спокойный сон. Последний также завершается эпизодом активного сна.

2. В раннем постнатальном онтогенезе незрело-

рождающихся млекопитающих доля активного сна намного превосходит долю спокойного сна. При этом чем более незрелым является новорожденное млекопитающее, тем большей оказывается доля активного сна. Со временем доля активного сна в ЦБС заметно сокращается [55, 64, 107]. По нашим данным, доля активного сна у крысят составляет при рождении 40-45%, к трехнедельному возрасту она уменьшается вдвое и занимает 20% от всего ЦБС. У взрослых животных она становится еще меньше и достигает 8-12% [1, 4]. Показано, что медленно-волновый сон у крысят окончательно сформирован уже со второй недели жизни, у щенят - с третьей, а у человека медленноволновая активность во время сна регистрируется уже с первых дней жизни. Окончательно у человека ЭЭГ-паттерн МФС с его основными стадиями (второй, третьей, четвертой) формируется только в возрасте 1,5-2 месяцев [4, 29, 64]. При этом в онтогенезе МФС отмечается четкая тенденция к уменьшению доли более глубоких третьей и четвертой стадий сна и увеличению доли второй стадии.

У зрелорождающихся морской свинки и ягненка МФС и БФС сформированы к моменту рождения [1, 4, 5, 59, 95, 107]. Отметим, что сразу после рождения у этих животных доля МФС в ЦБС оказалась намного большей по сравнению с таковой у незре-лорождающихся и составляла 53% у новорожденных ягнят [97] и 10-15% у морских свинок [1]. Сравним: у незрелорождающегося крысенка эта фаза сна проявляется только после 2-2,5 недель жизни и составляет 3-5% [1]. БФС у новорожденного ягненка составляла 10% от всего времени ЦБС, а у морской свинки - 6-8%. Паттерны же БФС, напоминающей активный сон незрелорождающихся млекопитающих, у этих животных регистрируют задолго до их рождения, и они составляют 40-50% всего времени внутриутробной регистрации ЦБС [59, 96, 107]. В своей работе о фило-онтогенетическом развитии сна у млекопитающих Каппелини и соавт. показали, что в онтогенезе суммарная доля спокойного сна положительно коррелирует с массой мозга новорожденного, а общее время этой фазы сна находится в обратно пропорциональной зависимости от массы тела млекопитающего при рождении: чем меньше масса тела, тем меньше длительность спокойного сна [51]. Продолжительность же БФС находится в обратно пропорциональной зависимости от длительности гестационного периода. Чем дольше период внутриутробного развития, тем меньшей оказывается доля БФС.

Мы также проанализировали эти данные. Как оказалось, автор проследила корреляции сроков геста-ции с временными характеристиками МФС и БФС взрослых животных. Мы же проанализировали корреляционные взаимоотношения бодрствования, спокойного и активного сна только новорожденных млекопитающих и сроков гестации, массой тела животного при рождении и сроками прозре-вания этих животных как показателем относительной зрелости мозга. По нашим данным доля активного сна в ЦБС новорожденного млекопитающего, так же как и доля бодрствования и спокойного сна на момент рождения животного, слабо коррелирует со сроками внутриутробного развития. Коэффи-

циенты корреляции между сроками гестации и долями бодрствования, спокойного и активного сна равны соответственно -0,24, -0,38, 0,03. Сравним: длительность беременности у кролика и у крысы составляет 4 недели, при этом сразу после рождения у кролика доля бодрствования в ЦБС составляет 41,5%, спокойный сон - 6,5%, а активный сон - 47%. У новорожденного крысенка бодрствование занимает 0,7% ЦБС, спокойный сон - 2,3% а активный сон - 92%. У котенка внутриутробный период развития составляет 9 недель. Сразу после рождения у него бодрствование занимает 6% от всего ЦБС, спокойный сон - 20%, активный сон - 54%. Следует подчеркнуть, что с количеством спокойного и активного сна хорошо коррелировали показатели сроков прозревания. Коэффициенты корреляции между прозреванием и спокойным сном составляют 0,83, а между прозреванием и активным сном —0,61.

3. В качестве дополнительного аргумента в пользу гипотезы об эволюционно более раннем происхождении БФС многие сомнологи приводят данные Пармеджиани [85, 86] о терморегуляторных реакциях, связанных со сном. Так, в периоды МФС температура тела и мозга млекопитающих умеренно снижены по сравнению с бодрствованием, а в течение БФС терморегуляторные реакции проявляются снижением температуры тела и повышением температуры мозга. При этом организм теплокровного ведет себя подобно холоднокровному. Животное четко отслеживает температуру окружающей среды, как это делают пойкилотермные животные [17, 85].

Против гипотезы об эволюционно более раннем происхождении БФС можно привести аргументы, которые базируются на концепции И. Г. Кармано-вой об эволюционном развитии сна [16-18]. Для начала отметим следующее. В конечном мозге амфибий выделяют три формации плаща (примор-диальная кора, примордиальный гиппокамп и при-мордиальная пириформная кора). Эти образования морфологически и функционально связаны с тремя основными источниками своего формирования: таламическим, гипоталамическим и обонятельным отделами головного мозга [14, 15, 43, 44, 93]. В структурах переднего мозга амфибий имеются в наличии такие важные образования как полосатое тело (ст-риатум) и миндалина, которые у млекопитающих связаны с регуляцией ЦБС [14, 15, 24, 93]. В диэн-цефальных отделах мозга амфибий представлены такие «сонгенерирующие» структуры, как ядра та-ламуса и гипоталамуса. По нашим данным гипоталамус играет ведущую роль в организации и регуляции протосна у амфибий [18, 20, 21, 23]. Таким образом, в ЦНС амфибий уже имеется большинство структур, которые так или иначе связаны с генерацией сна и, в частности, МФС. Однако в конечном мозге амфибий еще отсутствуют признаки четкой специализации функций [14, 15]. Отмечается лишь слабая тенденция к дифференциации функций. Поэтому, в связи с незрелостью ЦНС, протосон амфибий также не имеет четкой дифференциации. Как мы отмечали выше, протосон амфибий представлен не одной, а тремя формами покоя: типа каталепсии, кататонии и катаплексии, каждая из которых является приспособлением животных к разному уровню освещенности и впоследствии, в ходе эволюции,

развивается в животный гипноз, зимнюю спячку и истинный сон теплокровных млекопитающих [4, 16-18, 21, 23].

У рептилий уже существуют общая и гиппокам-пальная зоны коры [8, 14, 15]. Именно они являются основными структурами будущего мозгового плаща. Значительного развития достигают диэнце-фальные и стволовые сонрегуляторные центры [48, 93]. Дифференциация вышеперечисленных отделов мозга обеспечивает более прогрессивное развитие сна рептилий [16-18, 23]. Только одна из форм проявления протосна амфибий, а именно П-3, рассматривается как функциональный предшественник промежуточного сна рептилий. При этом эволюционирует и древний паттерн активации холоднокровных. Он становится четко организованным во времени (в 45% эпизодов ДПА все проявления активации возникают одновременно), в спектрах ЭЭГ заметно возрастает уровень высокочастотных составляющих. Из ДПА впоследствии формируется БФС теплокровных [4, 16-18]. Все это свидетельствует о том, что в мозге рептилий уже развиваются эволюционно более молодые системы, участвующие в регуляции не только МФС, но и БФС.

В свете этого определенный интерес представляют взгляды японского сомнолога Ионуэ об эволюции механизмов регуляции сна [58]. Автор условно разделяет мозг на два функционально больших отдела: на «мозг спящий» и на «мозг, генерирующий сон». Основу первого составляет телэнцефалон, основу второго - структуры диэнцефалона (тала-мус и гипоталамус), мезэнцефалона и ромбэнцефа-лона. В процессе эволюции, в связи с формированием теплокровности, происходит прогрессивное развитие не только «мозга спящего», но и «мозга, генерирующего сон», то есть происходит развитие новых эволюционно более молодых механизмов регуляции сна и бодрствования. Как подчеркивает Ионуэ, в процессе эволюции прогрессивно развиваются не только молодые, но и более старые механизмы регуляции сна. При этом в связи с формированием новых ядерных структур, появлением новых морфофункциональных и нейрохимических связей, старые системы также модифицируются: с одной стороны, они приобретают связи с новыми системами контроля, с другой - они оказываются завуалированными новыми интегративными системами. Их активность может проявиться в случае какой-либо патологии ЦНС [12, 35, 36].

Подойдем критически к столь важному аргументу в пользу большей древности БФС, каким является соотношение долей МФС и БФС в онтогенезе млекопитающих. Рассмотрим этот вопрос с позиции гипотезы И. Г. Кармановой об эволюционном развитии сна в ряду позвоночных [16]. Как показали наши исследования, в онтогенезе незрелорождающегося млекопитающего имеет место рекапитуляция филогенетических этапов формирования ЦБС [4, 5]. Анализ сна новорожденных крыс показал, что сон у них представлен не активным сном, а «незрелым, недифференцированным» состоянием [1, 4, 5]. Это недифференцированное состояние характеризуется низкоамплитудной медленноволновой активностью ЭГ коры и гиппокампа с низкой представленностью в ней высокочастотных волн. В первые

дни жизни крысенка эта ЭГ активность мало зависит от того, в каком поведенческом состоянии находится животное: спокойном (без движений и вегетативных возмущений) или активном (с большим количеством движений и вегетативных бурь) [1, 51, 59, 64, 95, 106]. Начиная с 5-6-го дня жизни в ЦБС крысенка не только начинают проявляться поведенческие и вегетативные признаки сна и бодрствования, но и обнаруживается электроэнцефалографическая дифференциация сна на спокойный и активный сон. В состоянии спокойного сна в ЭЭГ начинают доминировать медленные волны, в состоянии же активного сна мощность медленных волн заметно снижается, тогда как мощность альфа- и бета-волн возрастает. В последующие дни в состоянии активного сна наблюдается еще большее увеличение мощности высокочастотных составляющих энцефалограммы, то есть нарастает уровень десинхро-низации. Только на четвертой неделе жизни у крысы в гиппокампе в состоянии активного сна начинает проявляться доминирующий тета-ритм, столь характерный для БФС взрослых животных. В эти же сроки в состоянии активного сна обнаруживаются эпизоды снижения мышечного тонуса - признак типичный для этой фазы сна взрослых. В периоды спокойного сна в ЭЭГ крысят в возрасте 8-10 дней наблюдается умеренное снижение мощности дельта-волн, при этом возрастает их амплитуда. Уровень бета-составляющих ЭЭГ при этом возрастает очень незначительно. К 14-му дню жизни у крысят ЭЭГ-признаки МФС уже проявляются достаточно четко [1, 4, 5, 28]. В возрасте 18 дней в ЦБС крысят впервые появляется состояние обездвиженности типа каталепсии. Оно исчезает из ЦБС животного в возрасте 45-60 дней. Электроэнцефалографические проявления «каталепсии» (спектральные характеристики ЭЭГ практически совпадают с характеристиками состояния обездвиженности типа каталепсии холоднокровных (амфибии и рептилии) [1]. В то же время, как показали наши исследования, у новорожденных крыс терморегуляторные реакции, типичные для МФС и БФС взрослых животных, уже сформированы к 5 -7му дню жизни, то есть как минимум на неделю раньше электроэнцефалографических показателей [1, 4, 5, 19].

Таким образом, сравнительно-физиологический (филогенетический) и онтогенетический анализ развития ЦБС позволяет критически подойти к вопросу о том, какая из фаз сна древнее, и позволяет утверждать, что сон так же, как и другие формы пассивно-охранительного поведения, формируется из некоего недифференцированного состояния, в структуру которого включены отдельные признаки фаз и стадий сна. В филогенезе это протосон рыб и амфибий, в онтогенезе это недифференцированный сон.

Медленноволновая фаза сна является эволюционно более древней фазой.

Другой точкой зрения на эволюцию отдельных фаз сна является гипотеза Элиссона и Ван-Туайера, к которой присоединились и некоторые другие исследователи [41, 99, 101], о том, что МФС является более древней по происхождению. Поводом для возникновения такого взгляда явились следующие факты.

1. В цикле бодрствование- сон МФ С всегда предшествует БФС.

2. Сон у птиц представлен преимущественно фазой медленного сна, тогда как БФС у них очень кратковре-менна и носит дробный характер [16, 90, 94].

3. ЦБС морских млекопитающих, а также некоторых птиц представлена только бодрствованием и МФС. При этом БФС у них отсутствует [26, 76-78].

4. У одного из самых древних млекопитающих - мо-нотермной яйцекладущей ехидны - отсутствуют признаки БФС [38, 94, 96].

5. Сон рептилий и МФС млекопитающих можно вызвать и заблокировать одними и теми же соответствующими фармакологическими веществами [100, 102, 106].

6. Возникновение МФС в процессе эволюции теплокровных позвоночных связано с интенсификацией обмена веществ, и поскольку состояние БФС характеризуется еще большей интенсификацией обменных процессов в центральной нервной системе и в организме в целом по сравнению с состоянием МФС, то естественно, что холоднокровные животные не могут демонстрировать никаких признаков БФС. Их сон может быть представлен только МФС.

По мнению Элиссона и Ван Туайера, в эволюции рептилиеподобных предков млекопитающих первыми проявляются признаки медленноволнового сна [41, 42]. Намного позже и только в связи с интенсификацией обмена веществ, появлением гомойотермии и прогрессивным развитием мозга у ранних звероподобных млекопитающих и у однопроходных млекопитающих впервые проявляется БФС и такой прогрессивный признак этой фазы сна, как десинхронизация. У мо-нотермной яйцекладущей ехидны десинхронизация как признак БФС отсутствует. Тем не менее, авторы в своей статье, посвященной сну ехидны [42], демонстрируют паттерн сна с высокоамплитудной медлен-новолновой активностью ЭЭГ, в которой четко прослеживаются вегетативные признаки активации. Заметим, что этот паттерн мало отличается от ДПА, который мы обычно регистрировали во время сна у амфибий и рептилий [5, 16-18]. В связи с этим мы предположили, что в ЦБС ехидны БФС (или по крайней мере ее прообраз) должна существовать, и что, по-видимому, она проявляется в виде ДПА.

В 1998 г. при изучении ЦБС ехидны Сигель и со-авт. показали, что нейроны ретикулярной формации среднего мозга (n.reticularis роп^) так же четко реагируют на изменения функционального состояния животного, как это происходит у плацентарных млекопитающих [101]. При этом у ехидны в состоянии, соответствующем МФС, регистрировались резкое уменьшение числа спонтанных разрядов стволовых нейронов и снижение их вариабельности; а в состоянии, которое по вегетативным критериям соответствует БФС, наоборот, отмечалось увеличение частоты и вариабельности спонтанных разрядов ретикулярных нейронов ствола. В этом функциональном состоянии были отмечены фазические сокращения скелетных мышц (тремор мелких мышечных групп и даже движения конечностей), что типично для БФС млекопитающих. В этих эпизодах активность стволовых нейронов изменялась синхронно с глазодвигательной активностью и аритмией сердечного ритма. Однако в связи с тем, что перечисленные признаки вегета-

тивной и подкорковой «активации» регистрируются на фоне повышения мышечного тонуса и движений, авторы сочли повышенную активность ретикулярных нейронов моста артефактом и пришли к заключению, что у ехидны действительно отсутствует БФС. В связи с этим Сигель и соавт. [101] высказали предположение, что БФС появляется в ЦБС млекопитающих только после возникновения МФС и что его появление связано с появлением немонотермных млекопитающих. Таким образом, 130 млн лет назад у не-монотермных млекопитающих формируются две отдельные фазы сна - МФС и БФС. Николау и соавт. [83], анализируя происхождение сна у млекопитающих, согласились с Сигелем.

Однако исследования сна ехидны, осуществленные Николом с сотрудниками, показали, что в ЦБС ехидны все же представлены обе фазы сна [82]. При этом проявления БФС имеют четкую зависимость от температуры окружающей среды. Паттерны, типичные для БФС (десинхронизация ЭЭГ, снижение тонуса шейных мышц, выраженная глазодвигательная активность, нарушение ритма сердечных сокращений), регистрируются только при температуре среды более +15 °С. В этих условиях доля БФС составляет 4,3% от всего времени сна. При повышении температуры до +25 °С представленность БФС возрастает более чем вдвое. В связи с этим авторы предположили, что у птиц и млекопитающих существовал общий репти-лиеподобный предок, в ЦБС которого имелись и МФС и БФС. Однако они не исключили возможности возникновения БФС и МФС в эволюции дважды - отдельно для птиц и отдельно для млекопитающих. Эта точка зрения на эволюцию сна в определенной степени совпадает с нашей позицией об одновременном и параллельном развитии обеих фаз сна [16-18, 23].

Обе фазы сна эволюционируют одновременно, и их развитие связано с эволюцией бодрствования и с увеличением значения сна для организма в целом.

Мы уже подробно описывали взгляды Кармановой на формирование МФС и БФС в восходящем ряду позвоночных [16-18, 21, 23]. Как следует из ее представлений, обе фазы сна развиваются одновременно и параллельно друг другу. При этом, возможно, на каких-то небольших отрезках эволюционного развития формирование одной фазы незначительно опережает другую, но генеральная линия постепенного и нераздельного развития обеих фаз сна теплокровных из более древних сноподобных состояний и древних паттернов активаций холоднокровных позвоночных остается неизменной. Наши сравнительные фило- и онтогенетические исследования развития фаз сна подтверждают этот взгляд и показывают, что в процессе онтогенетического развития у незрелорождающихся млекопитающих имеет место рекапитуляция (повторение) узловых филогенетических этапов развития ЦБС [3-6].

Заслуживает внимания новая гипотеза М. Жуве [63] о том, что формирование сна следует рассматривать в неразрывной связи с развитием бодрствования. Эта гипотеза в последние годы получила широкий отклик среди сомнологов и приобрела своих сторонников [43, 51, 57, 83, 93]. Суть ее заключается в следующем. У теплокровных, появившихся в эволюции намного позднее холоднокровных, мозг приобрел способность активно работать не только

в состоянии бодрствования, но и в состоянии сна. Поэтому состояние «выключенного» мозга, которое столь характерно для покоя холоднокровных, исчезло из цикла активность-покой этих животных [59]. При этом, в связи с развитием теплокровности и повышением уровня телэнцефализации, в ЦБС птиц и млекопитающих сформировались два эволюционно новых функциональных состояния -бодрствование и сон, которые связаны с тонической де- и гиперполяризацией коры головного мозга соответственно. Бодрствование теплокровных животных приобрело значительную гибкость. Оно способствовало усилению адаптивных возможностей организма, уменьшению его зависимости от условий внешней среды. При этом состояние раннего «примитивного» бодрствования холоднокровных не исчезло из ЦБС млекопитающих. «Примитивное» бодрствование в процессе эволюции потеряло ряд своих функций, в том числе способность активно анализировать внешние сигналы и непосредственно управлять поведением животного. Оно сместилось из суточной фазы активности в фазу сна, превратившись таким образом в парадоксальный сон, или БФС. В этих новых условиях основной функцией БФС как «примитивного» архаического бодрствования стало своеобразное «программирование мозга», считывание генетических программ врожденного поведения, адаптация этих программ к внешним условиям и приведение их в соответствие с приобретаемым в ходе индивидуального развития опытом [63]. Таким образом, с возникновением гомойотермии в суточном цикле поведения птиц и млекопитающих появляются состояния бодрствования («неободрствование»), МФС и БФС («археободрствование»). Этой новой гипотезой М. Жуве пытается обосновать важнейший «парадокс парадоксального сна»: почему данное, казалось бы, эволюционно древнее состояние не удается обнаружить у позвоночных, стоящих на ранних ступенях эволюционной лестницы.

Разделяя в целом взгляды М. Жуве на тесную взаимную зависимость эволюции сна и эволюции бодрствования, Риал с соавт. [93], проводя сравнительный анализ сна рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих, тем не менее пришел к заключению, что пассивное бодрствование рептилий гомологично не быстроволновому, а медленноволновому сну теплокровных. По нашему мнению, этот вывод о гомологии пассивного бодрствования рептилий и медленноволнового сна теплокровных весьма парадоксален. В контексте Риала речь может идти об аналогии этих состояний, сходных по своим внешним проявлениям, а не об их гомологии как состояний, имеющих единство происхождения.

Наши данные об этапах развития сна в подтипе позвоночных, подтвержденные онтогенетическими данными и данными клинической и экспериментальной патологии, доказывают, что МФС и БФС млекопитающих произошли не из бодрствования, а сформировались из «древних» сноподобных состояний покоя и активности, которые имели место на фоне протосна рыб и амфибий [1-5, 16-18, 21, 23]. При этом бодрствование теплокровных является продуктом прогрессивного развития активного и пассивного бодрствования холоднокровных животных, а не их сна.

Эволюцию сна и его фаз действительно необходимо рассматривать в неразрывной связи с эволюцией бодрствования и его эффективностью, поскольку несомненен тот факт, что основным назначением сна является восстановление функциональных систем организма, которые интенсивно работали во время бодрствования. Эта восстановительная функция сна является очень важным приобретением для всего животного мира. Ежедневное состояние покоя пойкилотермных позвоночных (как и покоя у насекомых) в их активный период жизнедеятельности обычно рассматривают как состояние противоположное состоянию активности (бодрствованию). При этом ежедневное состояние покоя пойкилотермных рассматривается как простая адаптация к геофизическим циклам, которая возникает в суточном цикле поведения животного в связи с необходимостью восстановления сил, нервных реакций, обменных процессов. У теплокровных эта восстановительная функция сна становится не единственным назначением сна. Наличие просто элементарного покоя не может дать теплокровным никаких дополнительных преимуществ по сравнению с холоднокровными. Ведь главной детерминантой для развития большинства новых функциональных аспектов ЦБС в восходящем ряду позвоночных становится формирование эффективного бодрствования с его новыми, сложно организованными сторонами. Многостороннее развитие и усложнение состояния бодрствования, расширение его временных границ, естественно, способствует усложнению также и механизмов регуляции сна. Последовательные прогрессивные эволюционные преобразования мозга холоднокровных приводят к появлению у млекопитающих многослойной коры, гиппокампа и базальных ганглиев. Так, у млекопитающих наряду с эволюционно более древней гипоталамо-палиокортикальной системой интеграции сна формируется новая таламо-неокортикальная система, а у птиц - таламо-неост-риатальная система [4, 5, 8, 14-16, 20, 21, 23]. Появление новых интегративных механизмов мозга изменяет и характер пассивно-оборонительных форм обездвиженности (покоя) пойкилотермных: направленно усложняется структура сна. При этом прогрессивно развивается только одна из форм обездвиженности -покой типа катаплексии. Это состояние наиболее эффективно сочетает в себе восстановительные реакции как в отношении ЦНС, так и всего организма в целом (отдых всего тела и расслабление антигравитационных мышц) [14-16, 20, 23]. При этом у теплокровных появляются новые функциональные аспекты сна, которые дополняют тривиальную функцию «сна» холоднокровных как состояния восстановительного покоя. Сон теплокровных превращается в сложно организованное состояние, состоящее из двух фаз: МФС и БФС. Наряду со своей фундаментальной восстановительной и энергосберегающей функцией сон теплокровных приобретает новые, дополнительные характеристики: регуляцию психических и эмоциональных процессов, антистрессорную, иммунопро-текторную и другие функции [34, 45, 47, 53, 67-70, 79, 86]. На поведенческом, системном, клеточном и даже на генетическом уровнях показана роль сна в процессах обучения и запоминания. Известно, что продолжительность сна и особенно БФС резко возрастает на фоне решения тех или иных сложных задач, и наобо-

рот, лишение сна ослабляет эффективность решения задач и процессы запоминания [47, 67, 79, 108]. В этих работах описываются также нейрофизиологические механизмы, участвующие в процессах консолидации следов памяти. Они подразумевают активное включение в эти процессы запоминания таламокортикальных и гиппокампо-неокортикальных сетей. Одним из путей консолидации и оптимизации памяти во время сна является формирование новых более устойчивых комплексов нейромедиаторной и нейрогормональной секреции в отдельных стадиях сна, но в особенности в БФС. Так, показано, что в БФС на фоне запоминания активизируются пластические процессы в тех отделах мозга, которые лежат в основе формирования долгосрочной памяти. Об этом может свидетельствовать модуляция синтеза белков в гиппокампо-неокорти-кальных областях во время сна. Кроме этого, экспериментально установлено, что в состоянии сна имеет место усиление экспрессии генов, которые вовлечены в процессы нейрональной пластичности. Все это указывает на присоединение к активной восстановительной функции сна млекопитающих новых эволюцион-но молодых дополнительных функций.

В связи с этим следует отметить, что протосон и промежуточный сон амфибий и рептилий не несут подобных функциональных нагрузок и их роль ограничивается, главным образом, только восстановительной функцией. Об этом свидетельствует увеличение содержания белков и РНК в клетках преоптической области гипоталамуса, которое было обнаружено только в состояниях гомологичных медленноволновому сну млекопитающих [18, 21].

Особенности патологии сна (эволюционный подход).

Уже не вызывает сомнения тот факт, что при патоло -гии ЦНС человека ЦБС становится первой мишенью болезни [11, 13]. Иногда нарушения сна являются даже первыми доклиническими симптомами наступившей патологии. Самыми первыми признаками нарушения ЦБС являются изменение его временной структуры и соотношений бодрствования и сна. Нарушаться мо -жет также структура МФС и БФС. Так, на фоне нарколепсии у больных заметно снижается доля глубоких стадий МФС (стадии 3 и 4) [21, 22, 40]. На этом фоне возрастает доля поверхностных стадий сна. При этом сон изобилует активационными феноменами, которые проявляются выраженной альфа-активностью на ЭЭГ. При шизофрении имеет место еще более глубокое нарушение ЦБС. В нем на фоне глубокого нарушения структуры сна и МФС, в частности, проявляются эпизоды каталепсии [28, 30].

Анализ литературы и наших экспериментальных и клинических исследований обнаружил одну особенность нарушения сна - это особо высокая чувствительность БФС к той или иной патологии ЦНС. Так, на фоне самых различных форм воздействия (стрес-сорное, введение тяжелых металлов и др.) и при таких формах патологии ЦНС, как болезнь Паркинсона, синдром Жиля де ля Туретта, шизофрения, эпилепсия, БФС становится первой мишенью патологии. Эта фаза сна страдает первой: она редуцируется и даже временно полностью исчезает из ЦБС [10, 13, 21, 22, 28 30, 40]. Высокая «чувствительность» БФС к патологии, казалось бы, свидетельствует о том, что эта фаза

сна является эволюционно более «молодой» по сравнению с МФС. Ведь согласно эволюционным взглядам Орбели и других эволюционистов [11, 27, 35, 36], при патологии ЦНС прежде всего страдают эволюционно наиболее молодые функции. Однако тот факт, что восстановление временной структуры БФС при патологии все же происходит только после полноценного восстановления МФС, подтверждает гипотезу о том, что обе фазы сна развиваются в эволюции взаимосвязанно и взаимозависимо. Так, функционирование низших центров запуска МФС в ядре солитарно-го тракта и в ядрах шва реципрокным образом связано с активностью педункулопонтийного и латеродор-зального тегментального ядер, которые обеспечивают в ходе сна запуск БФС и периодическое «подбужива-ние» организма, предотвращая чрезмерное углубление медленноволнового сна. Развитие телэнце-фальных отделов мозга обуславливает последующую эволюцию МФС. На этом этапе эволюционного развития МФС обеспечивает восстановление функционирования нейронов промежуточного и переднего мозга во время сна после их активной работы в период бодрствования. БФС при этом, наряду с выполнением своей основной функции «подбуживания», начинает выполнять более сложные задачи, связанные с функционированием нейрональных ансамблей промежуточного и переднего мозга, имеющие отношение к разрядке эмоционального напряжения и к консолидации следов памяти в процессе обучения [30, 67]. Не исключено, что эти новые функции БФС обеспечиваются модулирующими кортикостриатными влияниями на деятельность педункулопонтийного и лате-родорзального тегментального ядер [37].

Взаимодействие трех основных интегративных систем головного мозга в ЦБС теплокровных и холоднокровных.

Эволюцию цикла бодрствование-сон в подтипе позвоночных следует рассматривать в неразрывной связи с критическими этапами развития ЦНС позвоночных, предложенными А. И. Карамяном [14]. Автор выделял пять таких уровней развития: I) спинномозговой, характерный для бесчерепных; II) мезэнцефало-бульбарный - для круглоротых; III) мозжечково-среднемозговой - для рыб; IV) диэнце-фало-телэнцефальный - для амфибий и рептилий и V) неокортикальный - для млекопитающих. В связи с тем что в процессе засыпания и при переходе к разным стадиям сна имеет место постепенное изменение различных уровней регуляции двигательной активности, следует упомянуть также представления Н. А. Бернштейна о морфофункциональной организации различных уровней двигательной активности [9]: руброспинальный уровень регуляции, который осуществляет общие позные движения; таламопали-дарный, осуществляющий координацию активности мышечных групп; пирамидостриальный, координирующий отдельные движения конечностей; темен-нопремоторный, регулирующий тонкие двигательные акты, и, наконец, высший кортикальный уровень для осуществления таких тонких двигательных актов, как речь и письмо. Известно, что выключение вышеперечисленных уровней организации движений в процессе засыпания у человека происходит в обратном порядке. Корреляционную зависимость функцио-

нальных состояний организма в ЦБ С млекопитающих с эволюционно сложившимися уровнями интеграции ЦНС мы неоднократно подчеркивали в предыдущих работах [28, 29, 31-33].

Выделяя телэнцефальный, диэнцефальный и буль-барный, или стволовый уровни интеграции цикла бодрствование-сон, Пармеджиани и Вейн считали, что у млекопитающих в состоянии бодрствования доминирует активность телэнцефального отдела ЦНС над активностью диэнцефального и бульбарного отделов головного мозга [11, 83, 86]. В МФС доминирует активность диэнцефального отдела, а в БФС доминирующей оказывается активность стволового отдела. В связи с тем что при переходе животных в сон происходит перестройка в функционировании различных уровней интеграции ЦНС, при которой растормаживается деятельность филогенетически более древних интегративных систем, можно предположить, что в процессе углубления и развития сна каждый раз происходит своеобразная обратимая «функциональная диссолюция» сна [12, 29, 31, 32].

В наших исследованиях на холоднокровных было показано, что в основе регуляции ЦБС пойкилотер-мных лежат те же стволовые и диэнцефальные отделы ЦНС, что и у теплокровных [18, 20, 23]. Так, при разрушении переднего гипоталамуса (интактным оставался задний отдел гипоталамуса) в ЦБС амфибии (травяная лягушка) доминировало (80%) состояние обездвиженности типа кататонии (П-2), временные характеристики бодрствования оставались в тех же границах и составляли 20% от всего времени суточной регистрации. Из ЦБС полностью исчезали состояния обездвиженности типа каталепсии (П-1 и катаплек-сии (П-3). Разрушение же заднего отдела гипоталамуса (интактным оставался передний отдел) вызывало исчезновение из ЦБС состояний бодрствования и П-2. Животные при этом находились только в двух функциональных состояниях - П-3 (68%) и П-1 (32%) [18, 21, 23]. Все это позволило предположить, что ре-

гуляция ЦБС уже на уровне амфибий находится под контролирующим влиянием гипоталамуса. При этом преоптической области гипоталамуса принадлежит основная роль в регуляции «древних» форм пассивно-оборонительного поведения, в том числе функционального предшественника сна - П-3. Таким образом, гипоталамус можно считать одной из самых древних систем интеграции ЦБС позвоночных [16, 18, 19, 21, 23]. У теплокровных (птицы) разрушение переднего отдела гипоталамусапролонгировало состояние медленноволнового сна (76% вместо 45% в контрольных экспериментах). При этом состояние каталепсии исчезало и ЦБС (в контроле она составляла 18% от времени регистрации) [16, 23]. Разрушение задней гипоталамической области приводило к увеличению суммарной длительности сна, однако у оперированных животных наблюдалось отчетливо выраженное состояние обездвиженности типа каталепсии [23]. У млекопитающих (кошка) билатеральное разрушение преоптического гипоталамуса вызывало длительную редукцию глубокого медленноволнового сна [98]. При этом значительно увеличивалась продолжительность бодрствования. Приведенные данные служат в определенной степени подтверждением взглядов Пармеджиани и Вейна о взаимодействии стволовых, диэнцефальных и переднемозговых (телэнцефаль-ных) отделов ЦНС в цикле бодрствование-сон.

Анализ взаимодействия центральных механизмов регуляции бодрствования и сна теплокровных, а также бодрствования и протосна холоднокровных (амфибии) позволяет предположить, что в ЦБС все вышеперечисленные интегративные системы головного мозга и у холоднокровных, и у теплокровных функционируют однотипно.

Эти данные позволяют понять механизмы организации ЦБС у позвоночных, а также выявить патогенетические факторы его нарушений и механизмы его приспособления к экологическим условиям [21, 22, 28-30, 40].

литература

1. Аристакесян Е.А. Сравнительный нейрофизиологический анализ цикла бодрствование-сон в раннем постнатальном онтогенезе у крыс и морских свинок // Ж. эвол. биохим. и физиол. -1997. - Т. 33 - С. 622-629.

2. Аристакесян Е.А. Эволюционные аспекты взаимодействия сна и стресса: фило-онтогене-тический подход / / Ж. эвол. биохим. и физиол. -2009. - Т. 45. - С. 598-611.

3. Аристакесян Е.А. Фило- и онтогенетические параллели эффектов депривации сна // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1999. - Т. 35. - С. 389-395.

4. Аристакесян Е.А., Карманова И.Г. Некоторые примеры рекапитуляции филогенетических этапов формирования цикла бодрствование-сон в онтогенезе млекопитающих // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1998. - № 4. - С. 492-501.

5. Аристакесян Е.А., Карманова И.Г. Развитие активированной фазы сна в фило- и онтогенезе / / Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1995. -Т. 31. - С. 346-365.

6. Аствацатуров М.И. Краткий учебник нервных болезней. - М.-Л.: Госиздат, 1929.

7. Бархатова в.П. Нейротрансмиттеры и экстрапирамидная патология. - М.: Медицина, 1988. - С. 4-23.

8. Белехова М.Г. Таламо-кортикальная система рептилий (афферентная организация, межцентральные взаимоотношения и филогенетическая интерпретация. - Л.: Наука, 1977.

9. Бернштейн Н.А. О построении движений. -М.: Медгиз, 1947.

10. ватаев С.И., Мальгина Н.А., Оганесян Г.А. Влияние кадмия на структуру суточного цикла

бодрствование-сон и ЭЭГ у крыс линии Вис-тар / / Ж. эволюц. биохим. и физиол. - 1994. -Т. 30. - С. 408-419.

11. Бейн А.М., Елигулашвили Т.С., Полуэк-тов М.Г. Синдром апноэ во сне. - М., Эйдос Медиа, 2002.

12. Бойно-Ясенецкий А.Б. Первичные ритмы возбуждения в онтогенезе. - Л.: Наука, 1974.

13. Голубев Б.Л., Левин Я.И., Бейн А.М. Болезнь Паркинсона и синдром паркинсонизма. -М.: Медпресс, 1999.

14. Карамян А.И. Функциональная эволюция мозга позвоночных. - Л.: Наука, 1970.

15. Карамян А.И. Эволюция конечного мозга позвоночных. - Л.: Наука, 1976.

16. Карманова И.Г. Эволюция сна: этапы формирования цикла «бодрствование-сон» в ряду позвоночных. - Л.: Наука, 1977.

17. Карманова И.Г Первичный сон позвоночных и его роль в генезе гипобиоза и зимней спячки млекопитающих // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1984. - Т. 20. - С. 49-52.

18. Карманова И.Г. Новое об особенностях сна и организации цикла бодрствование-сон холоднокровных позвоночных // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1996. -Т. 32. - С. 511-535.

19. Карманова И.Г., Аристакесян Е.А., Писка -рева Т.Б. Динамика изменения температуры мозга и шейных мышц в цикле бодрствование-сон у зимоспящих и незимоспящих млекопитающих // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1997. - Т. 33. -С. 484-491.

20. Карманова И.Г., Аристакесян Е.А., Шиллинг Н.Б. Нейрофизиологический анализ гипоталамических механизмов регуляции первичного сна и гипобиоза // Докл. АН СССР. - 1987. - Т 294, № 1. - С. 245-248.

21. Карманова И.Г., Оганесян Г.А. Физиология и патология цикла бодрствование-сон: эволюционные аспекты. - СПб.: Наука. - 1994. - 200 с.

22. Карманова И.Г, Разумов Б.М., Яхно Н.Н. Разработка эволюционных принципов анализа дезинтеграции цикла бодрствование-сон / / Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1987. - Т. 23, № 1. - С. 133-140.

23. Карманова И.Г., Хомутецкая О.Е., Шиллинг Н.В. Сравнительно-физиологический анализ эволюции сна и механизмов его регуляции / / Усп. физиол. наук. - 1981. - Т. 12, № 2. - С. 3-20.

24. Кроль М.Б. Невропатологические синдромы. - М.-Л.: Биомедгиз, 1936.

25. Леонтович Т.А. Эфферентные нейроны стриатума мозга млекопитающих и их пространственное расположение. Стриарная система и поведение в норме и патологии. - Л.: Наука, 1984. - С. 110-120.

26. Мухаметов Л.М. Сравнительная физиология млекопитающих. Итоги науки и техники (физиология животных). - М.: ВИНИТИ, 1986. Вып. 31. - С. 111-137.

27. Наточин Ю.В. Проблемы эволюционной физиологии водно-солевого обмена. - Л.: Наука, 1984.

28. Оганесян Г.А., Карманова И.Г, Шус-тин Б.А. и др. Эволюционно-диссолюционный

анализ цикла бодрствование-сон при болезни Жиля де ла Туретта // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1996. - T. 32. - С. 478-487.

29. Оганесян Г.А., Аристакесян Е.А., Карманова И.Г., Евсюкова И.И. Проявления диссо-люции центральной нервной системы в цикле бодрствование-сон у млекопитающих / / Ж. эвол. биохим. и физиол. - 2003. - Т. 39. - С. 618-624.

30. Оганесян Г.А., Камбарова Д.К., Добек

B.А., Титков Е.С., Жерновая Н.Н., Оганесян

C.Г. Диссолюция цикла бодрствование-сон у больных кататонической формой шизофрении // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 2009. -Т. 45. - С. 412-424.

31. Оганесян Г.А., Романова И.В., Аристакесян Е.А. и др. Дофаминергическая система телэнце-фало-диэнцефальных отделов головного мозга позвоночных в организации цикла бодрствование-сон // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2007. - Т. 94. - С. 1071-1091.

32. Оганесян Г.А., Романова И.В., Аристакесян Е.А. и др. Диэнцефало-телэнцефальные изменения активности тирозингидроксилазы у крыс и травяных лягушек при депривации сна // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 2008. - Т. 44. -С. 250-257.

33. Оганесян Г.А., Романова И.В., Глазова М.В. и др. О механизмах участия возбуждающих ней-ротрансмиттерных систем переднего мозга в регуляции двигательной активности позвоночных. Актуальные проблемы интегративной деятельности и пластичности нервной системы. - Ереван: Гитутюн, 2009. - С. 231-235.

34. Ониани Т.Н. Парадоксальный сон и регуляция мотивационных процессов // Нейрофизиология мотиваций, памяти и цикла бодрствование-сон. - Тбилиси: Мецниереба, 1985. - С. 9-58.

35. Орбели Л.А. Лекции по физиологии нервной системы (1935) // Избр. труды. Т. 2. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1962. - С. 57-275.

36. Орбели Л.А. Основные задачи и методы эволюционной физиологии (1958) // Избр. труды. T. 1. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961. - С. 59-68.

37. Силькис И.Г. Гипотетический механизм взаимовлияний нейромодуляторов при парадоксальном сне // Нейрохимия. - 2006. - T. 23. -С. 299-309.

38. Чурносов Е.В. Ритмическая составляющая ЭЭГ 8-12 Гц как коррелят обездвиженности типа каталепсии // Ж. эвол. биохим. и физиол. -1974. - Т. 10. - С. 610-616.

39. Элиава М.И., Аристакесян Е.А. Эффекты шестичасовой тотальной депривации сна на цикл бодрствование-сон крыс в разные сроки онтогенеза // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 1998. - № 2.

- С. 202-211.

40. Яхно Н.Н., Вейн А.М, Карманова И.Г. Разумов В.М. Клинико-электрофизиологическое исследование нарколепсии (эволюционно-диссо-люционный подход) // Журн. невропат. и психиат.

- 1988. - Т. 88. - № 11. - С. 20-24.

41. Alisson N, CocchettiD. Vol. Sleep in mammals: ecological and constitutional correlates. / / Science.

- Vol. 194. - P. 732-734.

42. Allison T., Van Twyver H., Goff W.R. Electrophysiological studies of the echidna, Tachyglossus aculeatus. I. Waking and sleep // Arch. Ital. Biol. - 1972. - Vol. 110. - P. 145-184.

43. Barceloa P., Esteban S. Evolution of wakefulness, sleep and hibernation: from reptiles to mammals // Neuros. Biobehav. Rev. - 2010. -Vol. 34. - P. 1144-1160.

44. Baron G. Encephalization: Comparative studies of brain size and structure volume in mammals // Evolution of nervous systems: a comprehensive reference. Vol. 3. - Amsterdam, Boston ets., 2007.

45. Berger R.J., Phillips N.H. Energy-conservation and sleep // Behav. Brain Res. - 1995. - Vol. 69. - P. 65-73.

46. Borbely A.A., Neuhaus H.U. Sleep-deprivation: effects on sleep and EEG in the rat // J. Comp. Physiol. - 1979. - Vol. 133. - P. 71-87.

47. Born J., RaschB., Gais S. Sleep to remember // Neuroscientist. - 2006. - Vol. 12. - P. 410-424.

48. Broughton R. Phylogenetic evolution of sleep systems // The sleeping brain. Perspectives in the brain sciences / M.H. Chase (Ed). - Los Angeles: Univ. of California, 1972. - P. 19-24.

49. Butler A.D. The evolution of the dorsal pallium in the telencephalon of amniotes: Cladistic analysis and a new hypothesis // Brain Res. Rev. -1994. - Vol. 19. - P. 66-101.

50. Campbell S.S, Tobler I. Animal sleep. Review of sleep duration across phylogeny // Neurosci. Biobehav. Rev. - 1984. - Vol. 8. - P. 269-300.

51. Capelellini I., Barton R.A., McNamara P., Preston B.T. Phylogenetic analysis of the ecology and evolution of mammalian sleep // Evolution. -2008. - Vol. 62. - P. 1764-1776.

52. ElgarM.A., Pagel M.D., Harvey P.H. Sleep in mammals // Anim. Behav - 1988. - Vol. 36. - P 1407-1419.

53. Everson C, Gilliand M, Kushida C. et al. Sleep deprivation in the rat: recovery / / Sleep. -1989. - Vol. 12. - P. 60-67.

54. Franken P., Dijk D.-J., Tobler I., Borbely A.A. Sleep deprivation in rats effects on EEG power spectra, vigilance states and cortical temperature // Amer. J. Physiol. - 1991. -Vol. 261. - P. R198-R208.

55. Gramsbergen A., SchwatzeP., Prechtl H.F.R. The postnatal development of behavioral states in the rat. - Dev. Psychobiol. - 1970. - Vol. 3. - P. 267-280.

56. Hobson J.A. Electrographic correlates of behaviour in frog with special reference to sleep // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. - 1967. -Vol. 22. - P. 113-121.

57. Hobson J.A. Sleep is of the brain, by the brain and for the brain // Nature. - 2005. - Vol. 437. -P. 1254-1256.

58. Inoue S. Behavioral versus telencephalic sleep // WFSRS Newsletter. - 1995. - Vol. 4. - P. 11-12.

59. Ioffe S., Jansen A.H., Russel S.J., Chernick Vol. Sleep wakefulness and the monosynaptic reflex in fetal and newborn lambs // Pfluger Arch. - 1980. -Vol. 388. -P. 149-157.

60. Jackson J.H. Evolution and dissolution of the nervous system. 1884. P. 732; no:

J. Taylor (ed.) Selected writings of John Hughlings Jackson. Vol. 1. - London: Hodder and Stoughton, 1931. - P. 3-36.

61. JonesB.E. Paradoxical sleep and its chemical/ structural substrates. - Neurosci. - 1991. - Vol. 40. -P. 637-656.

62. Jouvet M. Telencephalic and rhombencephalic sleepinthecat//Thenatureofsleep. - London: 1961.-P. 188-206.

63. Jouvet M. How sleep was dissociated into two states: telencephalic and rhombencephalic sleep? / / Arch. Ital. Biol. - 2004. - Vol. 142. - P. 259-274.

64. Jouvet-Mounier D., Astic L., Lacote D. Ontogenesis of the sleep in rat, cat and guinea pig during the first postnatal month / / Develop. Physiol. - 1969. - Vol. 2. - 216-239.

65. Kaplan W.D., Trout III W.E. The behavior of four neurological mutants of drosophila // Genetics. - 1969. - Vol. 61. - P. 399-409.

66. Karni A, Tanne D., Rubenstein B.S. et al. Dependence on REM sleep of overnight improvement of a perceptual skill // Science. -1994. - Vol. 265. - P. 679-682.

67. Kavanau J.L. Memory, sleep and the evolution of mechanisms of synaptic efficacy maintenance / / Neurosci. - 1997. - Vol. 79. - P. 7-44.

68. Kavanau J.L. Origin and evolution of sleep: roles of vision and endothermy // Brain Res. Bull.

- 1997. - Vol. 42. - P. 245-264.

69. Kavanau J.L. Sleep researchers need to bring Darwin on board: elucidating functions of sleep via adaptedness and natural selection // Medical Hypotheses. - 2004. - Vol. 62. - P. 161-165.

70. Kavanau L.J. REM and NREM sleep as natural accompaniments of the warm-bloodness // Neurosci. Biobehav. Rev. - 2002. - Vol. 26. -P. 889-906.

71. Kleitman N. Sleep and wakefulness. -Chicago-London: Univ. Chicago Press., 1963.

72. KumeK., KumeS., Park S.K., Hirsh J., Jackson F.R. Dopamine is a regulator of arousal in the fruit fly // J. Neurosci. - 2005. - Vol. 25. - P. 7377-7384.

73. Lancel M., Kromer S., Neumann I.D. Intracerebral oxytocin modulates sleep-wake behaviour in male rats // Regul. Pept. - 2003. -Vol. 114. - P. 145-152.

74. Lesku J.A., Roth T.C.2-d, Amlaner C.J., Lima S.L. A phylogenetic analysis of sleep architecture in mammals: the integration of anatomy, physiology, and ecology // Am. Nat. - 2006. - Vol. 168. - P. 441453.

75. Lesku J.A., Roth T.C., RattenborgN.C., Lima S.L. History and future of comparative analysis in sleep research // Neurosci. Biobehav. Rev. - 2009.

- Vol. 33. - P. 1024 -1036.

76. Lyamin O.I., Manger P.R., Ridgway S.H. et al. Cetacean sleep: an unusual form of mammalian sleep // Neurosci. Biobehav. Rev. - 2008. - Vol. 32.

- P. 1451-1484.

77. Lyamin O.I., Muchametov L.M., Sigel D.M. Behavioral and physiological adaptations of aquatic mammals for sleep in the water environment / / Marine Mammals of the Holarctic. - 2006. - P. 334-337.

78. Lyamin O.I., Mukhametov L.M., Siegel J.M.

Relationship between sleep and eye state in Cetaceans and Pinnipeds // Arch. Ital. Biol. -2004. - Vol. 142. - P. 557-568.

79. Maquet P. The role of sleep in learning and memory // Science. - 2001. - Vol. 294. - P. 1048-1052.

80. Meddis R. The evolution of sleep. In: Sleep mechanisms and functions in human and animal -an evolutionary perspective / A. Mayes (Ed.). -Berkshire, England: Van Nostrand Reinhold, 1983. - P. 57-106.

81. Monastirioti M. Biogenic amine systems in the fruit fly Drosophila Melanogaster // Microscopy Research and Technique. - 1999. -Vol. 45. - P. 106-121.

82. Nicol S.C., Andersen N.A., Phillips N.H., Berger R.J. The echidna manifests typical characteristics of rapid eye movement sleep // Neurosci. Lett. - 2000. - Vol. 283. - P. 49-52.

83. NicolauM.C., Akaarir M, GamundiA. et al. Why we sleep: evolution pathway to the mammalian sleep / / Proq. Neurobiol. - 2000. - Vol. 62. - P. 379-406.

84. Nitz D.A., Swinderen van B., Tononi G, Greenspan R.J. Electrophysiological correlates of rest and activity in Drosophila melanogaster // Curr. Biol. - 2002. - Vol. 12. - P. 1934-1940.

85. Parmeggiani P.L. Interaction between sleep and thermoregulation: an aspect of the control of behavioral states // Sleep. - 1987. - P. 426-435.

86. Parmeggiani P.L. Regulation of physiological functions during sleep in mammals / / Experientia. -1982. - Vol. 38. - P. 1405-1408.

87. PrestonB.T., CapelliniI., McNamara P, Barton R.A., Nunn C.L. Parasite resistance and the adaptive significance of sleep // BMC Evol. Biol. - 2009. - 9:7.

88. Rattenborg N.C. Evolution of slow-wave sleep and palliopallial connectivity in mammals and birds: a hypothesis / / Brain Res. Bull. - 2006. -Vol. 69. - P. 20-29.

89. Rattenborg N.C., Amlaner C.J. Phylogeny of sleep // Sleep Medicine / T. Lee-Chiong, M. Sateia, M. Carskadon (Eds.). - Philadelphia, 2002. - P. 7-22.

90. Rattenborg N.C., Amlaner C.J, Lima S.L. Unilateral eye closure and interhemispheric EEG asymmetry during sleep in the pigeon (Columba livia) // Brain Behav. Evol. - 2001. - Vol. 58. -P. 323-332.

91. Rechtshaffen A., Bergmann B.M., Everson C.A. et al. Sleep deprivation in the rat: I. Conceptual issues // Sleep. - 1989. - Vol. 12. - P. 1-4.

92. Rechtshaffen A., Gilliland M.A, Bergmann B.M., Winter J.B. Physiological correlates of prolonged sleep deprivation in rats // Science. - 1983. - Vol. 221. - P. 182-184.

93. Rial R.Vol, Nicolau M.C, Gamundi A. et al. The trivial function of sleep / / Sleep Med. Rev - 2007. -Vol. 11. - P. 311-325.

94. Ribero S, Nicoleulis M.A.L. The evolution of neural systems for sleep and dreaming // In Evolution of nervous system. A comprehensive reference / Eds. J.H. Kaas, L. Krubitzer et al. -Amsterdam, Boston, Heidelberg etc.: Acad Press, 2007. - P. 451-464.

95. Roth II I.C., Lescu J.A., Amlander Ch.J., Lima S.L. A phylogenetic analysis of the correlates of sleep in birds // J. Sleep Res. - 2006. - Vol. 15. -P. 395-402.

96. Ruckebusche Y. Development of sleep and wakefulness in the fetal lamb / / Electroenceph. Clin. Neurophysiol. - 1972. - Vol. 32. - P. 119-128.

97. Savage van M, West G.B. A quantitative, theoretical framework for understanding mammalian sleep // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2007. - Vol. 104, No. 3. - P. 1051-1060.

98. Shoham S, Blatteis C, Kruegen J. Effects of preoptic area lesions on muramyl dipeptide-induced sleep and fever // Brain Res. - 1989. - Vol. 476. -P. 396-399.

99. Siegel J.M. Do all animals sleep? //Trends Neurosci. - 2008. - Vol. 31. - P. 208-213.

100. Siegel J.M. The neurotransmitters of sleep // J. Clin. Psychiatry. - 2004. - Vol. 65, Suppl 16. - P. 3-7.

101. Siegel J.M, Manger P.R., Nienhuis R. et al. Monotremes and the evolution of rapid eye movement sleep // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. - 1998. - Vol. 353. - P. 1147-1157.

102. Sleep: Neurotransmitters and Neuromodulators / Ed. Wauquier A.N. - N.-Y.: Raven Press, 1985.

103. Stephenson R, Chu K. M, Lee J. Prolonged deprivation of sleep-like rest raises metabolic rate in the Pacific beetle cockroach, Diploptera punctata (Eschscholtz) // J. Exper. Biol. - 2007. - Vol. 210. -P. 2540-2547.

104. Steriade M, Mc Carley R.W. Brainstem control of wakefulness and sleep. - 2001. - N.-Y.: Plenum Press.

105. ToblerI., Stalder J. Rest in scorpion - a sleeplike state // J. Comp. Physiol. -1988. - Vol. 163. -P. 227-235.

106. Vasilescu E. Phylogenetic and general remarks on sleep // Rev. Roum. Morphol. Embriol. Physiol. - 1983. - Vol. 20. - P. 17-25.

107. Verley R, Garma L. The criteria of sleep stages during ontogeny in different animal species. The Experimental stu'dy of human: Methodological problems. - Amsterdam: Elsevier, 1975. - P. 109-125.

108. WalkerM.P., Stickgold R. Sleep, memory and plasticity // Ann. Rev. Psychol. - 2006. - Vol. 57. -P. 139-166.

109. Zepelin H, Rechtshaffen A. Mammalian sleep, longitivity and energy metabolism / / Brain Behav. Evol.- 1974. - Vol. 10. - P. 425-470.

Публикуемая в журнале «Биосфера» статья «Патология почв и охрана биосферы планеты» (1989) относится к числу самых последних работ Виктора Абрамовича Ковды - выдающегося ученого-почвоведа, биогеохимика и мелиоратора, члена-корреспондента Академии наук СССР, профессора МГУ. Обладая очень широким спектром научных интересов и превосходным знанием состояния естественных наук, В. А. Ковда был особенно озабочен в последние годы своей жизни деградацией почвенного покрова Земли как неотъемлемой части ее биосферы. В научном центре биологических исследований РАН в Пущино В. А. Ковда организовал совместно с известным физиологом растений, членом-корреспондентом Академии наук СССР А. А. Нечипоровичем научно-дискуссионный клуб «Биосфера». Проходившие на заседаниях этого клуба доклады публиковались в виде серии брошюр на русском и английском языках под общим названием «Биосфера». Именно в этой серии был опубликован доклад В. А. Ковды «Патология почв и охрана биосферы планеты». В этом докладе очень убедительно обоснована необходимость научной разработки учения о «патологии почв», то есть учения о разных формах деградации почв и потери ими биологической продуктивности в результате процессов водной и ветровой эрозии, химического, биологического и радиоактивного загрязнения, физического переуплотнения, утраты почвенного гумуса и истощения элементами питания растений. За прошедшие с момента публикации доклада В. А. Ковды двадцать лет процессы деградации почв не прекратились, а следовательно не устранена угроза ухудшения экологических условий жизни человечества, да и всего живого на Земле. Поэтому предлагаемые в работе В. А. Ковды меры по прекращению процессов деградации почв и нарушению устойчивого функционирования биосферы не утратили своей актуальности.

Виктор Абрамович Ковда (1904-1991)

Академик Г.В. Добровольский

Заслуженный профессор Московского университета им. М.В. Ломоносова Почетный член Редакционной коллегии журнала «Биосфера»