Механизми за възникване на съня

Сънят се изследва основно от психологията и медицината. Фактите, че организмите прекарват всеки ден часове от времето си в сън и че лишаването от сън може да има катастрофални последици, демонстрират значението на съня. Функциите и механизмите на възникване на съня са доста сложни и само частично разбрани.  

Невроните (нервните клетки) в мозъка и мозъчния ствол произвеждат различни вещества, служещи за сигнализация между тях, наречени невротрансмитери. Те действат върху други групи неврони и по този начин действат върху възникването на съня и събуждането. Както преходът от будно състояние към сън, така и редуването на (бавновълновия сън) БВС и (парадоксалния сън) REM-сън, са резултат от активността на редица нервни центрове, които спадат към ретикуларната формация.

В мозъчния ствол са разположени ядрата на черепно-мозъчните нерви и редица големи ядра, някои от които са част от системата за регулация на двигателната дейност (на пример nucleus ruber), а други са сетивни подкорови ядра (на пример oliva rostralis). Тези ядра са изградени от плътно сиво вещество. Освен това през мозъчния ствол преминават нервни пътища, които представляват плътни снопове от паралелни аксони. Пространствата, които остават между изброените стволови структури, са изпълнени от рехаво сиво вещество, наречено ретикуларна формация (formatio reticularis). Това сиво вещество е съставено от разпръснати групички от неврони, между които минават множество нервни влакна и дендритни израстъци. На някои места нервните клетки са струпани по-нагъсто и така се оформят многобройните ядра на ретикуларната формация. Тези ядра обикновено не са ясно ограничени и отчасти се припокриват. Поради това понякога се говори не за ядра, а за зони на ретикуларната формация.

Невроните, които изграждат ретикуларната формация (РФ), са доста разнообразни. Те се различават не само по форма и размери, но и по медиаторите, които секретират и по функциите, които изпълняват. Част от ретикуларните неврони са сравнително големи и могат да генерират акционни потенциални с висока честота (до 500 Hz). Те имат дебели аксони, които се насочват главно към предните рога на гръбначния мозък. Тези неврони, някои от които са глутаматергични, а други GABA-ергични (отделят медиатор гама-аминомаслена киселина), вземат участие в регулацията на двигателната дейност и затова се наричат моторни (или сензомоторни) неврони. Друг вид неврони на ретикуларната формация се наричат модулаторни. Те не могат да предизвикат мускулно съкращение или някакво конкретно усещане, но могат да регулират (модулират) възбудимостта на огромен брой неврони, разположени в различни части на мозъка. Тези нервни клетки са малки или средно големи. Техните тънки аксони са силно разклонени, като част от разклоненията са низходящи, а други са възходящи и достигат чак до голямомозъчната кора. Медиаторите, които модулаторните неврони секретират, са главно моноамини (норадреналин, адреналин, допамин, серотонин, хистамин) или ацетилхолин. Срещат се и модулаторни неврони, които секретират γ-АМК или глутамат.

Нервните влакна, които провеждат информация към специфичните ядра на таламуса, дават колатерали към ретикуларната формация. Така информацията, която тръгва от сетивните рецептори, достига до голямомозъчната кора по два различни пътя – един специфичен път, който минава през някое от специфичните таламусни ядра и достига само до съответната сетивна корова зона и друг неспецифичен път, който минава през ретикуларната формация на средния мозък.

Неспецифичната проводна система се нарича възходяща ретикуларна активираща система (ВРАС). Често се използва и съкратеното означение РАС – ретикуларна активираща система. Нейната основна задача е непрекъснато да повишава възбудимостта на коровите неврони и по този начин да поддържа нивото на бодрост. Както казахме, модулаторните ретикуларни неврони имат спонтанна активност. Освен това те допълнително се възбуждат при всяко дразнене на сетивните рецептори. Колкото по-силно са възбудени ретикуларните неврони, толкова по-бодър е човек. При намаляване на честотата на акционните потенциали, които ВРАС провежда към кората, човек остава буден, но нивото на бодрост се понижава. При прекъсване на възходящите нервни влакна, които тръгват от ВРАС и се насочват към таламуса и кората, човек изпада в състояние, подобно на кома.

Кората също изпраща влакна към мезенцефалната ретикуларната формация, които възбуждат ретикуларните неврони. Така се получават кръгови връзки, чрез които отделни корови зони повишават нивото на бодрост на цялата кора, тоест чрез посредничеството на ВРАС кората може да възбуди сама себе си. Например, ако в резултат на продължителни разсъждения (процеси, които протичат в кората) достигнем до някаква важна мисъл, която силно ни вълнува, нашето ниво на бодрост значително ще се повиши.

Възникване на бавновълновия сън

В миналото възникването на БВС се е разглеждало като пасивен процес, който се дължи на умора на възходящата ретикуларна активираща система (ВРАС). Днес е известно, че както появата на БВС, така и редуването на БВС и REM-сън са активни процеси, които се регулират от няколко групи модулаторни неврони, разположени в РФ на мозъчния ствол, хипоталамуса и базалните участъци на предния мозък. Това не означава, че ВРАС запазва своята функция непроменена - по време на БВС активиращото действие на ВРАС върху кората значително отслабва, в резултат на задръжните влияния на някои от споменатите по-горе мозъчни структури и поради намаляване на потока от сетивна информация.

В зависимост от медиатора, който секретират, модулаторните неврони, имащи пряко отношение към възникването на съня, могат да се разделят на норадренергични неврони, серотонинергични неврони, хистаминергични неврони и холинергични неврони. Норадренергичните, серотонинергичните и хистаминергичните неврони се обединяват под названието аминергични неврони.

За възникването на БВС важна роля играят и някои GABA-ергични неврони, както и тези, които освен γ-АМК секретират и пептидния медиатор галанин. В тегментума на моста има и глутаматергични неврони. Между аминергичните и холинергичните неврони съществуват сложни двупосочни връзки. На пример серотонинергичните и норадренергичните неврони задържат холинергичните неврони, а между глутаматергичните и холинергичните неврони съществува положителна обратна връзка.

Будното състояние се характеризира с висока активност както на холинергичните, така и на аминергичните неврони и с наличието на равновесие между тях. По време на БВС активността на всички модулаторни неврони е ниска, но равновесието между тях се запазва. Това равновесие се нарушава, когато започне REM-сънят.

Преоптичната област на хипоталамуса (ХТ) произхожда (при ембрионалното развитие) от базалната част на теленцефалона. Вероятно поради това, определени групи неврони се срещат не само в най-предните части на хипоталамуса, но и в някои базални структури на предния мозък, чак до орбитофронталната зона. Такива са например задръжните (GABA-ергични) неврони, които по време на будно състояние непрекъснато генерират акционни потенциали. Техните аксони задържат друга група неврони, които са разположени главно в латералното преоптично ядро на ХТ. Те са също GABA-ергични, но техните пресинаптични разширения секретират освен γ-АМК и пептидния медиатор галанин. Аксоните на тези нервни клетки се разклоняват и се насочват в две посоки към хистаминергичните неврони в задната част на ХТ (в туберомамиларната област) и към РФ на мозъчния ствол. Когато човек е буден, първите неврони генерират непрекъснато акционни потенциали и задържат невроните в латералното преоптично ядро, които практически не функционират (не генерират потенциал), поради което хистаминергичните неврони в задната част на хипоталамуса са тонично възбудени. Техните аксони се отправят нагоре към таламуса и кората и поддържат нивото на бодрост. Пак поради същата причина активността на холинергичните и аминергичните неврони на мозъчния ствол е висока.

Възникване на парадоксалния сън

По време на бавновълновия сън активността на аминергичните неврони прогресивно намалява и към края на съответния бавновълнов период достига най-ниското си ниво. Заедно с това намалява и задръжното влияние, което те упражняват върху холинергичните неврони. В резултат на това активността на холинергичните неврони започва да се повишава. Активирането на холинергичните неврони се ускорява и от положителната обратна връзка между тях и глутаматергичните неврони на моста. Така равновесието между аминергичните и холинергичните неврони се нарушава в полза на последните, в резултат на което се получава REM-сън. За REM-съня е характерна високата активност на холинергичните неврони, която достига нива близки до тези, които се наблюдават при будно състояние. Същевременно активността на аминергичните неврони остава на доста ниско ниво.