До сих пор сон представляется загадочным состоянием, о природе которого спорят физиологи, химики, психологи и другие ученые мужи. По представлениям физиологов, которые приобрели популярность еще в XIX веке, сон возникает от того, что в вечернее время «кровь отливает от головы» — мозговым клеткам не хватает питания и они переключаются в режим торможения. Эта теория, активным поборником которой выступал французский физиолог Моссо, доказывалась опытом на кровати-весах. Когда человек, помещенный на эту кровать горизонтально, засыпал, головной конец кровати приподнимался. Но как выяснилось при дальнейшем наблюдении, через некоторое время сна кровь, наоборот, приливает к голове и изножье кровати приподнимается.
Откуда же объективно берется состояние сна? Почему в середине дня обычный человек совершенно не чувствует тяги ко сну, а ночью, даже на ответственном посту, готов все отдать за сладостные мгновения сна?
Главным фактором инициации сна является изменение взаимодействия двух систем нейронов головного мозга – активирующей и тормозящей. Активирующая система, которая состоит из 8 центров, обеспечивает стимуляцию корковых и подкорковых отделов мозга. Это необходимо для того, чтобы сохранять достаточный уровень сознания, быстро реагировать на меняющиеся обстоятельства, обеспечивать слаженную реакцию внутренних органов на эти изменения, получать и использовать информацию. Если активирующая система повреждается, например при мозговом инсульте, человек погружается в кому. Основными «переносчиками» информацию от активирующих центров к другим отделам мозга являются ацетилхолин, норадреналин, глутамат, гистамин и ряд других субстанций.
Центров, относящихся к синхронизирующей системе мозга, или «центров сна», значительно меньше. Два из них являются главными – они находятся в области переднего мозга и гипоталамуса и содержат универсальное тормозное вещество гамма-аминомасляную кислоту и важный для сна пептид галанин. Человек начинает испытывать сонливость тогда, когда центры сна начинают интенсивно работать и подавляют деятельность активирующих мозговых центров. В дальнейшем включается самоподдерживающийся механизм, когда мозг начинает отключать себя от внешних раздражителей, в то же время заставляя корковые нейроны генерировать электрическую активность, свойственную состоянию сна. После того, как мозг достаточное время проработает в режиме медленного сна, сложное взаимодействие нейронных ядер ствола мозга запускает быстрый сон. Окончание быстрого сна завершает первый цикл сна, после чего вся последовательность стадий сна повторяется.
Исследователи предполагают, что большую роль в процессах инициации сна (медленного сна) играют два дополнительных фактора: накопление в течение дня медиатора аденозина (медиатор усталости) и усиление в вечернее время импульсации от внутренних часов организма (супрахиазменных ядер). Кроме этого на вероятность возникновения сна влияет и накопление «гормона сна» мелатонина, продукция которого начинает возрастать с уменьшением светового потока извне (когда начинает темнеть).