В рамках итогового индивидуального проекта по биологии на тему "Сон. Влияние различных факторов на глубокий сон живых организмов" учащаяся 11 (10) класса изучила понятие "сон", подробно познакомилась с историей изучения сна, а также определила что происходит с организмом человека во время сна.

Подробнее о работе:

В научно-исследовательской работе по биологии на тему «Сон. Влияние различных факторов на глубокий сон живых организмов» обучающаяся 11 класса выяснила, что же на самом деле влияет на сон человека, а также провела изучение фаз и глубины сна человека с помощью умных часов, оформив на основании полученных данных журнал сна и построив график продолжительности фазы глубокого сна.

В содержании индивидуального исследовательского проекта о сне и влиянии различных факторов на глубокий сон живых организмов ученицей 11 класса отражены выводы о том, что продолжительность фазы глубокого сна уменьшается, если накануне человек употреблял тяжелую пищу, либо ужин был поздним и плотным, или что-то очень возбуждило нервную систему испытуемого.

Оглавление

Введение

1. История изучения сна
2. Определение сна
3. Значение сна в жизни человека
4. Фазы сна
5. Описание исследования

Заключение
Литература

Каждый человек, ребенок или взрослый, хотя бы раз в жизни, задавался весьма интересными вопросами: что такое сон и для чего все люди спят. Сон — это одна из базовых потребностей человека, без которой он не может обходиться. Сон нужен не меньше, чем воздух, вода или еда. Если не позволять человеку долгое время спать, он умрёт. Это было известно давно, но учёные не знали, почему именно так происходит. Древние люди придумывали ложные объяснения о сне, потому что не могли найти ответы на свои вопросы.

Поэтому сегодня я решила познакомиться с такой темой, как сон. Так же эта тема довольно актуальна в наше время, потому что она мало изучена и современным учёным предстоит много работы прежде чем они разберутся со исследования всеми загадками сна.

Цель: Изучить влияние различных факторов на сон животных и людей, а так же подтвердить гипотезу, что на качество сна могут влиять не только длительность самого сна, но и многое другое (питание, настроение, физическая и умственная нагрузка).

Задачи работы:

• Узнать и понять, что такое сон.
• Познакомиться с историей изучения сна.
• Изучить что происходит с организмом во время сна.
• Выяснить что все-таки влияет на сон человека.

Методы:

• Определение понятий.
• Анализ информации.
• Обобщение материала.
• Проведение и наблюдение эксперимента.

Сон всегда ассоциировался у людей с чем-то магическим. В древней Греции, в храмах посвященных богу врачевания Аскеплию, по снам “диагностировали” болезни. Связь сна со смертью упоминалась в древней мифологии. Гипнос - бог сна был братом Танатосу - богу смерти. Древние греки считали, что бог сна обитает на острове Лемнос. На острове есть пещера, перед которой цветут маки и растут травы, из сока которых мать Гипноса - богиня ночи Никта получает сон.

Пролетая над миром, Гипнос насылает сон на все живое. Около 350 года до новой эры великие мыслители задумывались над тем, что такое сон? Древнегреческий философ и врач Эмпедокл считал, что “сон происходит вследствие некоторого уменьшения тепла, содержащегося в крови”. По мнению великого натурфилософа Аристотеля, “непосредственная причина сна содержится в поедаемой нами пище, которая выделяет духи, перетекающие из нее в вены. Тепло тела направляет эти духи в голову, где они накапливаются и вызывают сонливость”.

Эти вопросы оставались бы не разрешенными ещё много лет, если бы учёные все это время не трудились не покладая рук. В 1849 году, немецкий физиолог Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон предположил, что мозг обладает электрогенными свойствами, то есть порождает слабые токи. Одним из первых ученых такие эксперименты на животных провела наша соотечественница М. М. Манасеина (1843–1903). По ее представлению, сон — необходимый процесс, присущий всем млекопитающим. В экспериментах она не давала спать щенкам, и примерно через пять бессонных суток они погибали.

Манасеина подробно описала физиологические изменения в организме и макро-анатомические признаки нарушения мозгового кровообращения и дегенерации клеток головного мозга. В конце 50-х годов ХХ века Мишель Жуве наблюдал и регистрировал электрофизиологические проявления парадоксального сна. Первым ЭЭГ (электроэнцефалография) собаки опубликовал ученый-физиолог Владимир Правдич-Неминский в 1913 году. Он совершил измерения без повреждения скальпа животных, с помощью струнного гальванометра— и это была революция.

Сон – неотъемлемая часть жизни.
Сон (лат.somnus) — функциональное состояние мозга и всего организма человека и животных, имеющее отличные от бодрствования специфические качественные особенности деятельности центральной нервной системы и соматической сферы, характеризующиеся торможением активного взаимодействия организма с окружающей средой и неполным прекращением (у человека) сознаваемой психической деятельности.

Да, определение довольно сложно, но из него сразу становится понятно, что во время сна снижается чувствительность, расслабляются многие мышцы, заторможены рефлексы.

Считается, что для полноценного отдыха взрослому человеку ежедневно необходимо восемь часов сна. Несложно посчитать, что эти восемь часов составляют треть суток, а треть суток день за днем вливается в треть жизни. Неудивительно что человечество задалось вопросом: “А зачем мы спим?” Действительно должны же быть какие-нибудь объективные причины, которые обосновывают необходимость сна, вероятно физическая усталость не играет решающую роль, ведь даже при отсутствии интенсивной физической нагрузки к концу дня хочется спать.

Окончательного ответа на этот вопрос нет, но ученые имеют несколько предположений. Первым исследователем получившим ответ на свой вопрос о важности сна стал французский суд в ХIХ веке. Приговоривший некого китайца к смерти путем лишения сна за убийство жены. Для исполнения наказания к мужчине приставили троих мужчин, для того чтобы они будили его. Через десять дней таких пыток убийца попросил казнить его, поскольку по его словам испытывал невыносимые муки.

Что же чувствует человек не спавший несколько дней? Дальнейшие эксперименты позволили выявить определенные закономерности реакции организма на отсутствие сна. В первые 3-4 дня без сна люди ощущают усталость и раздражительность. На пятые сутки ухудшается зрение и слух, нарушается координация движений, наблюдается рассеянность. Далее начинались галлюцинации и паранойя. Еще через пару дней возникают проблемы моторных функций, речи. В ряде экспериментов над животными было обнаружено, что отсутствие сна ослабляло иммунную систему, приводило к расстройству нервной системы и нарушению привычного для организма режиму работы внутренних органов и систем.

Это происходило из-за того, что во время сна области мозга переключаются на обработку сигнала от внутренних органов. Во время глубокого сна происходит «обновление» и оздоровление организма в целом, в том числе – центральной нервной системы. На этой стадии мозг «очищается» от вредных веществ и ненужной информации. Из него вымываются продукты метаболизма, а также обновляются связи между нервными клетками – слишком слабые или запредельно сильные удаляются, а хорошо работающие укрепляются.

Кроме того, когда мы глубоко спим, у нас образуются новые нервные клетки.
На стадии глубокого сна выделяется наибольшее количество гормона роста. Поэтому она имеет решающее значение для нормального развития ребенка, а также для восстановления организма взрослого человека после ежедневных стрессов и нагрузок.

Во сне мозг упорядочивает новую информацию, полученную в течение дня. Недостаток глубокого сна, восстанавливающего и питающего центральную нервную систему, негативно влияет на память и концентрацию внимания. Таким образом, глубокий сон необходим для обучения.

Также во время сна вырабатывается особый гормон мелатонин, без которого человек будет стареть в несколько раз быстрее. Сон выполняет целый комплекс защитных функций, вероятно, что сон дает возможность организму упорядочить архив воспоминаний и навыков, которые он получил в течение дня. Во сне выделяется большое количество гормонов и восстанавливаются силы и энергия.

Сон имеет две фазы и пять стадий. Фаза быстрого сна включает в себя четыре стадии, а фаза медленного сна всего лишь одну. Засыпая, человек последовательно проходит через все стадии.

Первая стадия засыпания (легкий сон). Это этап между сном и бодрствованием, происходит когда мозг начинает продуцировать тета-волны. Тета-волны(тета-фаза) – состояние очень глубокого расслабления или состояние глубокой медитации. При этом человек может испытывать странные ощущения известные как гипнагогические галлюцинации, ведения возникают в виде масок, чудовищ, насекомых и любых других физических объектов. Так же многие люди хотя бы раз испытывали чувство падения – гипнотический рывок. Организм постепенно расслабляется, мышцы вздрагивают, а глаза медленно двигаются. В этой стадии сна человека довольно легко разбудить. Длится 5-20 минут.

Вторая фаза - неглубокий сон. Здесь наблюдается больше тета-волн, а также что-то называемое сонными веретенами. Мышцы расслабляются, сердцебиение замедляется, температура тела незначительно снижается. Происходит восстановление физических ресурсов организма. Сонные веретена – всплески быстрой активности мозга. Мозг работает несколько возбужденно, обрабатывая всю информацию, которая к нему поступила за день. Исследователи полагают, что сонные веретена помогают подавлять определенные когнитивные процессы или восприятия, что бы мы сохраняли спокойное состояние во врем сна. Например, сонные веретена в некоторых частях мозга связаны со способностью людей спать сквозь громкие звуки.

Третья фаза – дельта сон. В каждой стадии сна с человеком происходят разные изменения, в третьей фазе мозг замедляет свою работу. Дыхание частое и поверхностное, артериальное давление снижено. Вырабатывается гормон роста – соматропин. Организм восстанавливается и пополняет запасы энергии. Вовремя нее активность практически прекращается, К-комплексы, возникают спонтанно или в ответ на сенсорные стимулы. Помогают с объединением памяти на основе сна, это означает что некоторые воспоминания переносятся в вашу долгосрочную память во время сна.

Четвертая фаза – медленный сон (глубокий сон). Это название она получила из-за того что мозговые волны очень медленные, они называются дельта волны. В этой фазе действительно трудно проснуться. Мышцы парализованы в это время. Это промежуточная стадия длящаяся несколько

Пятая фаза - “Быстрый сон” - это стадия быстрых движений глаз. Данная стадия напоминает состояние бодрствования. Пятая фаза быстрого сна – фаза сна, характеризующаяся повышенной активностью головного мозга, характерная особенность данной стадии является аномально быстрое движение глаз, это очень полезно так как в это время человек видит сны. Мышцы лица и конечностей сокращаются, кровяное давление характеризуется перепадами, дыхание становится нервным. Быстрый сон имеет ценность в том, что обеспечивает функции психологической защиты, синтез информации и обмен ее между сознанием и подсознанием.

ЗНАЧЕНИЕ СНА В ЖИЗНИ ЖИВОТНЫХ

Также проводили множество экспериментов над животными. Вскрытия показывают, что у крыс с принудительной бессонницей отказывает кишечник, и их начинают разъедать те же безобидные (для здорового организма) существа, которые остаются у нас на руках после поручней в метро. Крысы меняли цвет меха и кожи, худели и спустя две недели погибали. Достаточно было дать животному поспать, чтобы вернуть его к жизни, если состояние не было совсем безнадёжным.

По цепочке стало понятно, что дело не в проблемах с животом, а в изменениях работы мозга и иммунной системы, которые должны контролировать состояние органов, а не сидеть за сложнейшим пультом в духе Симпсона в его отсеке атомной станции. Современная наука нашла признаки сна даже у простейших червей. Правда, это не крошечный храп, а смена состояния бодрости и покоя — они могли бы постоянно ползать и принимать законы об интернете, но иногда подтормаживают. Иногда сложно понять, что такое сон у простейших мух, рыб и червяков, но если тревожить их в моменты, когда они наиболее спокойны, то следующий день они проведут вяло.

Раньше сон представляли чем-то вроде кнопкой «Выкл». Со временем появилась ремарка о том, что монотонный сон свойственен максимум хладнокровным, а у более развитых существ он устроен гораздо сложнее. Одними из животных, которые оказались на границе этого рубежа стали одни из ближайших «родственников» динозавров — крокодилы.

Крокодилий сон — достаточно спокойное состояние, мозг рептилии на любом отрезке ведёт себя одинаково, а любые всплески мгновенно ведут к пробуждению. Скорее всего, мы тоже унаследовали скучную, монотонную фазу от древних животных, как и крокодил. А вот насчёт ещё одной фазы есть любопытная теория. Крокодилы считаются низкоинтеллектуальными существами. Не нашёл подтверждения, но описывается такой способ охоты африканских племён: запомнить, где обычно рептилия ползает и заложить туда лезвие. А затем напугать животное — оно отступит знакомым путём и сделает харакири.

В целом, крокодил считается практически не способным к обучению и живёт своими инстинктами. Есть экстравагантное мнение, что такой примитивный образ жизни эволюционировал в активную фазу нашего сна. То есть, всю крокодилью судьбу мы проживаем до звонков будильника. Но эту теорию поставили под удар, найдя быстрый сон у других ящериц — раньше эта фаза считалась суперспособностью млекопитающих.

На то, сколько времени необходимо спать животным влияет не только возраст и вид животного, но и ряд других факторов. Я рассмотрю ряд факторов на примере собак.
Размер: Крупным породам собак для восстановления необходимо больше времени, чем их маленьким собратьям.
Порода: Собаки-компаньоны спят гораздо крепче, чем их сторожевые и охранные родственники. Сторожевая собака спит чутко, так как в любой момент может возникнуть угроза.

Ожирение: При наличии лишнего веса собаке становится тяжело проявлять активность. В течение дня такие собаки предпочитают дремать или просто лежать на своем месте.
Активность: Хорошая физическая нагрузка положительно влияет не только на общее состояние организма, но и на качество сна. После активного выгула собака спит гораздо больше и реже просыпается.

Погода: В дождливую и пасмурную погоду, а также в осенне-зимний период собаки, как и люди, любят подольше поспать. Поздние рассветы и ранние закаты этому, несомненно, способствуют.

Эмоциональное состояние: Собаки, находящиеся в спокойном и расслабленном состоянии, спят дольше и крепче, чем те, кто испытывает стресс или нервозность
Период болезни и восстановления: Если собака плохо себя чувствует или проходит реабилитацию, то увеличенное время сна считается нормальным.

Как и у человека, сон собаки состоит из двух фаз.
NREM (non-repid eye movement – не быстрое движение глаз) – медленный сон.
REM (repid eye movement – быстрое движение глаз) – быстрый сон.

Медленный сон более поверхностный, в то время как быстрый – это фаза глубокого сна. Именно в фазу REM собака видит сновидения. Вы можете понять что у питомца быстрый сон, когда замечаете подергивания, вокализацию, вращение глазных яблок.
Во время быстрого сна происходят основные востановительные процессы в организме, усвоение информации, отдых. Поэтому собаку не следует будить даже если вам кажется, что ей снится страшный сон.

Фазы быстрого и медленного сна сменяют друг друга. В отличие от человека, смена происходит гораздо чаще, особенно у щенков, а после завершения быстрого сна собака обычно просыпается. Часто после этого хвостатый переходит на другое место, где снова засыпает.

Что бы узнать, что влияет на глубокий сон я проведу данное исследование. В исследовании, в качестве инструмента измерения были использованы умные часы, которые оставались на руке человека круглосуточно. Рассмотрим каким образом умные часы отслеживают сон человека. Часы оснащены встроенными датчиками движения и алгоритмами, которые позволяют отследить момент, когда человек перестает двигаться в постели.

Часы так же оснащены дополнительными датчиками, такими как датчик частоты сердечных сокращений и датчик насыщения крови кислородом. Данные по показаниям инструмента измерения представлены в журнале сна. На основании которых построен график продолжительности фазы глубокого сна в определенный календарный день.

	Дата	день недели	время засыпания (ч.мин.)	общая продолжительность сна (ч.мин)	Глубокий сон.продолжительность сна (ч.мин)	Примечание
1	22.12.2021	вт/ср	23:15:00	6:30:00	0:10:00	переживания
2	23.12.2021	ср/чт	23:18:00	6:22:00	0:25:00
3	24.12.2021	чт/пт	23:06:00	6:47:00	0:25:00
4	25.12.2021	пт/сб	23:39:00	7:40:00	0:18:00
5	26.12.2021	сб/вс	23:02:00	7:17:00	0:19:00
6	27.12.2021	вс/пн	23:46:00	6:13:00	0:11:00	переживания
7	28.12.2021	пн/вт	23:05:00	6:21:00	0:09:00	сильные впечатления
8	29.12.2021	вт/ср	23:02:00	6:43:00	0:06:00	сильные впечатления
9	30.12.2021	чт/чт	0:25:00	6:07:00	0:38:00
10	31.12.2021	чт/пт	23:22:00	6:52:00	0:02:00	сильные впечатления
11	01.01.2022	сб/сб	3:53:00	4:55:00	0:02:00	плотный ужин
12	02.01.2022	сб/вс	22:55:00	8:44:00	0:32:00
13	03.01.2022	пн/пн	0:35:00	6:14:00	0:20:00
14	04.01.2022	вт/вт	1:30:00	4:52:00	0:02:00	плотный ужин
15	05.01.2022	вт/ср	23:33:00	8:12:00	0:12:00
16	06.01.2022	ср/чт	0:00:00	7:24:00	0:20:00
17	07.01.2022	пт/пт	1:16:00	6:20:00	0:00:00	плотный ужин
18	08.01.2022	сб/сб	0:16:00	7:48:00	0:02:00
19	09.01.2022	сб/вс	23:36:00	6:46:00	0:20:00
20	10.01.2022	вс/пн	23:53:00	5:36:00	0:16:00
21	11.01.2022	пн/вт	23:19:00	6:28:00	0:26:00
22	12.01.2022	вт/ср	23:44:00	6:28:00	0:17:00
23	13.01.2022	чт/чт	0:03:00	5:44:00	0:12:00	переживания
24	14.01.2022	чт/пт	23:35:00	5:47:00	0:38:00
25	15.01.2022	сб/сб	0:22:00	6:16:00	0:36:00
26	16.01.2022	сб/вс	23:00:00	7:45:00	0:25:00
27	17.01.2022	пн/пн	0:32:00	5:26:00	0:23:00
28	18.01.2022				0:15:00	переживания
29	19.01.2022	вт/ср	22:57:00	6:42:00	0:02:00	плотный ужин
30	20.01.2022	ср/чт	23:08:00	6:01:00	0:01:00	плотный ужин
31	21.01.2022	пт/пт	0:31:00	5:40:00	0:15:00
32	22.01.2022	сб/сб	1:47:00	5:00:00	0:00:00	поздний ужин
33	23.01.2022	вс/вс	0:30:00	6:39:00	0:11:00	переживания
34	24.01.2022	пн/пн	0:49:00	6:18:00	0:16:00	плотный ужин
35	25.01.2022	вт/вт	0:11:00	4:53:00	0:27:00
36	26.01.2022	вт/ср	23:23:00	6:07:00	0:38:00
37	27.01.2022	ср/чт	22:57:00	6:45:00	0:01:00	плотный ужин
38	28.01.2022	чт/пт	23:17:00	6:13:00	0:20:00
39	29.01.2022	пт/сб	22:56:00	7:10:00	0:22:00
40	30.01.2022	сб/вс	22:54:00	8:38:00	0:37:00
41	31.01.2022	пн/пн	0:26:00	6:37:00	0:00:00
42	01.02.2022	вт/вт	0:53:00	4:33:00	0:06:00
43	02.02.2022	ср/ср	1:28:00	5:55:00	0:00:00

В таблице представлены данные: время отхода ко сну и общая длительность сна и фазы медленного сна, так же в журнале сна в столбце Примечание внесена информация о возможных факторах ухудшающих сон, которые присутствовали накануне данного измерения.

В рамках индивидуального исследовательского проекта о сне и влиянии различных факторов на глубокий сон живых организмов, изучив журнал сна, мы видим закономерность уменьшения продолжительности фазы глубокого сна, если накануне человек употреблял тяжелую пищу, либо ужин был поздним и плотным, или же присутствовали какие-либо факторы, чрезмерно возбуждающие нервную систему, или стресс.

1. Шон Стивенсон “Здоровый сон. 21 шаг на пути к хорошему самочувствию”.