Какого же значения полон этот узор? Первым, кто записал электрические потенциалы мозга, был физиолог-любитель, мэр Ливерпуля лорд Катон. В 1875 году он обнаружил на скальпе у кроликов разность потенциалов между двумя точками. Опыты подобного рода проводили затем русские физиологи В. Я. Данилевский и В. В. Правдич-Неминский. Но настоящая расшифровка «мимолетного узора» началась лишь в 1924 году, когда астрийский психиатр Ганс Бергер приклеил к голове добровольца металлические пластинки, соединил их с гальванометром и увидел на шкале колеблющиеся потенциалы напряжением в несколько тысячных вольта. Изменения биопотенциалов во времени вычерчивались самописцем в виде кривых. Эти изменения Бергер назвал волнами. Так родилась электроэнцефалография.

Когда Бергер опубликовал сообщение о своих исследованиях, встречено оно было равнодушно. Для расцвета электроэнцефалографии потребовалось еще лет десять, в течение которых были разработаны высокочувствительные усилители и началась классификация мозговых волн, или ритмов. Расцвету электроэнцефалографии сопутствовала и бурная вспышка фантазии среди широкой публики. Только и было разговоров, что о чтении мыслей на расстоянии. В какой-то степени эти надежды впоследствии оправдались: находясь у себя в клинике, физиолог может видеть мозговые ритмы космонавта, работающего на орбитальной станции. Ритмы, которые записаны на электроэнцефалограмме, отражают среднее электрическое состояние сотен миллионов нейронов. Но и это состояние способно рассказать о многом и, прежде всего, о преобладающих в данный момент эмоциях. Вот перед нами альфа-ритм — ритм спокойного бодрствования с закрытыми глазами, когда мозг ничем не занят. Человек сосредоточился, и на месте альфа-ритма появился частый, стремительный бета-ритм. У беспокойства или упорного раздумья свой рисунок — тета-ритм, у ожидания — Е-волна. Е-волна затухает, когда стимул оценен и решение принято. У некоторых людей она затухать не желает. Это люди во всем сомневающиеся, эксцентричные, пытающиеся увидеть загадочное в самом очевидном: поэты, изобретатели, чудаки. А вот у этих Е-волны совсем не бывает. Это натуры беспечные; они грешат, каются в своих грехах и тут же забывают о своих клятвах. По электроэнцефалограммам можно судить о степени эмоционального напряжения, о некоторых нервных болезнях, даже об особенностях личности. Лицо ваше может оставаться непроницаемым, но биотокам мозга нет до этого дела: бета-ритм отразит вашу сосредоточенность, Е-волна — любопытство, а тета-ритм — досаду на то, что скрыть свои чувства вам не удалось. Чем не чтение мыслей?

Об уровнях сна и бодрствования судить по записям биотоков еще проще. Бергер обнаружил, что во время сна на электроэнцефалограмме видны медленные высокоамплитудные волны, а во время бодрствования — быстрые низкоамплитудные. Английский нейрофизиолог Эдриан предложил оценивать эти волны с точки зрения синхронизации или десинхронизации работы нейронов. Медленные волны сна отражают собой синхронную, то есть одновременную работу нейронов, а быстрые волны бодрствования — десинхронизацию. При напряженном бодрствовании электроэнцефалограмма выглядит почти плоской линией: нейроны работают вразнобой и не могут сложить свои импульсы в отчетливый рисунок.

Обратите внимание: и в том и в другом случае речь идет о работе нейронов. Когда нейрофизиологи, экспериментируя над животными, начали снимать электроэнцефалограммы уже не со скальпа, а прямо с мозговых структур, стало совершенно очевидно, что сон — это весьма активный процесс, вызванный энергичной деятельностью синхронизирующих систем. Вживленные в кошачий мозг электроды показали, что во время бодрствования половина нейронов возбуждена, а половина заторможена. Во время сна то же: половина возбуждена, а половина заторможена, только половины эти как бы поменялись местами. Впоследствии же обнаружилось, что во сне многие нейроны даже усиливают свою активность и возбудимость нейронных систем в некоторых зонах коры чуть ли не выше, чем у бодрствующего мозга.

Первая классификация стадий сна, основанная на показаниях электроэнцефалографа, была предложена в Англии в конце тридцатых годов. Лет через двадцать ее упростили. Всего получилось четыре стадии сна. Во время первой стадии на электроэнцефалограмме виден альфа-ритм с частотой 8 — 12 герц. Постепенно он становится неравномерным, исчезает, и электроэнцефалограмма представляет собой почти ровную линию, на фоне которой появляются волны более низкой частоты, а именно тета— и бета-ритмы. Это стадия дремоты. На следующей стадии сон сначала еще поверхностный, но уже настоящий. На ленте появляются «сонные веретена» — группы волн с частотой 13 — 14 герц. Быстрые бета-ритмы пропадают; их постепенно замещают низкоамплитудные колебания в дельта-диапазоне. В третьей и четвертой стадиях сначала на фоне сонных веретен, а потом и почти без них нарастает количество медленных дельта-волн с частотой 0,5 — 4 герца и большой амплитудой. Наступает самый глубокий сон, — тот самый дельта-сон, во время которого Монье извлек из кролика дельта-фактор.

Мы подходим к самому главному открытию за всю историю изучения сна. Некоторые ученые считают даже, что до этого открытия вообще никакой истории у исследований сна не было, а была одна предыстория, то есть нечто заслуживающее сожаления и пренебрежения. Во время этой предыстории сон, конечно, изучали, но, во-первых, изучали от случая к случаю, не систематически, а во-вторых, ничего особенного не открыли. Когда же началась история, все чудесным образом переменилось. «За последние двадцать пять лет мы узнали о сне больше, чем за двадцать пять предшествующих веков», — писала в 1977 году американский психолог Кэрол Таврис, и это было мнение подавляющего большинства ученых.

Доктор Натаниэль Клейтман, руководитель лаборатории сна в Чикагском университете, изучал связи между биоритмами и дятельностью вегетативной нервной системы. Объектом его исследований были грудные младенцы. Записывая у них биотоки, он доказал, между прочим, что эти младенцы бодрствуют не два часа в сутки, как думали прежде, а целых восемь часов. Просто они подолгу лежат в задумчивости и с закрытыми глазами. Об этом во всяком случае свидетельствовали их электроэнцефалограммы.

За теми же младенцами наблюдал и Юджин Азеринский, аспирант доктора Клейтмана. В один прекрасный день — это было в 1952 году — он заметил, что во сне у них глазные яблоки время от времени начинают совершать быстрые движения, сопровождающиеся на электроэнцефалограмме столь же быстрыми низковольтными ритмами. Движения глазных яблок наблюдали у спящих, конечно, и раньше, но им не придавали никакого особого значения, не записывали их и не сопоставляли с электроэнцефалограммой. Никому из ученых не приходило в голову, что эти движения могут быть связаны со сновидениями — Клейтман первый догадался об этом — и что они служат признаком совершенно новой, никому еще не ведомой фазы сна, наступавшей сразу за четвертой стадией, которой заканчивалась отработанная десятилетиями классификация.

Началась эра систематических исследований. Детям, за которыми велись наблюдения в лаборатории Клейтмана, прикрепили к ресницам кончики микроскопических электродов и стали изучать новое явление со всех сторон. Затем к экспериментам были привлечены взрослые испытуемые, студенты Чикагского университета, и, разумеется, подопытные животные, в основном кошки. Предметом исследований была REM-фаза сна, названная по первым буквам английских слов rapid eye movement — быстрые движения глаз.

Довольно скоро выяснилось, что у подавляющего большинства взрослых людей быстрые движения глаз начинаются через час-полтора после засыпания и повторяются от четырех до шести раз за ночь. Интервал в час-полтора сохраняется в основном до пробуждения, но длительность быстрых движений глаз к утру возрастает. Первый раз они продолжаются от пяти до десяти минут, а последний — около получаса. Предшествующие им глубокие стадии сна (третья и четвертая) становятся все короче и короче; иногда к утру сохраняются одни только сонные веретена — вторая стадия, и REM-фаза наступает сразу за нею. Электроэнцефалограмма REM-фазы очень похожа на энцефалограмму бодрствования: сплошная десинхронизация. Между тем мышечный тонус в этой фазе еще ниже, чем при глубоком дельта-сне. Мышцы обмякают совсем, разбудить человека в это время труднее всего — и это при электроэнцефалограмме, показывающей чуть ли не бодрствование! Вот почему французский невролог Мишель Жуве и назвал REM-фазу парадоксальным сном. Есть у нее еще одно, третье название — быстрый сон. В наши дни все три названия мирно сосуществуют и пользуются одинаковым статусом. Выбор целиком определяется вкусом автора; автор выбирает последнее — быстрый сон. Для сна обычного, изучавшегося до 1952 года, название сохраняется одно — медленный сон.