«Флюгегехаймен» или изучение циркадных ритмов через терморектальное зондирование

В одной из предыдущих статей разбирались в циркадные циклы и их синхронизм с температурой тела. Сегодня я хочу продолжить эту тему, и для этого снова обратимся к экспериментам на людях.

Итак, добро пожаловать в 1970 год.

Именно в это время в Моньтефьере, в Бронксе, Эллиот Вейцман и его ученик Чарльз Чейзлер решили провести серию экспериментов в изоляции от времени.

В их вооружении были: старый корпус больницы, звукоизолированные помещения без окон, двенадцать добровольцев, найденных через газету, бюджет в несколько тысяч долларов и ректальные зонды для измерения температуры.

Не то чтобы это был необходимый запас для экспериментов, но если решил начать изучать циркадные ритмы, становится трудно остановится. Единственное, что могло вызвать опасения у добровольцев — это ректальные зонды.

Нет ничего более беспомощного и жалкого, чем подопытный доброволец с ректальным зондом, который запрещено извлекать. Все знали, что рано или поздно на них начнутся жалобы, но их показания были необходимы для исследований.

Перед началом эксперимента ученым необходимо было подготовится. Для работы они выбрали помещение на пятом этаже больницы, где звукоизолировали несколько комнат и закрыли их от поступления дневного света. Экспериментальные помещения состояли из трех комнат для подопытных и контрольной комнаты в центре.

Следующим этапом было нахождение добровольцев. Ученые разместили объявление в газете, и основной упор они делали на студентов, художников и аспирантов. Почему именно эти категории людей — один день эксперимента обходился примерно в 1000 долларов, и поэтому было необходимо найти людей, привыкших доводить начатое дело до конца, а также именно у представителей этих категорий может найтись работа, которой не только не помешает, но и поможет отгораживание от мира на три-шесть месяцев. Также испытуемых ожидал психологический тест, ведь ученые не хотели допустить досрочного завершения эксперимента из-за съехавшей крыши у кого-то из подопытных.

Из хороших новостей для испытуемых — их ждала не только возможность заняться каким-либо проектом, не отвлекаясь на окружающий мир, но и материальная компенсация в несколько сотен долларов еженедельно, а это немалая сумма учитывая 70-й год. Также им предоставлялось комфортное жилье, качественное питание и никаких ограничений во времяпрепровождении. Ложиться спать и просыпаться они могли когда захотят, никто не запрещал читать книги и газеты или слушать музыку. Также не исключалось общение испытуемых между собой и даже с лаборантами, в отличии от Сиффре.

Под запретом были часы, радио, телевизор и звонки по телефону. Газеты могли быть только с давно прошедшими публикациями. Цель таких запретов — изолировать испытуемых от внешней трансляции текущего времени. Также для достоверности эксперимента под запретом были алкоголь, кофе и чай, наркотики и снотворное, стимуляторы и иные вещества, способные повлиять на цикл сна и бодрствования.
К слову, ранее проведенные эксперименты на животных доказали, что кофеин и алкоголь могут изменять циркадные ритмы, хотя и в меньшей степени чем седативные и стимулирующие препараты.

Так день за днем Чейзлер и Вейцман, проводя эксперимент, измеряли уровень гормонов и изменение температуры тела. Для замера гормонов в руку каждого испытуемого был введен катетер, пробы крови брались каждые 20 минут, а для фиксирования изменения температуры тела — ректальный зонд, который было запрещено извлекать кроме как во время принятия душа и мастурбации.
Также во время испытания фиксировались мозговые волны во время сна и бодрствования.

Отдельно стоит упомянуть про требования к лаборантам. Первым требованием было проявление бдительности — чтобы избежать случайное упоминание времени суток, здоровались, всегда используя только: «Привет!». Мужчины-лаборанты всегда должны были быть чисто выбритыми, чтобы щетина не выдала наступление вечера. А распределение по сменам было рандомное.

Вот воспоминания одного из участников эксперимента:

«Когда я окончил учебный год в коллежде, я чувствовал смертельную усталость, и участие в этом эксперименте стало для меня шансом заработать неплохие деньги и подтянуть «хвосты» по учебе. За месяц эксперимента мне удалось сделать больше чем за последний семестр.

Они берут у меня кровь на анализ каждые пятнадцать минут. В мою руку вставлен катетер, а в задницу зонд. Все эти штуковины подсоединены к подвижному шесту. Первые несколько дней меня это слегка напрягало, но потом я привык, и мне начало казаться, что у меня отрос хвост.

Я никогда не знал, который сейчас час, но, по правде говоря, я даже не задумывался над этим. Однажды, когда кто-то из лаборантов явился ко мне с совершенно усталым и помятым лицом, я сказал ему: «Нелегкая выдалась ночка, не так ли?»

В первой дюжине испытуемых у шестерых из них произошла внутренняя синхронизация. По каким-то причинам они могли раз за разом очень подолгу спать, с ними происходило то же что и с Сиффром. У некоторых этот странный 40-часовой  режим поддерживался до самого конца эксперимента. У других подопытных длительные циклы сна и бодрствования чередовались с короткими, а потом могли возвращаться к нормальным 26-часовым. Поначалу казалось, что этому не удастся найти логическое объяснение.

Ученые пытались найти связь между 15-часовым сном и длительным бодрствованием, но построив графики зависимости, разочаровались — было обнаружено немало примеров, когда продолжительные периоды бодрствования перемежались коротким сном и наоборот.

Зато графики температуры тела и выработки гидрокортизона, а также скорость реакции всегда оставались неизменными и были немногим больше 24 часов.
Возможно, разгадка циркадных ритмов была здесь.

Тем временем Чейзлез продолжал попытки найти зависимость между бодрствованием и температурой тела. В этом ему помогло построение растрового графика, который ранее использовался биологами для отслеживания циклов раскрытия листьев растений и ритмов активности у лабораторных мышей, но в исследованиях проводимых на людях — еще никогда.

После построения графиков по одному из рассинхронизированных испытуемых было замечено, что эпизоды короткого и длинного сна выстраивались вдоль температурной диагонали, которую накладывали выше.

Отсюда был сделан вывод, что хотя, на первый взгляд, циклы сна и бодрствования не зависят от температурных, но из графика прослеживается наглядная связь — эпизоды продолжительного сна всегда начинаются при высокой температуре тела, а кратковременного — при низкой. После нахождения этой связи, Чейзлер проанализировал старые данные от проведенных ранее исследований, которые проводились во Франции, Германии и Англии, и его выводы подтвердились.

Это  была разгадка циркадного цикла!

Для конкретизации выводов был построен еще один график. В нем Чейзлер взял все «холодные» эпизоды сна и сгруппировал их вместе, а после сделал то же самое с периодами сна, начинающимися вблизи температурного максимума. И несмотря на разительные индивидуальные различия циклов у испытуемых, а они могли быть как 20-часовыми, так и 40-часовыми, продолжительность сна сгруппировывалась в узком диапазоне и образовывала некую математическую кривую.

Каждый раз засыпая вблизи температурного пика, испытуемых ждал продолжительный сон в среднем по 15 часов. А укладываясь спать вблизи температурного минимума — около 8 часов.

И хотя такие выводы кажутся нелогичными, если следовать линейному закону, но укладываясь спать со значительным запаздыванием по сравнению с температурным циклом, испытуемые спали меньше, хотя бодрствовали больше. Позже такие же зависимости были найдены у людей, работающих по ночам. Так и вы могли замечать, что зачастую засыпая поздно и надеясь поспать подольше, просыпаетесь уже через 5-6 часов.

Все дело в нашем внутреннем температурном будильнике — он начнет звенеть независимо от того, во сколько мы ложимся спать.

У людей, вовлеченных в 24-часовой режим сна и бодрствования, температура тела достигает своего минимума за примерно два часа до привычного пробуждения и начинает расти. Отсюда выходит, что температурный минимум у людей, просыпающихся в 6-7 часов утра, приходится на 4-6 часов. А скачок продолжительно сна наступит примерно через десять часов, где-то в послеобеденное время.

Сиеста!

На этом я закончу, а всех желающих обсудить или дополнить статью приглашаю в комментарии.
Всем стабильных циркадных циклов и здорового сна!


Литература:

«Ритм Вселенной. Как из хаоса возникает порядок в природе и в повседневной жизни»
Автор: Стивен Строгац
Манн, Иванов и Фербер, 2017 г.
ISBN: 978-5-00100-388-5