Несмотря на то, что предположения Бергера основывались на «сверхъестественном» случае, опыты проводились по научным принципам. Бергеру в основном было любопытно, как мозг вырабатывает и использует энергию. Он признавал, что использование энергии во многом зависит от насыщения мозга кровью, и предполагал, что энергия, полученная мозгом из крови, превращается в электричество, которое затем используют нейроны.

Действительно, нейроны активируются благодаря электрическим импульсам – которые, однако, ведут себя внутри этих клеток скорее как батарейки, чем электропровода. Когда нейромедиатор соединяется с рецептором нейрона, в последнем образуется электрический сигнал, называемый потенциалом действия. Потенциал действия проходит по длинному трубчатому отростку нейрона, известному как аксон. Когда он добирается до конца аксона, происходит выброс нейромедиаторов. Далее, нейромедиаторы активируют рецепторы другого нейрона и т. д. В итоге сигнал проходит по всей нервной системе.

Бергер намеревался измерить электрическую активность мозга и был твердым приверженцем закона сохранения энергии. Он считал так: если ему удастся измерить, сколько энергии (электрической, тепловой и пр.) мозг накапливает, а сколько – тратит, то окажется, что некоторая доля этой энергии никак не используется. Это и будет та психическая энергия, которая, по мнению Бергера, позволяет передавать мысли на расстоянии.

Бергер несколько десятков лет посвятил тому, чтобы усовершенствовать приборы для измерения электрической активности мозга. К концу 1920-х гг. он разработал устройство, которое назвал электрокефалограммой; оно наконец позволило ему получить необходимые данные. Воспользовавшись своим устройством, Бергер изучил активность мозга у множества пациентов и сотрудников больницы, в которой работал, а также у себя и своего сына. В апреле 1929 г. он опубликовал отчет о своих изысканиях и той технике, которая в будущем будет называться электроэнцефалограммой или ЭЭГ.

ЭЭГ Бергера стала революционным нейробиологическим методом, но сам Бергер, к сожалению, так об этом и не узнал. Поначалу к данным, полученным Бергером с помощью ЭЭГ, отнеслись недоверчиво. Многие ученые посчитали, что ЭЭГ нельзя считать отражением мозговой активности, поскольку прибор наверняка отзывается на собственные электрические помехи. В 1938 г. здоровье 65-летнего Бергера начало ухудшаться. Он страдал от сердечной недостаточности, поэтому ему был прописан постельный режим. А в 1941 г., подавленный из-за того, что не может больше проводить исследования и заниматься врачебной деятельностью, Бергер покончил с собой.

Уже вскоре после появления метода ЭЭГ те немногие ученые, которые не отнеслись к нему настороженно, начали использовать его для изучения активности мозга во время сна. Тогда большинство исследователей полагало, что во время сна мозг прекращает работу, поэтому изучение мозговой активности во время сна почти не имеет смысла. Тем не менее сведения, полученные благодаря ЭЭГ, очень их удивили.

Оказалось, мозг не прекращает работу даже во время сна. Он работает и ночью, причем по-разному – в зависимости от длительности и глубины сна. Основываясь на этих наблюдениях, ученые предположили, что сон включает в себя несколько фаз, во время каждой из которых мозг и организм ведут себя по-разному.

Сегодня считается, что сон состоит из 4 главных стадий. Когда мы бодрствуем, деятельность нашего мозга асинхронна. В это время нейроны головного мозга можно сравнить с кучей людей в кабинете, которые беседуют парами. Все говорят вразнобой, без определенного ритма. Так и нейроны головного мозга распространяют потенциалы действия (электрические импульсы) в разное время.

Мозговая активность в течение различных фаз сна (ЭЭГ)

Если взглянуть на ЭЭГ бодрствующего человека, она представит собой ряд расположенных близко друг к другу волн. В период бодрствования у них большая частота (то есть за секунду прибор успевает нарисовать много волн) и небольшая амплитуда (то есть расстояние между вершинами и впадинами волн маленькое).

Когда вы закроете глаза и станете засыпать, начнется первая фаза сна. Сердцебиение замедлится, мышцы расслабятся. Первая фаза обычно длится меньше 10 мин; это фаза самого неглубокого сна. Однако на этой стадии активность мозга уже начинает синхронизироваться. Частота мозговых волн на электроэнцефалограмме человека в первой фазе сна немного ниже, чем у бодрствующего.

Во второй фазе на ЭЭГ появляются необычные волны. Они похожи на волны первой фазы, но порой перемежаются так называемыми сонными веретенами. Кроме того, из общей картины выбиваются волны с острыми вершинами и впадинами. Их называют К-комплексами. До сих пор неясно, что означают эти волны и почему они появляются именно во второй фазе сна.

Вторая фаза – это еще одна фаза неглубокого сна. При наступлении третьей фазы все меняется. Третью фазу сна нередко называют фазой медленного сна, поскольку ЭЭГ на этой стадии представляет собой волны с большой амплитудой и невысокой частотой – «медленные» волны. Во время третьей фазы сна активность мозга сильно отличается от его асинхронной активности у бодрствующего человека. Снова обратимся к сравнению нейронов с людьми в кабинете: на этот раз они уже не будут беседовать каждый о своем, а начнут разговаривать хором, словно после многочисленных репетиций. В третьей фазе нейроны активируются не в разное время – потенциалы действия возникают у них в общем ритме. Третья фаза – это фаза глубокого сна. Считается, что именно она позволяет организму восстановить силы и утром проснуться бодрым.

Последняя фаза сна – стадия быстрых движений глаз (БДГ), или фаза быстрого сна. Во время этой фазы происходит нечто странное. Если вы посмотрите на человека в четвертой фазе сна со стороны, то можете решить, будто он находится в фазе глубокого сна; спящий же тем временем будет быстро вращать глазами под сомкнутыми веками. Мышцы в этой фазе полностью расслаблены: если кто-то поднимет вашу руку и отпустит ее, то она безжизненно рухнет обратно на кровать. А чего не увидеть даже со стороны – так это того, что мозговая активность спящего напоминает период бодрствования.

Быстрый сон еще называют «парадоксальным», поскольку мозговая активность спящего не совпадает с поведением его организма. Во время этой фазы сна мы, как правило, видим самые яркие сны. Уже доказано, что движения глаз во время фазы быстрого сна соответствуют движению нашего взгляда внутри сна6.