XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние сна на когнитивные функции человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Чигрин М.Э. 1

---

1МАОУ Гимназия № 12 г. Новосибирска

Рассохина Е.В. 1

---

1МАОУ Гимназия № 12 г. Новосибирска

Работа в формате PDF

246.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ЧТО ТАКОЕ СОН.

Сон – это циклическое явление, составляющее около 7- 8 часов в сутки, в течение которого проходит 4-5 циклов. Каждый цикл составляет две фазы: медленного (около 75%) и быстрого (около 25%) сна. Во время медленного сна (сразу после засыпания) в человеческом организме понижается температура, понижается обмен веществ, замедляются сердечный ритм и дыхание, расслабляются мышцы, глазные яблоки под закрытыми веками совершают плавные, медленные движения, возрастает выработка гормона роста. Медленный сон способствует восстановлению энергии в нашем организме. Фаза медленного сна делится на четыре стадии: первая – процесс засыпания (дремота), 5 минут; вторая – неглубокий сон, 20 минут; третья и четвертая – погружение в глубокий и крепкий сон (основной физический отдых организма), 60 минут. Фаза быстрого сна (быстроволновой или парадоксальный сон). Быстрый сон, так же известный как быстроволновой или парадоксальный сон, характеризуется существенными изменениями в поведении спящего. Во время быстрого сна (через 1–1,5 часа после засыпания, длится 10-15 минут) активизируется деятельность внутренних органов, учащается дыхание, усиливается работа сердца, повышается обмен веществ, под закрытыми веками происходит быстрое движение глаз. И как раз за это время спящий видит сновидения. В фазе быстрого сна происходит переработка ежедневного потока информации, снимается стрессовое состояние, улучшается память, т.е. налаживаются все процессы мозга. Продолжительность быстрого сна в последних циклах, к концу ночи, увеличивается, а медленного - сокращается. Человек, который лишен возможности полноценно спать, лишается возможности полноценно восстановить функции психологической защиты, в результате чего становится вялым, раздражительным, плаксивым и рассеянным или, наоборот, агрессивным, в зависимости от психотипа. Каким образом происходит чередование фаз сна? Если продолжительность ночного сна человека составляет 8 часов, длительность фаз от цикла к циклу меняется. При этом в первом 90-100 минутном цикле, преобладает медленный сон, а фаза быстрого сна может отсутствовать. В следующем цикле, медленный сон становится чуть менее продолжительным, уступает свое место быстрому сну, который может длиться буквально несколько минут. При переходе к третьему циклу, доля быстрого сна увеличивается, а к моменту завершения сна, быстрый сон откровенно преобладает над медленным. Ученые утверждают, что именно поэтому, человек, проснувшийся не от воздействия раздражителя, например, будильника или телефонного звонка, всегда отчетливо помнит свои сновидения.

2. Когнитивные способности 

Когнитивные способности — это навыки мозга усваивать и обрабатывать информацию об окружающем нас мире. К ним относят память, внимание, когнитивную гибкость, воображение, речь, возможность логически рассуждать, воспринимать информацию органами чувств. Когнитивные способности отличают человека от животного, они необходимы для выживания и развития.

Какие бывают когнитивные способности

«Когнитивные способности представляют собой ментальные процессы, которые включают в себя:

• Внимание — способность сосредотачиваться на конкретных стимулах и поддерживать это состояние в течение определенного времени.

• Память — это процессы запоминания, хранения и воспроизведения информации.

• Мышление предполагает способность анализировать информацию, делать выводы и генерировать новые идеи.

• Поиск решения проблем связан с умением определять и формулировать задачу, разрабатывать стратегии решения и оценивать их эффективность.

• Речь и коммуникация представляют собой способность использовать язык для передачи мыслей при взаимодействии с другими.

Как видно из вышеизложенного когнитивные способности чрезвычайно важны в жизни человека, и особенно актуальны в образовательном процессе. Рассмотрим, исследования и выводы ученых на эту тему.

3. Сомнология и исследования ученых

Многие учёные занимались изучением проблем, связанных со сном. Среди них русская ученая Мария Михайловна Манасеина, которая стала, в сущности, основоположником “науки о сне” - сомнологии.

Cомнология — раздел медицины и нейробиологии, посвящённый исследованиям сна, расстройств сна, их лечению и влиянию на здоровье человека.

Мария Михайловна Манасеина, русская женщина-врач, в 1892 году опубликовала первую в мире книгу о медицинских проблемах сна. Книга «Сон как треть жизни человека, или физиология, патология, гигиена и психология сна» была переведена на несколько европейских языков.

Эксперименты, которые легли в основу исследования, вряд ли можно назвать гуманными по современным меркам. 10 щенкам в возрасте 2-4 месяцев, входящим в опытную группу, постоянно не давали спать. Щенков из контрольной группы не кормили. Результаты эксперимента доказывают, что для животных дефицит сна опаснее дефицита пищи: после 20-25 дней голодания щенков еще можно было спасти, тогда как даже 96-120 часов без сна становились для них смертельными. Исследовательница также выяснила, что взрослые особи лучше справляются с дефицитом сна, чем молодые, а сама депривация приводит к постепенному падению температуры тела, ухудшению показателей крови и некоторой потере веса.

Но самый важный вывод Марии Манасеиной заключался в том, что от длительной бессонницы сильнее всего страдает мозг: вскрытия показывали множество мелких кровоизлияний и повреждение сосудов головного мозга, тогда как у животных, умерших от голода, мозг, напротив, оставался относительно "здоровым" по сравнению с другими органами. В своей работе российская учёная пишет, что её выводы "представляют доказательство чрезвычайной важности сна для всех организмов, имеющих нервную систему, и наводят на мысль о том, что распространенное мнение о сне как о бесполезной, глупой и даже вредной привычке — печальный парадокс".

Наш современник Мэтью Уокер — сомнолог, директор Центра исследований человеческого сна в Калифорнийском университете, утверждает, что  «Люди – единственные живые существа, намеренно лишающие себя сна без видимых причин. Если вам интересно, то количество людей, способных выжить без последствий для здоровья, которые спят по пять часов в сутки, выраженное как процент от населения и округлённое до целого, равно нулю.»

В своей книге «Зачем мы спим», основанной на многолетних исследованиях Мэтью Уокер пишет:

«Без сна не хватает энергии и развиваются болезни. Со сном приходит энергичность и здоровье. Более 20 крупномасштабных эпидемиологических исследований показывают чёткую связь: чем меньше вы спите, тем короче ваша жизнь. Только один пример: у взрослых от 45 лет, спящих менее шести часов в сутки, на 200% больше шансов получить инфаркт или инсульт, по сравнению с людьми, спящими по 7-8 часов. Частично это связано с кровяным давлением: даже одна ночь с небольшим недосыпом ускоряет пульс человека и значительно повышает кровяное давление.

Недостаток сна также подрывает эффективность контроля тела над содержанием глюкозы. Клетки при недостатке сна в экспериментах хуже реагировали на инсулин, что приводило к преддиабетным состояниям или гипергликемии. Уменьшая длительность сна, вы рискуете набрать вес. Среди причин этого – тот факт, что неадекватный сон уменьшает уровни гормона сытости, лептина, и увеличивает уровни гормона голода, грелина.
Сон оказывает мощное влияние на иммунную систему, поэтому, когда у нас грипп, то наш первый инстинкт – идти спать. Наше тело пытается выспаться. Укоротите сон хотя бы одной ночью, и ваша сопротивляемость резко падает. Если вы устали, у вас больше шансов простудиться. А хорошо отдохнувшие люди лучше реагируют на прививки от гриппа. Исследования показывают, что недостаток сна может влиять на наши иммунные клетки, борющиеся с раком. Большое число эпидемиологических исследований сообщает, что ночные смены и нарушение циркадных ритмов, к которому они приводят, увеличивают шансы появления рака.»

Учёные продолжают исследования по поводу оптимальной продолжительности сна. Вот результаты двух экспериментов на эту тему:

Томас Вер, специалист по психобиологии из американского Национального института здоровья в Бетесде, провёл такой эксперимент: 24 человека должны были оставаться в постели, в затемненной комнате, на протяжении 14 часов в сутки. Поначалу испытуемые спали по 12 часов. Это значит, что они недосыпали ранее, хотя никто из них до начала эксперимента не жаловался на сонное состояние или плохое самочувствие. С каждым днём они спали все меньше, пока через месяц не пришли к 8 часам сна в сутки. Всё последующее время испытуемые продолжали спать именно столько, хотя эксперимент продолжался еще три месяца. При этом все участники отмечали небывалую ясность сознания, бодрость и прилив энергии.

А специалисты британского университета Суррея в ходе небольшого эксперимента решили проверить, насколько существенно скажется на здоровье и самочувствии человека всего один дополнительный час сна — для этого они в течение двух недель наблюдали за двумя группами добровольцев, спавших по 6,5 и 7,5 часов соответственно.

В середине эксперимента группы "поменялись" режимами — одни получили дополнительный час сна, а другие его лишились. В итоге оказалось, что даже такое незначительное сокращение продолжительности сна неблагоприятно сказывается не только на решении интеллектуальных задач, но и на работе иммунной системы. Добавление лишнего часа, напротив, улучшало ситуацию, так что, отмечали ученые, этот дополнительный час сна с утра, похоже, действительно имеет значение.

Кроме того, современные исследования ученых доказывают, что единственным эффективным средством поднятия иммунитета является полноценный сон.

4. ВЫВОДЫ.

Многочисленные исследования доказывают важность сна в жизни человека.
Конечно, все эти процессы развиваются постепенно с самого детства. Поэтому очень важно привить правильные привычки по гигиене сна с раннего возраста. Повышенная школьная нагрузка делает особенно необходимым качественный отдых и сон детей.

Во время сна вырабатывается гормон роста, именно поэтому малыши спят значительно больше, чем взрослые. В возрасте 10-13 лет – дневной сон у многих детей отсутствует, а ночной должен длиться около 9-10 часов. Здоровый сон для школьника имеет важное значение. При его недостатке у ребёнка снижается внимание и работоспособность, появляется раздражительность, вспыльчивость, агрессия, нарушается гормональный фон. Из-за снижения скорости реакции и рассеянности в значительной степени повышается риск травматизма в быту и на улице. Таким образом, недостаток сна у школьника негативно отражается не только на его успеваемости в школе, но и на здоровье. Поздно ложась и рано просыпаясь, школьники сокращают общую продолжительность ночного отдыха в течение всей недели. Появляется вредная привычка отсыпаться в выходные дни. Это приводит к тому, что сбиваются естественные биологические часы в организме.

При недостатке сна у нас нарушаются процессы обработки новой информации и восстановление структур головного мозга, передача нервных импульсов между его клетками. В итоге снижается активность когнитивных функций: мышление, память, концентрация внимания, речь. И при частом недосыпе когнитивные нарушения могут стать хроническими.

5. Мои эксперименты и исследования. Практическая часть.

Практическая часть исследовательской работы: влияние сна на когнитивные функции человека.

Как показали исследования ученых, сон играет важную роль в жизни человека, особенно в детском возрасте, когда идет активное развитие мозга. Недостаток сна может негативно сказываться на когнитивных функциях, таких как внимание, память и скорость реакции. В данном исследовании мы изучили влияние продолжительности сна на когнитивные способности учащихся средней школы.

Я решил лично проверить эти данные в своей возрастной группе – 11-12 лет.

Цель и задачи исследования:

Цель исследования – определить, как разное количество сна влияет на когнитивные функции школьников. Для этого я поставил следующие задачи:

- Провести опрос среди учеников 11–12 лет о продолжительности их сна.

- Оценить субъективное самочувствие испытуемых после сна разной продолжительности.

- Провести тесты на внимание и скорость реакции.

- Проанализировать полученные данные и сделать выводы.

Методы исследования

Я использовал два основных метода: анкетирование и тестирование. В опросе приняли участие 28 школьников 11–12 лет, которые сообщили о своей средней продолжительности сна. Также участники описали свое самочувствие после короткого сна. Для объективной оценки когнитивных функций мы провели тесты на внимание и измерили скорость реакции.

Для начала приведу данные по рекомендованных учеными и врачами нормы сна для разных возрастов:

А теперь данные, которые я получил в результате опроса:

выяснилось, что перед учебной неделей

- 14 человек спали 7–8 часов за ночь,

- 7 человек спали около 6 часов,

- 6 человек спали всего 4 часа.

18 человек из 28 отметили, что чувствуют себя невыспавшимися. А это составляет более 64 % испытуемых! Они описывали свое состояние как «разбитость», «рассеянность», «невнимательность», «путаница в мыслях», «сильная головная боль» и «отсутствие сил».

36% и 64%

Тестирование

Затем участники прошли тесты на внимание и скорость реакции.

Необходимо было быстро найти цифры по порядку в ниже представленной таблице.

Выяснилось, что те, кто спал недостаточно, показали результаты хуже. Среднее время выполнения теста на внимание у выспавшихся составило 24 секунды, тогда как у невыспавшихся — 35 секунд.

Аналогично, средняя скорость мышечной реакции у невыспавшихся была ниже. Для выявления этого я провел эксперимент, который заключался в том, что Партнёр держит линейку (не менее 30 см длиной) над кистью, пропустив её слегка между указательным и средним (или большим) пальцами. Линейка свободна, пальцы не прижаты. Удобно, когда между ними находится нулевое деление линейки. Неожиданно партнёр отпускает линейку, а задача испытуемого быстрее сжать пальцы, поймав её. Чем медленнее он прореагирует, тем ниже упадёт линейка и большее расстояние пролетит.

Выводы

Результаты исследования подтверждают, что недостаток сна отрицательно влияет на когнитивные функции школьников. Испытуемые с меньшей продолжительностью сна чувствовали себя хуже и показали более низкие результаты в тестах на внимание и скорость реакции. Это подчеркивает важность соблюдения возрастной нормы сна (около 9-10 часов) для поддержания хорошей работоспособности и самочувствия.

5. Гигиена сна

Гигиена сна – это набор привычек, которые поддерживают качественный сон. Они включают в себя образ жизни и диетические привычки, которые согласуются с естественными ритмами организма.

Для улучшения качества сна полезно следовать следующим рекомендациям:

1. Каждый день находите время для того, чтобы побыть на солнце (при дневном свете), особенно в первой половине дня. Воздействие дневного света днем усиливает выработку гормона сна в темноте ночью. Если не получается выйти на прогулку, желательно бодрствовать днем при ярком искусственном освещении. Рекомендуется проветривать помещение перед сном. Свежий прохладный воздух способствует быстрому засыпанию. Перед сном обязательно принять расслабляющий теплый душ.

2. В те часы, которые отведены для сна, затемнение должно быть максимальным. Особенно важно избегать лучей синего и зеленого цвета, которые резко снижают уровень полезного гормона сна. Такие лучи в большом количестве содержатся в «белом» дневном свете, а также в свете, который исходит от экранов телевизора, планшетов и мобильных телефонов. Если в комнате необходим ночник, то пусть он светит теплым, желтым, оранжевым или красным светом. Затемнение спальни днем может помочь сберечь минимальные дозы мелатонина и облегчит засыпание в дневные часы.

3. Можно съесть на ночь банан, рис, тыквенные семечки, кусочек индейки, или курицы, сыр или миндальные орехи. Все эти продукты богаты триптофаном – веществом, из которого в организме синтезируется мелатонин. Кофеин же замедляет синтез гормона – сон можно улучшить, отказавшись от кофе и кофеинсодержащего чая во второй половине дня. Обычный черный или зеленый чай, особенно в меню детей, можно заменить ромашковым, липовым или любым травяным настоем, не вызывающим аллергии.

4. Целесообразно исключить прием некоторых лекарств перед сном – в частности, витаминов и аспирина, которые могут снижать уровень мелатонина, гормона сна.

5. Ещё Никола Тесла предположил, что звуки разной частоты по-разному влияют на наш организм. Так, например, звуки до 40 Гц способствуют расслаблению и быстрому засыпанию. Поэтому прослушивание музыки данной частоты благоприятно для сна. Например, композиция MarconiUnion – Weightless- музыка нужной тональности.

6. Сон в цифрах
   
   • Две трети взрослых в «развитых» странах не обеспечивают себе восьми часов сна каждый день, рекомендованных ВОЗ.
   • Взрослый, спящий по 5-6 часов в сутки, без медицинской помощи сможет дожить только до 60 с небольшим лет.
   • Если вы ведёте машину, поспав не более пяти часов, вероятность попасть в ДТП повышается в 4,3 раза. Если вы спали 4 часа, эта вероятность увеличивается в 11,3 раз.
   • Горячая ванна помогает заснуть не потому, что согревает, а потому, что расширенные сосуды излучают тепло, и ваша температура падает. Для успешного засыпания температура вашего тела должна упасть на 1 градус.
   • Время до достижения физического истощения у спортсменов, не досыпающих до восьми часов в сутки, а особенно – до шести часов, падает на 10-30%.
   • Существует уже более 100 диагностируемых расстройств сна, самый частый из которых – бессонница.
   • Люди, предпочитающие просыпаться на рассвете, составляют 40% населения. Люди, любящие попозже лечь и попозже встать, составляют 30% населения. Остальные 30% находятся где-то в промежутке.

• 18 дней, 21 час и 40 минут, именно столько времени составляет рекорд на самое долгое отсутствие сна.

ЛИТЕРАТУРА И ИСТОЧНИКИ:

1. Манасеина М.М. Сон как треть жизни человека, или физиология, патология, гигиена и психология сна,
   Демин Н. Н., Коган А. Б. и Моисеева Н. И. Нейрофизиология и нейрохимия сна, Л., 1978.

2. Мэтью Уокер «Зачем мы спим»  https://habr.com/ru/articles/407357/

3. https://spimalysh.ru/vse-o-sne/nauka-sna/melatonin-gormon-sna

4. https://www.rmj.ru/blog/Viktor_Lebedev/svyaz-mezhdu-narusheniyami-sna-i-kognitivnymi-rasstroystvami/

5. https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.ad2c6104-67bdb085-8797f4a9-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Effects_of_sleep_deprivation_on_cognitive_performance

6. https://elementarno.center/kachestvo_sna#popup:karantin