Войти
Медленно- волновой сон (SWS ), часто называемый глубоким сном, состоит из третьей стадии сна с медленным движением глаз. Первоначально SWS состоял из стадии 3, которая имеет 20–50 процентов дельта-волновой активности, и стадии 4, которая имеет более 50 процентов дельта-волновой активности.
Этот период сна называется медленноволновым сном, потому что активность ЭЭГ синхронизирована и характеризуется медленными волнами с частотным диапазоном 0,5–4,5 Гц, мощность с относительно высокой амплитудой с размахом размаха более 75 мкВ. Первый участок волны означает «состояние пониженного давления», которое представляет собой фазу торможения или гиперполяризации, в которой нейроны в неокортексе молчат. Это период, когда нейроны неокортекса могут отдыхать. Вторая часть волны означает «состояние активности», которое представляет собой фазу возбуждения или деполяризации, в которой нейроны кратковременно срабатывают с высокой скоростью. Основными характеристиками медленноволнового сна, которые контрастируют с быстрым сном, являются умеренный мышечный тонус, медленное или отсутствующее движение глаз и отсутствие половой активности.
Медленноволновый сон считается важным для консолидация памяти. Иногда это называют «зависимой от сна обработкой памяти». Нарушение консолидации памяти было замечено у людей с первичной бессонницей, которые, таким образом, не так хорошо справляются с задачами памяти, как те, кто здоров, после периода сна. Кроме того, медленный сон улучшает декларативную память (которая включает семантическую и эпизодическую память). Центральная модель была выдвинута гипотеза, что долговременному хранению памяти способствует взаимодействие между гиппокампальной и неокортикальной сетями. В нескольких исследованиях после того, как испытуемые прошли обучение по изучению декларативной задачи на память, плотность присутствующих шпинделей сна человека была значительно выше, чем сигналы, наблюдаемые во время контрольных задач, которые включали аналогичную визуальную стимуляцию и когнитивные требования. задачи, но не требовавшие обучения. Это связано со спонтанно возникающими волновыми колебаниями, которые составляют внутриклеточные записи от таламических и кортикальных нейронов.
В частности, SWS играет роль в пространственной декларативной памяти. Реактивация гиппокампа во время SWS обнаруживается после выполнения задачи пространственного обучения. Кроме того, можно наблюдать корреляцию между амплитудой активности гиппокампа во время SWS и улучшением работы пространственной памяти, например поиска маршрута, на следующий день.
Эксперимент по реактивации памяти во время SWS было проведено с использованием запаха в качестве сигнала, учитывая, что он не мешает продолжающемуся сну, по предыдущему учебному заданию и сеансам сна. Область гиппокампа активировалась в ответ на повторное воздействие запаха во время SWS. Эта стадия сна играет исключительную роль в качестве контекстной подсказки, которая реактивирует воспоминания и способствует их консолидации. Дальнейшее исследование продемонстрировало, что, когда субъекты слышали звуки, связанные с ранее показанными местоположениями изображений, реактивация индивидуальных представлений в памяти была значительно выше во время SWS по сравнению с другими стадиями сна.
Аффективные представления обычно лучше запоминаются во время сна по сравнению с нейтральные. Эмоции с отрицательной значимостью, представленные в качестве сигнала во время SWS, демонстрируют лучшую реактивацию, следовательно, более сильную консолидацию по сравнению с нейтральными воспоминаниями. Первое было предсказано с помощью сонных веретен с помощью SWS, который распознает процессы памяти во время сна, а также способствует консолидации эмоциональной памяти.
Ацетилхолин играет важную роль в консолидации памяти, зависящей от гиппокампа. Известно, что повышенный уровень холинергической активности во время SWS нарушает обработку памяти. Учитывая, что ацетилхолин является нейротрансмиттером, который модулирует направление информационного потока между гиппокампом и неокортексом во время сна, его подавление необходимо во время SWS для консолидации декларативной памяти, связанной со сном.
Исследования депривации сна на людях показывают, что Основная функция медленного сна может заключаться в том, чтобы позволить мозгу восстановиться после повседневной деятельности. Метаболизм глюкозы в головном мозге увеличивается в результате выполнения задач, требующих умственной активности. Другая функция, на которую влияет медленноволновой сон, - это секреция гормона роста, которая на этой стадии всегда максимальна. Также считается, что он отвечает за уменьшение симпатической и увеличение парасимпатической нервной активности.
До 2007 года Американская академия медицины сна (AASM) разделил медленный сон на стадии 3 и 4. Эти две стадии теперь объединены как «Стадия 3» или N3. Эпоха (30 секунд сна), состоящая из 20% или более медленного (дельта-сна) сна, теперь считается третьей стадией.
Полисомнограмма, демонстрирующая SWS, четвертый этап.. ЭЭГ высокой амплитуды выделена красным. Большие 75-микровольтные (0,5–2,0 Гц) дельта-волны преобладают на электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Стадия N3 определяется наличием 20% дельта-волн в любой заданный 30-секундный период ЭЭГ во время сна в соответствии с текущими рекомендациями AASM 2007 года.
Более длительные периоды SWS возникают в первая часть ночи, в первую очередь в первые два цикла сна (примерно три часа). У детей и молодых людей общее количество SWS за ночь будет больше, чем у пожилых людей. Пожилые люди могут вообще не впадать в SWS в течение многих ночей сна.
Медленноволновый сон - это активное явление, вероятно, вызванное активацией серотонинергических нейронов системы raphe.
Медленноволновый сон наблюдаемая в кортикальной ЭЭГ, генерируется через таламокортикальную связь через таламокортикальные (ТК) нейроны. В нейронах TC это генерируется «медленными колебаниями» и зависит от мембранного потенциала бистабильности, свойства этих нейронов, обусловленного электрофизиологическим компонентом, известным как «окно I t».. «I t окно» связано с перекрытием кривых активации и инактивации, если построено для кальциевых каналов Т-типа (входящий ток). Если эти две кривые перемножить, а на график наложить еще одну линию, чтобы показать небольшой ток утечки Ik (наружу), то взаимодействие между этими внутренними (окно I t) и внешними (небольшая утечка Ik) точками равновесия видны при -90, -70 и -60 мВ, -90 и -60 являются стабильными и -70 нестабильными. Это свойство позволяет генерировать медленные волны из-за колебаний между двумя устойчивыми точками. Важно отметить, что в in vitro mGluR должен быть активирован на этих нейронах, чтобы допустить небольшую утечку Ik, как видно в ситуациях in vivo.
Медленноволновой сон необходим для выживания. Некоторые животные, такие как дельфины и птицы, обладают способностью спать только одним полушарием мозга, оставляя другое полушарие бодрствующим, чтобы выполнять нормальные функции и оставаться начеку. Такой сон называется однополушарным медленноволновым сном, и он также частично наблюдается у людей. В самом деле, в одном исследовании сообщалось об односторонней активации соматосенсорной коры, когда на руку человека был помещен вибрирующий стимул. Записи показывают важное межполушарное изменение в течение первого часа медленного сна и, как следствие, наличие локального и зависимого от использования аспекта сна. В другом эксперименте было обнаружено большее количество дельта-волн во фронтальных и центральных областях правого полушария.
Учитывая, что SWS - это единственная стадия сна, которая сообщает о глубоком сне человека, а также используется в исследованиях с млекопитающими и птицами., он также применяется в экспериментах, раскрывающих роль асимметрии полушарий во время сна. Преобладание левого полушария в нейронной активности можно наблюдать в сети режима по умолчанию во время SWS. Эта асимметрия коррелирует с задержкой начала сна, которая является чувствительным параметром так называемого эффекта первой ночи, другими словами снижения качества сна во время первого сеанса в лаборатории.
левое полушарие более чувствительно к девиантным стимулам в первую ночь по сравнению с последующими ночами эксперимента. Эта асимметрия дополнительно объясняет сокращение сна половины мозга во время SWS. Действительно, по сравнению с правым, левое полушарие играет бдительную роль во время SWS.
Кроме того, более быстрая поведенческая реактивность обнаруживается в левом полушарии во время SWS в первую ночь. Быстрое пробуждение коррелирует с региональной асимметрией в деятельности SWS. Эти данные показывают, что асимметрия полушария при SWS играет роль защитного механизма. Поэтому SWS чувствителен к опасности и незнакомой среде, что создает потребность в бдительности и реактивности во время сна.
Несколько нейротрансмиттеров участвуют в паттернах сна и бодрствования. : ацетилхолин, норэпинефрин, серотонин, гистамин и орексин. Нейроны неокортекса спонтанно активируются во время медленноволнового сна, поэтому они, кажется, играют определенную роль в этот период сна. Кроме того, у этих нейронов, по-видимому, есть своего рода внутренний диалог, который объясняет умственную активность во время этого состояния, когда нет информации от внешних сигналов из-за синаптического торможения на таламическом уровне. Скорость воспоминаний снов во время этого состояния сна относительно высока по сравнению с другими уровнями цикла сна. Это указывает на то, что умственная деятельность ближе к событиям реальной жизни.
Медленноволновой сон - это конструктивная фаза сна для восстановления системы разум-тело, в которой она восстанавливается. сам после каждого дня. Вещества, попавшие в организм во время бодрствования, синтезируются в сложные белки живой ткани. Гормоны роста также выделяются для облегчения заживления мышц, а также восстановления повреждений любых тканей. Наконец, глиальные клетки в мозге восстанавливаются с помощью сахара, чтобы обеспечить мозг энергией.
Процесс обучения и памяти происходит во время бодрствования. долгосрочного потенцирования ; SWS связан с регуляцией синапсов, таким образом потенцируемых. Было обнаружено, что SWS участвует в уменьшении размера синапсов, при котором сильно стимулированные или потенцированные синапсы сохраняются, в то время как слабо потенцированные синапсы либо уменьшаются, либо удаляются. Это может быть полезно для перекалибровки синапсов для следующей потенциации во время бодрствования и для поддержания синаптической пластичности. Примечательно, что новые данные показывают, что реактивация и изменение масштаба могут происходить одновременно во время сна.
ночное недержание мочи, ночные кошмары и лунатизм - это обычное поведение, которое может происходить на третьей стадии сна. Чаще всего они возникают у детей, которые потом их перерастают. Еще одна проблема, которая может возникнуть, - это расстройство пищевого поведения, связанное со сном. Человек будет ходить во сне, выйдя из постели посреди ночи в поисках еды, и будет есть, не имея никаких воспоминаний об этом утром. Более половины людей с этим заболеванием набирают лишний вес. Расстройство пищевого поведения, связанное со сном, обычно можно лечить дофаминергическими агонистами или топираматом, который является противосудорожным препаратом. Такое ночное питание в семье предполагает, что наследственность может быть потенциальной причиной этого расстройства.
J. А. Хорн (1978) рассмотрел несколько экспериментов с людьми и пришел к выводу, что лишение сна не влияет на физиологическую реакцию человека на стресс или способность выполнять физические упражнения. Однако это повлияло на когнитивные функции. Некоторые люди сообщали об искаженном восприятии или галлюцинациях и отсутствии концентрации на умственных задачах. Таким образом, основная роль сна заключается не в отдыхе для тела, а в отдыхе для мозга.
Когда люди, лишенные сна, снова спят нормально, процент восстановления для каждой стадии сна не такой же. Только семь процентов первой и второй стадий восстанавливаются, но восстанавливается 68 процентов медленноволнового сна четвертой стадии и 53 процента быстрого сна. Это говорит о том, что сон четвертой стадии (известный сегодня как самая глубокая часть сна третьей стадии) более важен, чем другие стадии.
Во время медленного сна происходит значительное снижение скорости мозгового обмена и мозгового кровотока. Активность снижается примерно до 75 процентов от нормального уровня бодрствования. Области мозга, которые наиболее активны в бодрствовании, имеют самый высокий уровень дельта-волн во время медленноволнового сна. Это указывает на то, что отдых является географическим. «Выключение» мозга объясняет сонливость и замешательство, если кто-то просыпается во время глубокого сна, поскольку коре головного мозга требуется время, чтобы возобновить свои нормальные функции.
Согласно J. Siegel (2005), лишение сна приводит к накоплению свободных радикалов и супероксидов в головном мозге. Свободные радикалы - это окислители, у которых есть один неспаренный электрон, что делает их очень реактивными. Эти свободные радикалы взаимодействуют с электронами биомолекул и повреждают клетки. В медленноволновом сне сниженная скорость метаболизма снижает образование побочных продуктов кислорода, тем самым позволяя существующим радикальным видам исчезнуть. Это средство предотвращения повреждения головного мозга.
Накопление бета-амилоида (Aβ) в префронтальной коре связано с нарушением или уменьшение медленных волн медленного сна. Следовательно, это может снизить способность к консолидации памяти у пожилых людей.
Хотя SWS довольно согласован у каждого человека, он может варьироваться от человека к человеку. Возраст и пол были отмечены как два важнейших фактора, влияющих на этот период сна. Старение обратно пропорционально количеству SWS, начиная с среднего возраста, и, следовательно, SWS уменьшается с возрастом. Также были обнаружены половые различия, так что женщины, как правило, имеют более высокий уровень SWS по сравнению с мужчинами, по крайней мере, до менопаузы. Также были исследования, которые показали различия между расами. Результаты показали, что у афроамериканцев был более низкий процент SWS по сравнению с европейцами, но поскольку существует множество влияющих факторов (например, индекс массы тела, нарушение дыхания во сне, ожирение, диабет и гипертония), эту потенциальную разницу необходимо изучить дополнительно..
Психические расстройства играют роль в индивидуальных различиях в качестве и количестве SWS: субъекты, страдающие депрессией, демонстрируют более низкую амплитуду медленноволновой активности по сравнению со здоровыми участниками. Половые различия также сохраняются в первой группе: у депрессивных мужчин амплитуда SWA значительно ниже. Это половое расхождение в два раза больше, чем у здоровых людей. Однако в группе с депрессией не наблюдается возрастных различий в отношении SWS.
Некоторые области мозга, участвующие в индукции медленноволнового сна, включают:
Химическое вещество гамма-гидроксимасляная кислота (GHB) было изучено для увеличения SWS. В США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) разрешает использование ГОМК под торговым названием Xyrem для уменьшения приступов катаплексии и чрезмерной дневной сонливости у пациентов с нарколепсией..
Примечания
Дополнительная литература
