Стадии сна и их значение: Что такое быстрый и медленный сон? Какая фаза полезнее?

Стадии и фазы сна — Психологос

01 октября 2022 г., 21:49

Самые яркие сновидения приходят к нам во время быстрого сна.

Во время сна у человека периодически чередуются две основные фазы: медленный и быстрый сон, причём в начале сна преобладает длительность медленной фазы, а перед пробуждением — растёт длительность быстрого сна. У здорового человека сон начинается с первой стадии медленного сна (Non-REM сон), которая длится 5-10 минут. Затем наступает 2-я стадия, которая продолжается около 20 минут. Ещё 30-45 минут приходится на период 3-4 стадий. После этого спящий снова возвращается во 2-ю стадию медленного сна, после которой возникает первый эпизод быстрого сна, который имеет короткую продолжительность — около 5 минут. Вся эта последовательность называется циклом. Первый цикл имеет длительность 90-100 минут. Затем циклы повторяются, при этом уменьшается доля медленного сна и постепенно нарастает доля быстрого сна (REM сон), последний эпизод которого в отдельных случаях может достигать 1 часа. В среднем, при полноценном здоровом сне, отмечается пять полных циклов.

Медленный сон

Медленный сон также имеет свои стадии.

Первая стадия. Альфа-ритм уменьшается и появляются низкоамплитудные медленные тета- и дельта-волны. Поведение: дремота с полусонными мечтаниями и сноподобными галлюцинациями. В этой стадии могут интуитивно появляться идеи, способствующие успешному решению той или иной проблемы.

Вторая стадия. На этой стадии появляются так называемые «сонные веретёна» — сигма-ритм, который представляет собой учащённый альфа-ритм (12—14—20 Гц). С появлением «сонных веретён» происходит отключение сознания; в паузы между веретёнами (а они возникают примерно 2—5 раз в минуту) человека легко разбудить. Повышаются пороги восприятия. Самый чувствительный анализатор — слуховой (мать просыпается на крик ребёнка, каждый человек просыпается на называние своего имени).

Третья стадия. Характеризуется всеми чертами второй стадии, в том числе наличием «сонных веретён», к которым добавляются медленные высокоамплитудные дельта-колебания (2 Гц).

4-я стадия медленного сна, глубокий сон. ЭЭГ выделена красной рамкой.

4-я стадия медленного сна, глубокий сон. Это самый глубокий сон. Преобладают дельта-колебания (2 Гц).

Третью и четвёртую стадии часто объединяют под названием дельта-сна. В это время человека разбудить очень сложно; возникают 80 % сновидений, и именно на этой стадии возможны приступы лунатизма и ночные кошмары, однако человек почти ничего из этого не помнит. Первые четыре медленноволновые стадии сна в норме занимают 75—80 % всего периода сна.

Предполагают, что медленный сон связан с восстановлением энергозатрат.

Быстрый сон

Быстрый сон. ЭЭГ выделена красной рамкой. Движения глаз подчёркнуты красным.

Быстрый сон (парадоксальный сон, стадия быстрых движений глаз, или сокращенно БДГ-сон, REM-сон) — это пятая стадия сна. ЭЭГ: быстрые колебания электрической активности, близкие по значению к бета-волнам. Это напоминает состояние бодрствования.

Вместе с тем (и это парадоксально!) в эту стадию человек находится в полной неподвижности, вследствие резкого падения мышечного тонуса. Однако глазные яблоки очень часто и периодически совершают быстрые движения под сомкнутыми веками. Существует отчетливая связь между БДГ и сновидениями. Если в это время разбудить спящего, то в 90 % случаев можно услышать рассказ о ярком сновидении.

Фаза быстрого сна от цикла к циклу удлиняется, а глубина сна снижается. Быстрый сон прервать труднее, чем медленный, хотя именно быстрый сон ближе к порогу бодрствования. Прерывание быстрого сна вызывает более тяжёлые нарушения психики по сравнению с нарушениями медленного сна. Часть прерванного быстрого сна должна восполняться в следующих циклах.

Предполагают, что быстрый сон обеспечивает функции психологической защиты, переработку информации, ее обмен между сознанием и подсознанием.

Слепым от рождения снятся звуки и ощущения, БДГ у них нет.

Комментарии (11):

Владимир, 10 августа 2014 г. , 19:10

Интересно, спасибо!

Марина, 20 июня 2015 г., 00:02

Ого, про слепых от рождения и не знала…

Елена, 14 июля 2015 г., 15:44

Большое спасибо!

Евгений, 19 февраля 2016 г., 09:27

Спасибо, но можно было просто ссылку на википедию оставить.

Гость, 05 июля 2017 г., 12:52

Интересная информация!

Гость, 07 мая 2018 г., 16:16

Спасибо за интересный факт!

Гость, 10 сентября 2019 г., 07:01

Спасибо. Познавательно.

Гость, 06 ноября 2019 г., 12:15

Интересно и познавательно!! Благодарю!

Гость, 10 ноября 2019 г., 10:07

Спасибо, очень познавательно!

Гость, 24 ноября 2019 г., 10:06

И в правда — очень интересная статья. Особенно удивило о слепых, никогда не задумывался, что снится таким людям.

Гость, 03 мая 2020 г., 00:39

Лучше бы написали, сколько часов спать надо!

Материалы по теме:

01 янв. 2016 г.

Дистанция – система пошагового развития личности

Почему «Дистанция»? Вы когда-нибудь пробегали на стадионе дистанцию? «На старт… Внимание… Марш!» — и вы полетели вперед.

12Подробнее

01 янв. 2012 г.

Дистанция онлайн

Дистанция – это развитие навыков общения, лидерства, самоорганизации, налаживание отношений в семье, возможность поправить здоровье.

7Подробнее

01 янв. 2000 г.

Как побороть бессонницу

Бессонница — расстройство сна: чаще всего трудно заснуть. Или проснулся и уже не засыпаю… Лежит, ворочается и никак не может заснуть. Причин может быть много самых разных. Чаще всего…

3Подробнее

01 окт. 2022 г.

Сон

Сон — отключение основного объема сознания, понижение реакции на окружающее, отдых и погружение в мир сновидений.

0Подробнее

хронофизиологическая реальность или всего лишь условное деление процесса постепенного углубления сна? uMEDp

Возникновение и история науки о сне тесно связаны с рядом открытий, заложивших основы системы описания сна в виде последовательности небольшого числа да-или-нет-переменных, называемых стадиями сна. Несмотря на множество не устраненных до сих пор недостатков этой системы, она имела неожиданный успех, обеспечивший на полстолетия непрерывность научных и клинических описаний сна. Такой успех может быть объяснен тем, что границы стадий сна примерно совпадают с моментами, когда состояния сна и бодрствования или субсостояния сна сменяют друг друга в результате антагонистического взаимодействия между оппонирующими процессами-промоторами бодрствования и сна. Это объяснение подтвердил анализ динамики значений главных компонент электроэнцефалографического спектра, которые послужили электроэнцефалографическими индикаторами этих процессов. Было обнаружено совпадение между моментами резких, пересекающих нуль изменений значений главных компонент и переходами от бодрствования к сну, от первой стадии медленного сна ко второй, от второй к третьей и т.д. В статье также обсуждаются некоторые перспективы применения в медицине сна предложенного нами подхода к анализу электроэнцефалографического спектра методом главных компонент.

Рис. 1. Значения главных компонент ЭЭГ-спектра: ГК1 (А), ГК2 (Б), ГК1-2 (В) – и медленноволновой активности (Г) в процессе перехода от бодрствования к первой и второй стадиям сна, мин

Рис. 2. Значения главных компонент ГК1 (А), ГК2 (Б), ГК1-2 (В), ГК4 (Г) и традиционных индексов мощности мозговой активности в дельта- (А), тета- (В), сигма-диапазонах (Г) и разницы альфа- и тета-мощностей (Б) при переходах между парами последовательных с

Рис. 3. Значения главных компонент ГК1 (А), ГК2 (Б), ГК1-2 (В), ГК4 (Д) и медленноволновой активности (Г) в начале и конце обычного ночного сна и разница значений, полученных для начала и конца ночного сна

Введение

Наука о сне возникла и развивалась в тесной связи с открытиями, указывающими на стадийную природу сна. Сначала A.L. Loomis и соавт. опубликовали примеры записей электроэнцефалографического (ЭЭГ) сигнала, снятого с поверхности головы спящего человека. Записи свидетельствовали о том, что волновая структура ЭЭГ претерпевает определенные стадийные изменения в ходе погружения в сон и по мере его последующего углубления [1]. Затем E. Aserinsky и N. Kleitman дополнили данное описание наблюдением периодически возникающих вкраплений необычной фазы сна, быстроволновая структура которых напоминала таковую при дремоте или бодрствовании [2]. Более детальные инструментальные исследования, осуществленные на протяжении последующих 15 лет, привели к созданию единой стандартной системы объективного описания сна в форме гипнограммы. Суть этого описания заключается в делении исходной записи на интервалы, относящиеся к состояниям бодрствования и сна, двум фазам – медленного (иначе ортодоксального) и быстрого (иначе парадоксального) сна – и четырем стадиям медленного сна (первой, второй, третьей и четвертой) [3].

Первоначально практическое применение такой системы означало многочасовую работу одного, а лучше двух опытных специалистов – «скореров» (англ. scoring – считать – прим. ред.). Каждый из них должен был независимо от другого составить свой вариант гипнограммы. Иначе говоря, разбить полный многочасовой набор 20- или 30-секундных эпох ночного сна на интервалы, обозначенные как определенное состояние (бодрствование или сон), фаза сна (медленная или быстрая) и стадия медленного сна (первая, вторая, третья или четвертая).

История этой простой системы удивительна тем, что, несмотря на весь дальнейший прогресс науки о сне и компьютеризацию его лабораторных исследований, она до сих пор входит в число обязательных процедур научного и клинического исследования сна. Такая процедура считается необходимым условием для последующей обработки и публикации результатов практически любого научного эксперимента по изучению сна и практически любого клинического исследования его расстройств. Только сравнительно недавно была предпринята самая радикальная за пятидесятилетнюю историю этой стандартной классификации попытка ее ревизии [4, 5]. Она по большому счету свелась лишь к объединению третьей и четвертой стадий, что, кстати сказать, и так на протяжении многих предшествующих лет уже делалось в большинстве фундаментальных и клинических исследований. Эта объединенная стадия обычно именовалась медленноволновым сном (

также используется термин «дельта-сон» – прим. ред.), а теперь термин «третья стадия» попросту превратился в синоним медленноволнового сна. Кроме того, обсуждалась идея введения новой стадии сонливости, которая должна была частично перекрываться с первой стадией сна и состоянием бодрствования, но это предложение было в конце концов отвергнуто [4]. Между тем с устной или печатной критикой в адрес стадийной системы описания сна не выступал разве что только ленивый [6]. Не вдаваясь во все разнообразные аспекты этой критики, отметим лишь несколько важных для последующего изложения недостатков стадийной классификации сна и те следствия, к которым эти недостатки приводят.

Традиционно сон определяют как поведенческое состояние целого организма. Для выделения стадий сна используются данные, полученные с одного из участков на поверхности головы или даже иные, чем ЭЭГ, полисомнографические сигналы. Примерами могут служить электроокулограмма и электромиограмма, которые записываются одновременно с ЭЭГ для выявления фазы быстрого сна, а также данные электроокулографии плюс запись ЭЭГ, полученная от конкретной (обычно затылочной) области, которые используются для разграничения бодрствования и первой стадии сна.

Однако спектральный анализ ЭЭГ, записанной с электродов, расположенных на разных участках головы (например, перед­нем и затылочном), указывает на топографическую постепенность и неоднородность изменений паттернов ЭЭГ, а также на то, что сон не обязательно начинается одновременно во всех участках коры головного мозга [7, 8]. Более того, сон и бодрствование не являются взаимно исключающими состояниями, поскольку характерные для каждого из этих состояний волновые паттерны ЭЭГ могут сосуществовать достаточно длительное время [7–9]. Кроме того, возможна диссоциация между этими паттернами и поведенческими или субъективными критериями начала сна [10–12].

Применение количественных компьютеризированных методов обработки ЭЭГ, в первую очередь спектрального анализа, обычно обнаруживает постепенные, а не резкие изменения спектральной композиции ЭЭГ-сигнала в процессе погружения в сон и в ходе его последующего углубления. Иными словами, эти методы не выявляют четко очерченных границ, отделяющих бодрствование от сна, а также одну стадию медленного сна от другой [13–15]. В частности, применение спектрального анализа позволяет описать динамику наиболее мощного спектрального компонента ЭЭГ-сигнала – дельта-волн (частота 0,5–4,5 Гц) или медленноволновой активности. Она максимально снижена во время бодрствования, но обнаруживает непрерывный рост сразу после перехода ко сну и затем в процессе его дальнейшего углубления. Рост начинается сразу после смены бодрствования (обозначается как W) коротким переходным интервалом первой стадии сна (N1). Затем рост продолжается во время более длительного интервала второй стадии (N2) и достигает пика на интервале третьей стадии (N3). Эту последнюю стадию назвали медленноволновым сном из-за доминирования высокоамплитудных низкочастотных волн (более 75 мВ, 0,5–2,0 Гц). Произвольные пороговые критерии, используемые для выявления этой стадии, упоминают три таких порога (численный, частотный и амплитудный). Более 20% данной 20- или 30-секундной эпохи сна должно обнаруживать активность 75 мкВ [3]. Медленноволновая активность не уникальна для третьей стадии. Она обычно присутствует во второй стадии сна, и наоборот, свойства ЭЭГ, по которым выявляют вторую стадию (сонные веретена и К-комплексы), обнаруживаются и в третьей стадии сна [16]. Практика показала, что такие критерии сложно применять даже при изучении сна здорового человека, так что необходимость в подобном субъективном оценивании порогов может стать причиной слабой степени согласованности между результатами работы разных «скореров» [17, 18].

Действительно, невысокая степень согласия была обнаружена при классификации соседних стадий (W/N1, N1/N2 и N2/N3), причем особенно слабый результат был выявлен при разграничении первой и третьей стадий. В частности, сравнения результатов пяти «скореров» обнаружили, что процент одновременного согласия между ними (пять из пяти) при классификации первой и третьей стадий составил только 3,6 и 18,6% соответственно [18]. Такого рода проблемы могут стать причиной ненадежной оценки длительности стадий сна, включая медленноволновой сон [17]. Важно отметить один факт. До недавнего времени медленноволновой сон и медленноволновая активность рассматривались в основном как полезные индикаторы (маркеры) глубины сна и его интенсивности. Однако исследования последних лет показали, что из-за уникальной жизненной функции измерение медленноволнового сна и медленноволновой активности может представлять специальный интерес для изучения нормального и патологического сна. В частности, была выявлена их существенная роль для нормального процесса запоминания и обучения [19–23]. В связи с тем что наличие и целостность медленноволнового сна связаны со способностью к формированию и сохранению следов памяти, недостаток именно этой стадии сна может объяснить некоторые когнитивные нарушения при бессоннице в пожилом возрасте [24, 25]. Следовательно, более надежное определение границ медленноволнового сна становится особенно актуальным для оценки его влияния на такие нарушения.

Несмотря на то что стадийная классификация дает возможность довольно экономного количественного описания сна путем выделения небольшого количества да-или-нет-переменных, именуемых стадиями, она полностью игнорирует вопрос о нейробиологическом значении и валидности такого подразделения [6]. Возникает вопрос: можно ли свести спектральные представления ЭЭГ-сигнала к такому же экономичному описанию сна, какое дает его стадийная классификация, но в то же время получить нейробиологически осмысленное описание? В ряде предыдущих публикаций мы представили экспериментальные доказательства того, что анализ ЭЭГ-спектра методом главных компонент позволяет экономично представить такой спектр в виде небольшого набора значений независимых (ортогональных и некоррелированных) компонент [26–33]. Была также высказана гипотеза, что, во-первых, традиционные спектральные характеристики ЭЭГ-сигнала (медленноволновая активность и активность в альфа-, тета-, сигма- и прочих диапазонах) отражают комбинированное воздействие нескольких оппонирующих процессов регуляции цикла «сон – бодрствование». Во-вторых, извлечение главных компонент этого спектра позволяет обнаружить ЭЭГ-подписи этих отдельных оппонирующих процессов, а не их совместное влияние [26–28].

Идея антагонистической природы хронорегуляции полностью согласуется с нейронаучными открытиями, предполагающими, что регуляция цикла «сон – бодрствование» заключается во взаимодействии оппонирующих процессов. Одни являются промоторами сна и ингибиторами бодрствования, а другие, наоборот, промоторами бодрствования и ингибиторами сна или отдельных его фаз [34–36]. В частности, исследования указывают на то, что вентролатеральные преоптические ядра гипоталамуса содержат и нейроны-промоторы сна, и нейроны-промоторы бодрствования, которые контролируют смену состояний сна – бодрствования, а также чередование медленной и быстрой фаз сна [35].

Цель

Проверка гипотезы о том, что возможность описывать любые ЭЭГ-записи сна в виде последовательности небольшого числа да-или-нет-переменных, называемых стадиями, объясняется таким свойством механизмов регуляции сна – бодрствования, как реципрокные взаимодействия между процессами-промоторами сна и бодрствования, которые ингибируют друг друга при смене одного состояния/субсостояния сна – бодрствования другим.

Материал и методы

Для проверки гипотезы были проанализированы данные двух экспериментов.

Первый эксперимент включал ЭЭГ-записи сна и бодрствования 14 женщин. Каждая из них приняла участие в двух идентичных экспериментах. Участница эксперимента находилась в лаборатории адаптационную ночь, в следующую ночь проводилась полисомнографическая запись сна. Свет выключался в 23 часа, и длительность сна не ограничивалась. В последующие сутки участнице эксперимента предлагалось заснуть в течение 20 минут в 10, 12, 14, 16, 18, 23, 01, 03 и 05 часов.

Второй эксперимент включал ЭЭГ-записи сна и бодрствования 18 молодых мужчин. Девять экспериментов с двумя участниками было проведено в экспериментальном комплексе в интервале между утром субботы и утром понедельника. Оба бодрствовали в субботу до 23 часов, а затем один из них спал до 06 часов утра, а второй бодрствовал до того же часа. Следующие 24 часа включали 12 ультрадианных циклов «сон – бодрствование», состоящих из 20-минутной попытки сна и 100 минут бодрствования. Экспериментальные протоколы более подробно описаны в предыдущей публикации [26].

Запись сна велась с помощью восьмиканального полиграфа Medicor (EEG8S, Micromed, Hungary). Она включала запись подбородочной электромиограммы (один канал), электроокулограммы (два канала) и ЭЭГ (пять каналов). Обрабатывались данные отведения Cz-A1 (вершина головы и мочка левого уха). Для фиксации электродов использовалась паста Ten20 (Nicolet Biomedical, Madison, Wisconsin, USA). Записи расшифровывались двумя независимыми «скорерами» по стандартным критериям [3]. ЭЭГ-сигнал фильтровался, оцифровывался и записывался на диск компьютера. Участки записи с артефактами выявлялись на пятисекундных интервалах, затем абсолютные спектральные мощности (µV2) вычислялись для всех остальных пятисекундных интервалов с помощью быстрого преобразования Фурье. Дальнейшая редукция информации включала усреднение значений на соседних частотах в пределах одногерцевого диапазона и усреднение полученных таким образом значений спектра на одноминутных интервалах. Значения в диапазоне от 1 до 16 Гц были конвертированы в натурально-логарифмическую шкалу и обработаны методом главных компонент. Лог-трансформированные значения дополнительно усреднялись в интервале 4 Гц, что примерно соответствует диапазонам дельта-, тета-, альфа- и сигма-активности (1–4, 5–8, 9–12 и 13–16 Гц соответственно). Из спектра такого частотного диапазона извлекались четыре главные компоненты. Для получения четырех значений главных компонент 16 значений спектральной мощности суммировались после их оптимального взвешивания в соответствии с их нагрузками на компоненту. Детальные описания методологии обработки ЭЭГ-спектра методом главных компонент были опубликованы ранее [26–33].

Результаты такого анализа данных отображены на рис. 1–3. Первые два рисунка основаны на данных по многократным 20-минутным попыткам сна (второй и первый эксперименты и второй эксперимент соответственно), а третий рисунок основан на данных двукратных записей ночного сна (первый эксперимент). Кривые значений главных компонент (ГК1, ГК2, ГК1-2 и ГК4) и традиционного ЭЭГ-индекса (медленноволновая активность) указаны либо с ошибкой среднего (ошибка; рис.  1), либо с доверительным интервалом (ДИ; рис. 2 и 3). Они рассчитаны путем усреднения сначала по каждому участнику эксперимента, а потом для всей группы участников одного (рис. 1 и 3) или двух экспериментов (рис. 2).

Результаты

Рисунок 1 иллюстрирует результаты подробного анализа первой стадии медленного сна («дремотный» сон) во время 20-минутных попыток заснуть. Эта стадия обычно является кратковременным переходным этапом между бодрствованием и более глубокой стадией «настоящего» сна (второй). Значения первой (ГК1) и второй (ГК2) главных компонент ЭЭГ-спектра, а также их разницы (ГК1-2) и медленноволновой активности – традиционного ЭЭГ-индекса – были рассчитаны для пяти разных задержек начала второй стадии сна (м1–м5) на 20-минутном интервале от минуты -5 до +14 относительно нулевой (0) минуты начала сна. Точечные и пунктирные линии показывают примерную границу, отделяющую первую стадию сна от бодрствования и второй стадии сна. Анализ структуры ЭЭГ-спектра методом главных компонент выявляет нейрофизиологическую природу этой стадии. Она служит «нейтральной полосой», разделяющей «противоборствующие» драйвы бодрствования и сна. Значение второй главной компоненты (предполагаемого маркера драйва бодрствования) резко снижается всегда на границе с бодрствованием (рис. 1Б), а значение первой компоненты (предполагаемого маркера драйва сна) резко возрастает всегда на границе со второй стадией (рис. 1А). На графике разницы значений этих компонент (рис. 1В) хорошо видны две «ступеньки», соответствующие стадии бодрствования и второй стадии сна, тогда как промежуток между ними занимает первая стадия. Увеличение от одной до пяти минут ведет к точно такому же увеличению промежутка между «ступенями». Напротив, если анализируется медленноволновая активность, измеренная как мощность активности в медленноволновом диапазоне ЭЭГ-спектра (рис. 1Г), такой четкой «ступенчатой» структуры не обнаруживается. После инициации сна этот традиционно используемый маркер «выплаты долга сна» просто постепенно «растает» по мере углубления сна.

Рисунок 2 представляет результаты, полученные для состояния бодрствования и всех трех стадий медленного сна в пределах 20-минутного интервала попыток сна. Значения главных компонент (первой, второй, их разницы и четвертой) и традиционные индексы были рассчитаны на трех двухстадийных интервалах (бодрствования и первой стадии сна, первой и второй стадий сна и второй и третьей стадий сна). Традиционные ЭЭГ-индексы, такие как мощность активности мозга в дельта-, альфа-, тета- и сигма-диапазонах ЭЭГ-спектра, а также их отношения, такие как разница альфа- и тета-мощности, могут довольно быстро меняться на границах первой стадии сна, хотя и не так стремительно, как значения первой (ГК1) и второй (ГК2) главных компонент ЭЭГ-спектра. Однако такие изменения традиционных индексов не обнаруживаются на границе между второй и третьей стадиями сна, поскольку она определяется исключительно условными количественными критериями (частоты, количества и амплитуды медленных волн). В противовес этим индексам значение четвертой (ГК4) главной компоненты ЭЭГ-спектра начинает свой быстрый рост где-то вблизи этой границы (рис. 2Г). Изменение знака одной из компонент происходит в районе границы между стадиями (второй – для границы между бодрствованием и первой стадией, первой – между первой и второй стадиями и четвертой – между второй и третьей стадиями). Причем такое определение границы стадии уже не является условным, поскольку граница указывает на нейрофизиологически осмысленные «ступенчатые» изменения уровня хронорегуляторных процессов. В результате появляется возможность объективно оценивать продолжительность каждой из стадий путем применения критерия пересечения нуля значением второй компоненты (рис. 2Б), первой компоненты или их разницей (рис. 2А и В) и значением четвертой компоненты (рис. 2Г). Значение компоненты меняется либо с положительного на отрицательное (ГК2), либо с отрицательного на положительное (ГК1, ГК1-2 и ГК4).

Рисунок 3 сравнивает маркеры процессов регуляции сна в начале и конце обычного ночного сна. Считается, что поэтапное снижение среднего уровня медленноволновой активности в череде ультрадианных циклов сна отражает процесс «выплаты долга сна», накопленного во время бодрствования. Значения медленноволновой активности (рис. 3Г) и значения главных компонент – ГК1 (рис. 3А), ГК2 (рис. 3Б), ГК1-2 (рис.  3В) и ГК4 (рис. 3Д) – были рассчитаны для 100-минутных интервалов в начале и конце обычного ночного сна. Для того чтобы иллюстрировать различия между этими интервалами, была дополнительно рассчитана разница между значениями, полученными в начале и конце сна. Сходство между динамикой медленноволновой активности (рис. 3Г) и динамикой ГК1-2 (рис. 3В) на всех трех интервалах позволяет предполагать, что медленноволновая активность отражает суммарный вклад драйвов сна и бодрствования в процесс регуляции «выплаты долга сна». Для того чтобы инициировать этот процесс в форме роста ГК1 (предположительно представляющей драйв сна) с минимального значения на границе первой и второй стадий до максимального уровня в третьей стадии первого цикла сна (рис. 3А), значение ГК2 (предположительно представляющей драйв бодрствования) должно заранее резко уменьшиться на границе бодрствования и первой стадии (рис. 3Б). Начало последующего этапа наиболее интенсивной «выплаты» совпадает с началом третьей стадии сна. Такое начало маркируется началом подъема ГК4 с минимального значения на интервале второй стадии (рис. 3Д). Это начало также совпадает с началом дальнейшего спада ГК2 (рис. 3Б), тогда как значение ГК1 остается стабильно высоким до самого конца третьей стадии (рис. 3А). Во время последующего перехода от медленного (ортодоксального) сна к последующей фазе быстрого (парадоксального) сна в конце первого ультрадианного цикла сна все значения компонент начинают «дружно» стремиться к значению, близкому к нулю. Наконец, после череды ультрадианных циклов сна примерно такое же соответствующее нулю значение достигается всеми компонентами на финальном этапе ночного сна (рис. 3А, Б, Д), когда «долг сна» полностью «выплачен».

Обсуждение результатов

Научное и клиническое описание сна неизменно включает создание гипнограммы, которая сводит все разнообразные паттерны ЭЭГ- и других входящих в полисомнограмму сигналов к небольшому числу да-или-нет-переменных, обозначенных как бодрствование или определенная фаза или стадия сна. На протяжении всей истории научного исследования сна одной из нерешенных научных проблем остается задача замены такого формального подхода более естественным методом, который предполагает возможность нейрофизиологически осмысленной демаркации границ между стадиями сна. Такой метод нужно не только разработать, но и теоретически обосновать. За основу предельно простого, но в то же время объективного и теоретически обоснованного подхода к определению границ между стадиями сна можно взять теоретические представления об участии оппонирующих хрононейробиологических механизмов регуляции смены состояний и субсостояний сна – бодрствования. Такую возможность подтверждают результаты анализа динамики значений главных компонент, которые, предположительно, являются ЭЭГ-маркерами антагонистических взаимодействий процессов-промоторов сна и бодрствования в фазах перехода состояний и субсостояний от одного к другому в суточном цикле «сон –бодрствование» и ультрадианных циклах сна.

Следует ожидать, что анализ ЭЭГ-спектра методом главных компонент может быть полезен для исследований в области медицины сна, причем не только тем, что позволит уменьшить субъективные влияния «скорера» на результаты описания сна в виде гипнограммы. Следует ожидать, что такой анализ может позволить лучше понять причины нарушений сна. Например, в одной из наших публикаций [33] мы описали возрастные изменения значений двух первых главных компонент. Оказалось, что процесс нормального старения сна, наиболее ранним и очевидным признаком которого является снижение медленноволновой активности и медленноволнового сна, можно объяснить не только ослаблением драйва сна (снижением значения первой компоненты), но и усилением драйва бодрствования (повышением значения второй компоненты) из-за дезингибирующего влияния ослабления драйва сна. Этот результат позволяет легко ответить на вопрос: «Почему старение сопровождается не только нарушениями цикличности состояний сна – бодрствования и нарушениями ночного сна (частыми и ранними пробуждениями), но и появлением некоторых преимуществ у пожилых людей перед молодыми людьми в условиях жизни в современном обществе?» Вероятнее всего, именно усиление драйва бодрствования позволяет пожилым людям реже засыпать непроизвольно в случае острой необходимости бодрствовать после длительного периода лишения сна или «недосыпа». Этот результат также позволяет объяснить довольно простыми причинно-следственными связями наблюдаемые с возрастом патологические изменения сна. Например, такие на первый взгляд далеко не очевидным образом связанные друг с другом симптомы, как недостаточный уровень дневного бодрствования, нежелательная дневная сонливость, появление привычки дремать днем, неспособность быстро засыпать, недостаточная продолжительность ночного сна, неудовлетворенность таким сном, поверхностность ночного сна, частые ночные пробуждения, нежелательные пробуждения ранним утром [33].

Кроме того, анализ ЭЭГ-спектра методом главных компонент позволит точнее оценивать участие процессов регуляции цикла «сон – бодрствование» в различных расстройствах ночного сна и цикла «сон – бодрствование». Например, если маркером начала процесса «выплаты долга сна» является не начало роста медленноволновой активности сразу после смены бодрствования сном, а начало роста значения первой компоненты на границе первой и второй стадий сна [30, 31], то при расчете эффективности ночного сна нужно не добавлять длительность первой стадии к общей длительности сна, а вычитать ее. Интервалы «дремотного» сна коротки только при нормальном сне, но они увеличены в два и более раз у пожилых людей и при многих расстройствах сна (бессоннице, апноэ сна и др.). Поэтому можно предположить, что субъективные ощущения нарушений ночного сна, характерные для этих людей и при этих расстройствах, не так уж существенно противоречат объективным оценкам этих нарушений, как это часто можно заключить по результатам расчета эффективности сна традиционным методом.

Наконец, такой анализ может быть направлен на обнаружение конкретных причин диссоциации между результатами объективного изучения расстройств сна и поведенческими или субъективными симптомами его нарушений. В отличие от традиционных критериев наступления сна и смены его стадий критерии, основанные на анализе ЭЭГ-спектра методом главных компонент, могут быть использованы для классификации субсостояний сна в любой области коры головного мозга [29]. Кроме того, эти критерии могут быть использованы для выявления конкретных субсостояний сонливости в пределах континуума «бодрствование –сонливость» [32]. Как известно, до сих пор градация дремотных состояний остается за пределами традиционной стадийной классификации, хотя неоднократно высказывалось мнение о том, что период, разграничивающий бодрствование и сон, является континуумом дремотных субсостояний, а не единой унифицированной стадией [14, 37].

Заключение

Результаты анализа динамики значений главных компонент обнаруживают совпадение моментов резкого изменения значений главных компонент ЭЭГ-спектра с переходами от одной стадии сна к другой. Успех традиционной стадийной системы, обеспечившей на полстолетия непрерывность научных и клинических описаний сна, может быть объяснен тем, что границы стадий сна примерно совпадают с моментами, когда состояния сна – бодрствования и субсостояния сна сменяют друг друга в результате антагонистического взаимодействия между процессами промоторами и ингибиторами сна – бодрствования.

Понимание циклов и стадий сна

Понимание стадий сна

Сон — это сложный процесс, протекающий поэтапно, и мы циклически переходим из этих стадий в течение ночи. Двумя основными компонентами нормального сна являются БДГ-сон (быстрое движение глаз), когда возникают самые яркие сновидения, и медленный сон (БДГ-сон).

Медленный сон состоит из нескольких стадий, обозначенных от N1 до N3, что указывает на глубину сна. Стадия 4 — быстрый сон.

– Стадия 1/N1: Это период «засыпания», который обычно длится от одной до пяти минут. Тело еще не полностью расслабилось, и в это время легко проснуться.

— Стадия 2/N2: когда тело входит в более расслабленное состояние; температура падает, дыхание и пульс замедляются. Мозговая деятельность обычно также замедляется, хотя бывают короткие всплески активности, называемые веретенами сна. Считается, что они помогают стабилизировать память.

— Стадия 3/N3: Это глубокий сон, во время которого тело еще больше расслабляется. Некоторые эксперты считают, что этот этап имеет решающее значение для восстановительного сна. Глубокий сон обычно происходит в первой половине ночи и длится 20-40 минут в каждом цикле фазы сна.

— Стадия 4/БДГ: Считается, что быстрый сон необходим для когнитивных функций, таких как память, обучение и творчество. Яркие сны могут возникать во время быстрого сна. Как правило, человек входит в стадию быстрого сна после того, как он проспал около 90 минут. Стадии БДГ составляют около 25% сна у взрослых, причем каждая стадия становится все длиннее и длиннее; первая стадия может длиться несколько минут, а более поздние стадии могут длиться до часа.

Каждая стадия сна имеет характерный образец мозговых волн, который можно увидеть на машине, называемой электроэнцефалографом (ЭЭГ). Полный цикл сна обычно занимает около 9от 0 до 110 минут; затем цикл повторяется в течение ночи.

Циркадные ритмы и биологические часы

Циркадные ритмы — это физические, психические и поведенческие изменения в организме, которые следуют 24-часовому циклу. Эти процессы затрагивают большинство живых существ и реагируют в основном на свет и темноту. На самом деле, сон ночью и пробуждение днем ​​— это пример циркадного ритма, связанного со светом, который часто называют «циклом сна/бодрствования». Цикл сна/бодрствования может влиять на пищевые привычки, пищеварение, температуру тела, выброс гормонов и другие жизненно важные функции.

Биологические часы — это естественный таймер, который регулирует наши циркадные ритмы. Он состоит из определенных молекул, которые взаимодействуют с клетками по всему телу. Не у всех биологические часы устроены одинаково. Например, все мы знаем людей (часто называемых «жаворонками»), которые работают лучше и полны энергии по утрам, и других («сов»), которые работают эффективнее далеко за полночь. Часть этой разницы проводки может быть врожденной, а часть

может быть запрограммирована. Биологические часы можно сбросить при воздействии света (дневного или искусственного), мелатонина или активной деятельности.

Переключатель биологических часов (также называемый «главными часами») называется супрахиазматическим ядром (СХЯ) и расположен в области мозга, называемой гипоталамусом. СХЯ получает информацию от клеток мозга о свете и темноте и посылает сигналы в другие части мозга, которые контролируют гормоны, температуру тела и другие функции организма, влияющие на то, чувствуем ли мы себя сонными или бодрствующими.

За несколько часов до отхода ко сну циркадианная система начинает отключать сигнал («пробуждение»), готовясь ко сну. Как правило, система производит наименьший предупреждающий сигнал около 4:30 утра. Затем, еще до того, как мы просыпаемся, циркадианная система включает свою систему оповещения, и температура нашего тела повышается, поскольку тело готовится к новому дню.

Второй системой, управляющей сном, является гомеостатический двигатель — потребность во сне, которая возрастает в организме по мере того, как вы бодрствуете. Давление снижается во время сна, достигая минимума после полноценной ночи полноценного сна. В течение дня предупреждающий сигнал циркадного ритма противодействует гомеостатическому влечению ко сну, поэтому мы обычно можем бодрствовать.

Мы нарушаем эти нормальные привычки, работая посменно, и, в меньшей степени, когда ложимся спать допоздна и отсыпаемся по выходным. После смены режима сна на выходных нам может быть трудно заснуть в воскресенье вечером, и в результате в понедельник вы можете проснуться разбитым.

Стадии сна: элементы цикла сна

Хотя легко сосредоточиться на количестве сна, которое вы получаете каждую ночь, качество вашего сна также важно. Качественный сон является жизненно важной частью вашего общего состояния здоровья. Слишком раннее пробуждение или частое пробуждение ночью может повлиять на количество времени, которое вы проводите в каждой стадии сна.

В течение обычной ночи вы циклически проходите через несколько стадий сна. Каждый этап способствует тому, что утром вы чувствуете себя хорошо отдохнувшим и восстановленным. Здоровый цикл сна имеет много преимуществ, в том числе помогает вашему мозгу восстанавливаться, укрепляет вашу иммунную систему и улучшает вашу способность к обучению.

Понимание цикла сна

Во время сна наше тело многократно проходит серию из четырех стадий сна, также известную как архитектура сна. Люди обычно проходят через четыре стадии сна каждые 90–120 минут в течение ночи.

За восьмичасовой ночной сон вы обычно завершаете цикл четыре-пять раз. Количество времени, которое вы проводите в каждой стадии сна, будет меняться по мере продвижения в течение ночи.

Циклы сна могут варьироваться от человека к человеку, так как существует множество факторов, которые могут повлиять на ваш цикл. К этим факторам относятся:

• Возраст
• Лекарства, такие как антидепрессанты или бензодиазепины
• Нарушения сна, включая обструктивное апноэ во сне, нарколепсию и синдром беспокойных ног
• Вещества, такие как кофеин, никотин и алкоголь
900 49 Расстройства настроения

Какие четыре Стадии сна?

Сон можно разделить на две широкие категории: сон с небыстрым движением глаз (NREM) и сон с быстрым движением глаз (REM). Взрослый проводит большую часть ночи в медленном сне.

Обычно цикл сна начинается с трех стадий медленного сна. Во время медленного сна вы переходите от легкого сна к глубокому. Ваше тело расслабляется, движения глаз прекращаются, а частота сердечных сокращений и активность мозга снижаются. Но во время БДГ-сна многие процессы вашего тела похожи на состояние бодрствования, поскольку ваши сны становятся насыщенными и яркими.

Стадия 1 Медленный сон

Первая стадия сна — это переход от бодрствования к легкому сну. Обычно это длится всего несколько минут, хотя взрослые мужчины, как правило, проводят больше времени в стадии 1 сна.

На стадии 1 медленного сна вы подвержены легкому пробуждению. Когда вы просыпаетесь от сна первой стадии, вы можете даже не осознавать, что спали.

Во время фазы 1 медленного сна ваши мышцы начинают расслабляться, а активность мозга замедляется. Когда вы перейдете ко сну, частота сердечных сокращений, дыхания и движения глаз начнут уменьшаться.

Стадия 2 медленного сна

Взрослые большую часть времени проводят во второй стадии медленного сна. Примерно 50% всего времени сна тратится на эту стадию.

На стадии 2 NREM ваш сон становится глубже. Вас все еще можно разбудить, но это сложнее, чем на этапе 1. Ваш сердечный ритм и дыхание снижаются еще больше. Движение глаз полностью прекращается, а температура тела снижается.

Два уникальных паттерна мозговых волн во время второй стадии сна — это сонные веретена и К-комплексы.

• Сонные веретена: Сонные веретена проявляются в виде быстрого резкого повышения активности мозга на электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Исследователи считают, что сонные веретена участвуют в формировании воспоминаний и улучшают обучение.
• К-комплексы: К-комплексы проявляются в виде отрицательных провалов, за которыми сразу же следует резкий всплеск. Они помогают поддерживать сон, блокируя внешние раздражители. Другие предполагают, что они могут помочь пробудить вас ото сна, когда мозг интерпретирует стимул как опасный. Они также могут помочь мозгу сформировать долгосрочные воспоминания.

Стадия 3 медленного сна

Стадия 3 медленного сна считается состоянием самого глубокого сна и иногда называется медленным сном или глубоким сном. Он отвечает за то, что вы чувствуете себя свежим и восстановленным по утрам.

Дыхание, частота сердечных сокращений и активность мозга в этот период находятся на самом низком уровне. Ваше тело очень расслаблено, и на этом этапе его труднее разбудить.

Стадия 3 NREM — это когда чаще всего возникают разговоры во сне, лунатизм и ночные страхи.

Вы проводите больше времени в стадии 3 медленного сна в начале ночи. Сон третьей стадии обычно длится от 20 до 40 минут во время первого цикла и уменьшается ближе к ночи.

БДГ-сон

Обычно примерно через 90 минут после засыпания вы начинаете испытывать БДГ-сон. С наступлением ночи вы начнете проводить больше времени на этом этапе. В вашем первом цикле сна вы можете провести только 10 минут в БДГ-фазе, но позже ночью эта фаза может длиться около 60 минут. Быстрый сон составляет немногим менее 25% от общего сна у взрослых.

Во время быстрого сна ваши глаза начинают быстро двигаться, а частота сердечных сокращений и кровяное давление увеличиваются. Уровень активности вашего мозга аналогичен тому, когда вы бодрствуете.

Сны могут сниться на любой стадии сна, но самые яркие сны приходятся на фазу быстрого сна. Кроме того, во время быстрого сна мышцы ног и рук временно не могут двигаться. Исследователи полагают, что это делается для того, чтобы помешать вам воплощать в жизнь свои мечты.

Эксперты предполагают, что быстрый сон важен для того, чтобы помочь вашему мозгу сохранить воспоминания и улучшить когнитивные функции. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что быстрый сон также помогает справляться со стрессом и обрабатывать эмоции.

Различаются ли фазы сна в разном возрасте?

С возрастом циклы сна резко меняются. На протяжении всей вашей жизни происходят изменения в количестве времени, которое вы проводите в медленном и быстром сне, а также в стадии, на которой вы начинаете свой цикл сна.

Новорожденные

Новорожденному требуется около 16–18 часов сна в сутки. Однако они часто просыпаются, часто спят всего два-четыре часа за раз. Во время этих коротких периодов сна у них может быть только один или два цикла сна. В отличие от взрослых, они часто впадают в фазу быстрого сна, как только засыпают, и большую часть времени сна проводят в фазе быстрого сна.

Маленькие дети

Потребность во сне уменьшается по мере взросления ребенка. Маленьким детям необходимо от 11 до 12 часов сна в сутки. Дети начинают засыпать в NREM и проводят примерно 75% своего общего времени сна в NREM. С наступлением ночи количество времени, проведенного в фазе быстрого сна, увеличивается.

Подростки

В то время как подросткам требуется от 9 до 10 часов сна в сутки, большинство из них спят всего от семи до семи с половиной часов. Начиная с периода полового созревания и продолжая взрослую жизнь, подростки проводят меньше времени на стадии 3 NREM. Режим сна также часто меняется в подростковом возрасте: подростки ложатся спать позже и просыпаются позже утром.

Взрослые

Потребность во сне у разных людей разная, но большинству взрослых требуется от семи до девяти часов сна в сутки. Количество времени, проведенное в каждой стадии сна, остается довольно постоянным до среднего возраста. Качество сна имеет тенденцию к снижению с возрастом: меньше времени глубокого сна и больше ночных пробуждений.

Пожилые люди

С возрастом наша потребность в семи-девяти часах сна остается неизменной, но до 50% пожилых людей сообщают о неудовлетворенности качеством своего сна. Количество времени, проведенное в стадии 3 NREM-сна, продолжает уменьшаться на протяжении всей взрослой жизни, и некоторые пожилые люди могут вообще не проводить время в стадии 3 NREM.

Однако эти изменения могут не быть частью нормального старения. Вместо этого они могут быть вызваны другими факторами, такими как осложнения со здоровьем, депрессивное настроение и прием лекарств.

Что может повлиять на ваш цикл сна?

Хотя структура сна меняется на протяжении всей жизни, такие факторы, как ваше психическое здоровье, физическое самочувствие и изменения в вашем распорядке дня, также могут оказывать прямое влияние на ваш цикл сна.

• Алкоголь и вещества: Алкоголь и некоторые наркотики могут нарушить цикл сна. В то время как алкоголь может помочь вызвать сон на начальном этапе, он может ухудшить качество сна в течение ночи. Алкоголь снижает фазу быстрого сна в начале ночи и увеличивает фазу сна 1 позже ночью, облегчая пробуждение.
• Психическое здоровье: Депрессия может изменить естественный цикл сна организма, приводя к частым ночным пробуждениям и ухудшению качества сна. Люди с депрессией проводят больше времени в фазе быстрого сна в начале ночи и меньше времени в стадии 3 сна в целом.
• Нарушения сна: Некоторые нарушения сна могут существенно повлиять на ваш цикл сна. Такие расстройства, как синдром обструктивного апноэ во сне, синдром беспокойных ног и нарколепсия, могут приводить к частым ночным пробуждениям и изменять цикличность стадий сна.
• Лекарства : Ряд лекарств может повлиять на структуру вашего сна. Например, противосудорожные препараты, некоторые антидепрессанты, бета-блокаторы и бензодиазепины могут изменить ход цикла сна и повлиять на его качество.

Что происходит при нарушении стадий сна?

Потеря сна и нарушение стадий сна могут негативно сказаться на вашем настроении и здоровье. Нарушенный сон может повлиять на вашу способность справляться со стрессом, ухудшить когнитивные функции и даже усилить боль, которую вы испытываете. У детей и подростков нарушение сна связано с поведенческими проблемами и может негативно сказаться на успеваемости в школе.

Существует множество рисков для здоровья, связанных с нарушением цикла сна.

• Сердечно-сосудистые риски: Длительное нарушение сна увеличивает риск высокого кровяного давления, сердечно-сосудистых заболеваний и сердечных приступов. В частности, существует связь между потерей БДГ и смертью от сердечно-сосудистых заболеваний.
• Диабет и снижение уровня глюкозы: Исследования показывают, что недостаточное количество медленного сна на стадии 3 повышает риск развития диабета и снижения уровня глюкозы.
• Ожирение: Существует тесная связь между количеством сна, которое получает человек, и его индексом массы тела (ИМТ). Нарушенный сон может ухудшить метаболизм человека и связан с увеличением веса и ожирением.
• Изменения настроения: Хроническая потеря сна может негативно повлиять на настроение как взрослых, так и подростков, потенциально усиливая симптомы депрессии и тревоги.

Как улучшить свой сон

Есть много вещей, которые вы можете сделать, чтобы улучшить свой сон. Обеспечение здорового сна, также известного как гигиена сна, является хорошей отправной точкой. Следующие методы могут помочь поддерживать здоровый сон.

• Будьте последовательны: Помогите своему телу войти в режим, ложась спать и просыпаясь в одно и то же время каждый день, в том числе по выходным.
• Установите успокаивающий ритуал перед сном: Перед сном займитесь расслабляющей деятельностью, например, послушайте спокойную музыку, почитайте или примите ванну. Просмотр телевизора или компьютера может помешать заснуть, поэтому не пользуйтесь электронными устройствами перед сном.
• Сделайте разумный выбор: Старайтесь много двигаться в течение дня, но не раньше, чем за два часа до сна. Избегайте кофеина, алкоголя и обильных приемов пищи поздно вечером.
• Управление стрессом: Найдите здоровые способы справиться со стрессом. Занятия йогой, медитацией или ведение дневника могут помочь вам уменьшить стресс и беспокойство, чтобы вы могли хорошо отдохнуть ночью.
• Создайте расслабляющую атмосферу для сна: Поддерживайте в спальне тишину, темноту и прохладную, но комфортную температуру. Используйте удобный матрас и подушку, чтобы способствовать расслаблению.

Ссылки 

+14 источников

1. По состоянию на 12 января 2023 г. https://www.merckmanuals.com/home/brain,-spinal-cord,-and-nerve-disorders/sleep-disorders/overview -of-sleep
2. По состоянию на 12 января 2023 г.