Цикл сна представляет собой колебание между медленноволновой и быстрой (парадоксальной) фазами сна . Его иногда называют ультрадианным циклом сна , циклом сна-сновидения или циклом быстрого-медленного сна , чтобы отличить его от циркадного чередования сна и бодрствования . У человека этот цикл занимает от 70 до 110 минут (90±20 минут). [1] Во сне взрослых и младенцев наблюдаются циклические колебания между спокойным и активным сном. Эти колебания могут сохраняться во время бодрствования в виде циклов отдыха и активности, но их труднее различить. [2]
Электроэнцефалография показывает время циклов сна благодаря заметному различию мозговых волн , проявляющихся во время быстрого и медленного сна. Дельта-волновая активность, коррелирующая с медленноволновым (глубоким) сном, в частности, демонстрирует регулярные колебания на протяжении всего хорошего ночного сна. Секреция различных гормонов , в том числе ренина , гормона роста и пролактина , положительно коррелирует с активностью дельта-волн, тогда как секреция тиреотропного гормона коррелирует обратно. [3] Вариабельность сердечного ритма , которая, как известно, увеличивается во время фазы быстрого сна, также, как и ожидалось, обратно коррелирует с колебаниями дельта-волн в течение ~90-минутного цикла. [4]
Чтобы определить, в какой стадии сна находится спящий субъект, электроэнцефалографию комбинируют с другими приборами, применяемыми для этой дифференциации. ЭМГ ( электромиография ) — важнейший метод различения фаз сна: например, снижение мышечного тонуса вообще является характеристикой перехода от бодрствования ко сну, [5] [6] , а во время быстрого сна возникает состояние атония мышц (паралич), приводящая к отсутствию сигналов на ЭМГ. [5]
ЭОГ (электроокулография) , измерение движения глаз, является третьим методом, используемым для измерения архитектуры сна; [7] например, быстрый сон, как следует из названия, характеризуется быстрым движением глаз, видимым благодаря ЭОГ. [8]
Более того, методы, основанные на кардиореспираторных параметрах, также эффективны при анализе архитектуры сна, если они связаны с другими вышеупомянутыми измерениями (такими как электроэнцефалография, электроокулография и электромиография). [9]
Гомеостатические функции, особенно терморегуляция , обычно происходят во время медленного сна, но не во время быстрого сна. Таким образом, во время быстрого сна температура тела имеет тенденцию отклоняться от своего среднего уровня, а во время медленного сна – возвращаться к норме. Таким образом, чередование стадий поддерживает температуру тела в приемлемом диапазоне. [10]
У людей переход между фазой медленного и быстрого сна является резким; у других животных это в меньшей степени. [11]
Исследователи предложили различные модели, чтобы объяснить, несомненно, сложный ритм электрохимических процессов, которые приводят к регулярному чередованию быстрого и медленного сна. Моноамины активны во время НREMS, но не REMS, тогда как ацетилхолин более активен во время REMS. Модель взаимного взаимодействия , предложенная в 1970-х годах, предполагала циклический обмен между этими двумя системами. Более поздние теории, такие как модель «триггера», предложенная в 2000-х годах, включают регулирующую роль тормозного нейромедиатора гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). [12]
Стандартная цифра, приведенная для средней продолжительности цикла сна взрослого мужчины, составляет 90 минут. N1 (медленная стадия 1) — это когда человек сонлив или бодрствует, чтобы заснуть. На этом этапе мозговые волны и мышечная активность начинают снижаться. N2 – это когда человек испытывает легкий сон. Движение глаз к этому времени прекратилось. Частота мозговых волн и мышечный тонус снижены. Также снижается частота сердечных сокращений и температура тела. N3 или даже N4 — самые трудные стадии пробуждения. Каждая часть тела теперь расслаблена, дыхание, артериальное давление и температура тела снижены. Национальный фонд сна обсуждает различные стадии медленного сна и их важность. Они описывают быстрый сон как «уникальное состояние, в котором обычно случаются сны. Мозг бодрствует, а тело парализовано». Эта уникальная стадия обычно возникает, когда человек мечтает. [13] [11] Цифра средней продолжительности цикла сна в 90 минут была популяризирована Натаниэлем Клейтманом примерно в 1963 году. [14] Другие источники дают 90–110 минут [3] или 80–120 минут. [4]
У младенцев цикл сна длится около 50–60 минут; Средняя длина увеличивается по мере взросления человека. У кошек цикл сна длится около 30 минут, у крыс он составляет около 12 минут, а у слонов — до 120 минут . (В этом отношении онтогенез цикла сна оказывается пропорциональным метаболическим процессам, которые изменяются пропорционально размеру организма. Однако более короткие циклы сна, обнаруженные у некоторых слонов, усложняют эту теорию.) [11] [13] [15]
Цикл можно определить как продолжающийся от конца одного периода быстрого сна до конца следующего [13] или от начала фазы быстрого сна, или от начала фазы быстрого сна 2. (Решение о том, как обозначить фазу быстрого сна) периоды имеют значение для исследовательских целей из-за неизбежного включения или исключения первой ночной фазы медленного сна или ее последней фазы быстрого сна, если она непосредственно предшествует пробуждению .) [14]
7–8-часовой сон, вероятно, включает пять циклов, средние два из которых обычно длиннее первого и четвертого. [14] С наступлением ночи фаза быстрого сна занимает большую часть цикла. [11] [16]
Непровоцированное пробуждение чаще всего происходит во время или после периода быстрого сна, когда температура тела повышается. [17]
Эрнест Хартманн обнаружил в 1968 году, что люди, по-видимому, сохраняют примерно 90-минутный ультрадианный ритм в течение 24 часов в сутки, независимо от того, спят они или бодрствуют. [13] Согласно этой гипотезе, в период этого цикла, соответствующий фазе быстрого сна, люди склонны больше мечтать и проявлять меньший мышечный тонус . [18] Клейтман и другие исследователи назвали этот ритм основным циклом отдыха и активности , проявлением которого будет «цикл сна». [14] [19] Трудностью этой теории является тот факт, что длительная фаза медленного сна почти всегда предшествует фазе быстрого сна, независимо от того, в какой момент цикла человек засыпает. [14]
Цикл сна оказался устойчивым к систематическим изменениям под воздействием лекарств . Хотя некоторые препараты сокращают периоды быстрого сна, они не устраняют основной ритм. Намеренное лишение быстрого сна временно укорачивает цикл, поскольку мозг с большей готовностью переходит в фазу быстрого сна («отскок быстрого сна»), что является очевидной коррекцией депривации. [13] Существуют различные методы контроля изменений циклов сна: