睡眠中のマウスにおけるスペクトルパワーおよび心拍数の低速ダイナミクスの定量化

哺乳動物の睡眠は、環境刺激に対する休息と回復力の行動状態である。このような見かけ上の一様性にもかかわらず、睡眠ポリグラフおよび自律神経パラメータは、様々な時間的および空間的スケールで質的および量的に異なる神経および体性状態間で睡眠が移動することを示している¹ 。数分から数十分にわたり、非REMとレム睡眠との間の切り替えが起こる。非レム睡眠は、脳波の大振幅、低周波活動を伴い、〜0.5〜4Hz付近のスペクトルピークを伴い、レム睡眠はシータバンド（6〜10Hz）において規則的なEEG活動を示し、筋肉atonia ² 。非レム睡眠では、人間は光（S2）と深いスローウェーブスリープ（SWS）を繰り返します。そのネーミングが示すように、これら2つの段階が低く示し、より高い覚醒は、それぞれ^、4、3閾値、及びそれらが低frequの密度に主に異なりますスロー波活動（SWA; 0.75〜4Hz）と呼ばれる大脳皮質の脳波のパワー。不均一性は、として広く試合^5,6にわたってだけでなく、EEGによってSWAの可変存在によって文書化電位リズムをフィールド、サブセカンドタイムスケールにminute-上S2及びSWSの個々の発作を通して持続しますシグマバンド（10-15 Hz）で、ガンマリズムにスピンドル波を含む高い周波数（80から120ヘルツ）（レビューのために^{、7、8、9、10を}参照されたいです）。

微妙ではなく、これらのバリエーションは人間の睡眠中の皮質状態をスペクトルの極端にシフトさせます。ノンレム睡眠のために、SWAの優位性から、その近似覚醒様活性状態へのこれらの範囲、それらが高周波成分¹¹の実質的な割合が含まれているため<sup>、 ¹² 。ノンレム睡眠は段階に細分化されていないが、げっ歯類や猫では、中間睡眠（IS）と呼ばれる短い期間は、REM睡眠開始¹³前に出てきます。このようなスピンドル波とSWA非REM睡眠の署名が、依然として存在している間IS中に、そのような海馬のシータ活性としてレム睡眠機能と先斗-geniculo-後頭部波は^15、14 2つのスリープ状態のミックスを示す、開始します。それにもかかわらず、ISは、それが抗うつ薬¹⁶によって変調され、前の覚醒^17の間に新規の物体提示によって変調され、覚醒閾値^18の設定に寄与するので、機能的に異なる可能性がある。さらに、自由に動くラットのEEGおよびEMGパラメータの状態空間プロットは、非REM睡眠、REM睡眠および覚醒状態の間で連続する点^14のクラスタを示す。 SWAにおける散発的減少は、連結非REM睡眠期間^14、19、20の間に低および高周波数成分の相対的な存在下で実質的な変動につながる覚醒またはREM睡眠を入力せずに、またあります。最後に、非レム睡眠時のSWAと高周波数リズムの変化率は、時間的にのみならず、大脳皮質領域間の振幅と同期の地域差も示している¹⁹ 。

哺乳類の非レム睡眠は一様ではありません。しかし、そのような不均一性が、機能および行動の属性が異なる状態につながるかどうかは不明である。いくつかのタイプの睡眠障害において、連続的な睡眠は、自発的な覚醒および不適切な運動行動によって中断される。また、スペクトルは、EEG ²¹に高い周波数の相対的な存在でshow変化を解析します呼吸数や心拍数などの自律的なパラメータが含まれます²² 。したがって、安定した睡眠状態の秩序のあるシーケンスは撹乱され、皮質および/または自律神経覚醒の要素は制御されない方法で侵入する。したがって、睡眠状態の連続性を理解することは、疾患に関連する可能性がある。さらに、都市環境における環境騒音による睡眠の混乱は、一般的な健康リスクと関連しており、睡眠時の脆弱性が増す瞬間を特定することが重要です²³ 。

ヒトの睡眠における行動覚醒実験は光非REM睡眠（段階S2）とREM睡眠ショー同等と下覚醒に対し⁴閾値、SWA-支配非REM睡眠（段階S3）からウェイクアップするために最も困難なことがあることを示しています。短い音刺激の皮質処理は、REM睡眠、S2、およびS3 ^24の間で実質的に変化し^、25、状態固有の皮質活動パターンが感覚処理の最初の段階を調節することを示します。ヒトにおけるノンレム睡眠のために、ノイズに応答してウェイクアップする傾向がEEG ^26、27、28にスピンドル波とアルファリズムの存在によって変化します。スピンドルの視床皮質の律動性は、視床および皮質の両方のレベルでシナプスの抑制が増強され、これが知覚処理の減弱に寄与すると考えられている⁷ 。

どのように騒音に耐えられ、脆弱な睡眠期間が時間内に整理され、その決定要因は何ですか？マウスおよびヒトの両方において、我々は最近、神経リズムにおける低速、0.02Hzの振動を同定した。この0.02Hzの振動の位相に依存して、マウスは、覚醒または睡眠のいずれかの外部刺激に対して可変反応性を示した雑音gh。興味深いことに、この振動は心拍数と相関し、自律神経系が睡眠の外部刺激に対する脆弱性の調節に関与することを示している¹ 。記憶関連の海馬リズムもこのリズムの中で組織されており、その強さは人間の記憶強化の質と相関していた。したがって、0.02Hzの振動は、環境に対する感受性と内部記憶処理の両方を調節するげっ歯類およびヒト非REM睡眠の組織原理であるようである。これは、睡眠状態のマルチパラメトリックかつ継続的な評価の必要性を再度強調し、その機能を認識し、潜在的な脆弱性の部位を特定する。

ここでは、これらの動態の波形を抽出する手順を提示します。これには、EEG / ECoGとEMG-ECG測定、感覚刺激への曝露、分析ルーチン。この手順は、異なる基本的な睡眠機能が連続的に実行される間、絶えず変化するが高度に組織化された警戒状態として睡眠を見るための基礎を提供する。より一般的には、この手順は、健康状態および疾患状態の両方において睡眠中の行動転帰に先行するスペクトルおよび自律神経の特徴を抽出することを目的とするアプローチに適用可能である。