Quantificando a dinâmica infra-lenta do poder espectral e da freqüência cardíaca em ratos dormindo

O sono dos mamíferos é um estado de repouso comportamental e de resiliência aos estímulos ambientais. Apesar desta aparente uniformidade, os parâmetros polissonográficos e autonômicos indicam que o sono se move entre estados nervosos e somáticos qualitativos e quantitativamente diferentes em várias escalas temporais e espaciais ¹ . Durante minutos a dez minutos, ocorre a mudança entre o sono não-REM e o REM. O sono não REM é acompanhado por atividade de grande amplitude e baixa frequência no EEG, com um pico espectral em torno de ~ 0,5 – 4 Hz, enquanto o sono REM mostra atividade regular de EEG na banda theta (6-10 Hz), juntamente com Atonia muscular ² . Dentro do sono não REM, os seres humanos atravessam a luz (S2) e o sono de onda lenta profunda (SWS). Como indica a sua nomeação, estes dois estágios apresentam limites de excitação inferiores e superiores ^{3 , 4} , respectivamente, e diferem principalmente na densidade de baixa freqüênciaPotência EEG cortical, referida como atividade de onda lenta (SWA, 0,75 – 4 Hz). A não-uniformidade persiste em cada episódios individuais de S2 e SWS na escala de minutos a sub-segundos, como documentado extensivamente pela presença variável de SWA ao longo de um ataque de ^{5 , 6} , mas também por ritmos de potencial EEG e campo em Freqüências mais altas, incluindo ondas de fuso na banda sigma (10-15 Hz) e ritmos gama (80 – 120 Hz) (para uma revisão, ver ^{7 , 8 , 9 , 10} ).

Em vez de serem sutis, essas variações alteram o estado cortical dormindo em seres humanos para os extremos do espectro. Para o sono não REM, estes variam de uma predominância de SWA para estados que se aproximam da atividade de despertar porque eles contêm uma proporção substancial de componentes de alta freqüência ¹¹ <suP>, ¹² . Em roedores e gatos, embora o sono não-REM não seja subdividido em estágios, um breve período chamado sono intermediário (IS) emerge antes do início do sono REM ¹³ . Durante IS, as características do sono REM, como a atividade da teta do hipocampo e as ondas ponto-geniculo-occipitais, enquanto as assinaturas do sono não-REM, como as ondas do fuso e a SWA, ainda estão presentes, indicando uma mistura entre os dois estados de sono ^{14 , 15} . No entanto, IS pode ser funcionalmente distinto porque é modulado por antidepressivos ¹⁶ e através de uma nova apresentação de objeto durante a vigília anterior ¹⁷ , e contribui para a configuração do limiar de excitação ¹⁸ . Além disso, as parcelas espaciais do EEG e os parâmetros de EMG de ratos de movimento livre mostram um conjunto de pontos ¹⁴ que é contínuo entre o sono não REM, o sono REM e a vigília. Também há declínios esporádicos na SWA, sem entrar na vigília ou no sono REM, o que leva a flutuações substanciais na presença relativa dos componentes de baixa e alta freqüência durante um período de duração consolidado não-REM ^{14 , 19 , 20} . Finalmente, as proporções variáveis ​​de SWA e os ritmos de freqüência mais altos durante o sono não-REM ocorrem não apenas no tempo, mas também mostram diferenças regionais em amplitude e sincronização entre as áreas corticais ¹⁹ .

O sono não-REM de mamífero está longe de ser uniforme. No entanto, se tal não-uniformidade leva a estados que diferem em função e atributos comportamentais não é claro. Em vários tipos de distúrbios do sono, o sono contínuo é interrompido por despertares espontâneos e comportamento motor inapropriado. Além disso, as análises espectrais mostram alterações na presença relativa de freqüências mais altas no EEG ²¹E em parâmetros autonômicos, como taxas de respiração e batimento cardíaco ²² . A sequência ordenada dos estados de sono estáveis ​​é, portanto, perturbada, e elementos da excitação cortical e / ou autonômica entram de maneira descontrolada. Portanto, a compreensão do continuum dos estados do sono é de possível relevância para a doença. Além disso, a perturbação do sono pelo ruído ambiental em ambientes urbanos está associada a riscos gerais para a saúde, tornando crucial identificar momentos de maior vulnerabilidade durante o sono ²³ .

As experiências de excitação comportamental em seres humanos adormecidos indicam que é mais difícil acordar do sono não-REM dominado por SWA (estágio S3), enquanto que o sono leve não REM (estágio S2) e o sono REM mostram níveis de excitação comparáveis ​​e inferiores ⁴ . O processamento cortical de estímulos sonoros curtos varia substancialmente entre o sono REM, S2 e S3 ^{24 ,25} , indicando que os padrões de atividade cortical específicos do estado modulam os primeiros estágios do processamento sensorial. Para o sono não REM em humanos, a propensão a despertar em resposta ao ruído varia com a presença de ondas de fuso e ritmos alfa no EEG ^{26 , 27 , 28} . A ritmicidade talalocortical durante os eixos é acompanhada por inibição sináptica melhorada nos níveis talâmico e cortical, o que é pensado para contribuir para a atenuação do processamento sensorial ⁷ .

Como os períodos de sono resistentes ao ruído e vulneráveis ​​são organizados no tempo e quais são seus determinantes? Tanto em ratos como em humanos, identificamos recentemente uma oscilação infra-lenta de 0,02 Hz nos ritmos neurais. Dependendo da fase desta oscilação de 0,02 Hz, os ratos mostraram reatividade variável a estímulos externos, seja acordando ou durmecendoGh o barulho. Curiosamente, essa oscilação foi correlacionada com a taxa de batimentos cardíacos, indicando que o sistema nervoso autônomo participa da modulação da vulnerabilidade do sono aos estímulos externos ¹ . Os ritmos do hipocampo relacionados à memória também foram organizados nesse ritmo e, de forma mais marcante, sua força correlacionada com a qualidade da consolidação da memória em humanos. A oscilação de 0,02 Hz parece ser um princípio organizador de roedores e sono humano não-REM que modula a sensibilidade ao meio ambiente e o processamento da memória interna. Isso ressalta a necessidade de avaliações multiparamétricas e contínuas de estados do sono para reconhecer suas funcionalidades e identificar sites de potencial vulnerabilidade.

Aqui, apresentamos um procedimento para extrair a forma de onda dessas dinâmicas, incluindo a implantação cirúrgica de camundongos para medições combinadas EEG / ECoG e EMG-ECG, exposição a estímulos sensoriais, umaNd rotinas de análise. Este procedimento fornece uma base para ver o sono como um estado de vigilância continuamente variável, porém altamente organizado, durante o qual diferentes funções de sono fundamentais são executadas sequencialmente. De um modo mais geral, o procedimento é aplicável a abordagens que visam extrair as características espectrais e autonômicas que precedem um resultado comportamental durante o sono tanto na saúde como nos estados de doença.