睡眠の開始

入眠とは、覚醒状態から睡眠状態への移行です。入眠は通常、非急速眼球運動睡眠(NREM 睡眠) に移行しますが、特定の状況 (ナルコレプシーなど) では、覚醒状態から直接急速眼球運動睡眠(REM 睡眠)に移行する可能性があります。

1920 年代、脳炎を引き起こし、睡眠を調節する脳の部分を攻撃する、よく知られていない疾患がヨーロッパと北アメリカに影響を及ぼしました。この疾患の原因となるウイルスは特定されませんでしたが、精神科医で神経科医のコンスタンティン・フォン・エコノモはこの疾患を研究することに決め、睡眠覚醒調節の重要な要素を特定しました。彼は、この疾患の影響を受ける脳の部分と、それが概日リズムに及ぼす影響を研究することで、覚醒と入眠を調節する経路を特定しました。彼は、入眠を調節する経路は脳幹と基底前脳の間にあると述べました。彼の発見は、20 世紀最後の 20 年間、睡眠の経路がコンスタンティン・フォン・エコノモが述べたまさにその場所にあることが判明するまで、評価されませんでした。^[1]

睡眠中の電気生理学的測定は、頭皮に電極を取り付けて脳波（EEG）を測定し、顎に電極を取り付けて筋活動をモニタリングすることで実施できます。電極は筋電図（EMG）として記録されます。目の周りに電極を取り付けて眼球運動をモニタリングし、眼球電図（EOG）として記録します。^[2]

フォン・エコノモは、研究の中で、中脳と間脳の接続部の損傷が長期の眠気を引き起こすことに着目し、上行性覚醒システムという考えを提唱しました。過去数十年の間に、主要な上行経路が、位置するニューロンとそれぞれの神経伝達物質とともに発見されました。この経路は2つの枝に分かれます。1つは視床まで上昇し、視床リレーニューロンを活性化し、もう1つは視床下部の外側部と基底前脳、および大脳皮質全体のニューロンを活性化します。これは上行性網様体賦活システム（網様体形成を参照）を指します。最初の経路に関与する細胞群は、脚橋および外側背側被蓋核と呼ばれるアセチルコリン産生細胞群です。これらのニューロンは、視床と大脳皮質の間の情報の橋渡しをする重要な役割を果たしている。これらのニューロンは、覚醒時およびレム睡眠時に活発に活動し、ノンレム睡眠時には活発に活動しない。2 番目の枝は、モノアミノゲン性ニューロンに由来する。これらのニューロンは、青斑核、背側縫線核と正中縫線核、腹側中脳水道周囲灰白質、結節乳頭核に位置している。各グループは異なる神経伝達物質を生成する。青斑核のニューロンはノルアドレナリンを生成し、背側縫線核と正中縫線核、腹側中脳水道周囲灰白質、結節乳頭核のニューロンはそれぞれセロトニン、ドーパミン、ヒスタミンを生成する。その後、視床下部のペプチドニューロン（メラニン濃縮ホルモンまたはオレキシンを含む）と、前脳基底核ニューロン（GABAとアセチルコリンを含む）に投射されます。これらのニューロンは大脳皮質に投射されます。脳のこの部分の病変が睡眠の延長を引き起こしたり、昏睡を引き起こす可能性があることも発見されています。^{[1] [3] [4] [5]}

視床下部前部と視床下部前部の病変は不眠症につながり、視床下部後部の病変は眠気につながるという発見により、入眠のメカニズムにいくらか光が当てられました。 ^{[6] [7]さらなる研究により、視床下部の}腹外側視床前核と呼ばれる領域が、入眠時の覚醒システムを抑制する抑制性神経伝達物質GABA を生成することが示されました。^[8]

睡眠は、腹外側視索前核（VLPO）にある睡眠促進ニューロンによって誘発されます。睡眠促進ニューロンは、抑制性神経伝達物質として知られる2つのGABAタイプAとガラニンを、ヒスタミン、セロトニン、オレキシン、ノルアドレナリン、コリンなどの覚醒促進ニューロン（上記のニューロン）に投射すると考えられています。アセチルコリン、ノルエピネフリン、セロトニン、ヒスタミンのレベルは、覚醒を促進する神経伝達物質であるため、睡眠の開始とともに減少します。^[2]そのため、睡眠促進ニューロンの活性化は覚醒促進ニューロンの抑制を引き起こし、睡眠につながると考えられています。睡眠覚醒サイクル中に睡眠促進ニューロンと覚醒促進ニューロンが相互に放電し、ノンレム睡眠中に覚醒促進ニューロンのGABA受容体が増加するという証拠があります。これにより、覚醒促進ニューロンのGABA受容体の増加は睡眠を誘発する別の経路であると考える人もいました。 ^{[1] [3] [4] [5]}

アデノシンは睡眠を促進するヌクレオシド神経調節物質としても知られています。アストロサイトはグリコーゲンの形で少量の栄養素を蓄えています。日中など脳の活動が活発なときには、このグリコーゲンはニューロンの燃料に変換されます。そのため、長時間の覚醒は脳内のグリコーゲンレベルの低下を引き起こします。グリコーゲンレベルの低下は細胞外アデノシンレベルの上昇を引き起こし、神経活動の抑制効果があります。このアデノシンの蓄積は睡眠促進物質として機能します。^[2]

睡眠ニューロンの大部分は、腹外側視索前野 (vlPOA) にあります。これらの睡眠ニューロンは、個人が覚醒から睡眠への移行を示すまで沈黙しています。^[9]視索前野の睡眠ニューロンは、結節乳頭核、縫線核、青斑核など、それらが抑制する同じ領域のいくつかから抑制入力を受け取ります。^[10] したがって、それらはヒスタミン、セロトニン、およびノルエピネフリンによって抑制されます。この相互抑制は、睡眠と覚醒の期間を確立するための基礎を提供する可能性があります。相互抑制は、フリップフロップと呼ばれる電子回路の特徴でもあります。フリップフロップは、通常オンまたはオフと呼ばれる 2 つの状態のいずれかをとることができます。したがって、睡眠ニューロンがアクティブで覚醒ニューロンを抑制するか、覚醒ニューロンがアクティブで睡眠ニューロンを抑制するかのいずれかです。これらの領域は相互に抑制的であるため、両方の領域のニューロンが同時にアクティブになることは不可能です。このフリップフロップは、ある状態から別の状態に素早く切り替わるため、不安定になる可能性があります。^[11]

睡眠サイクルは通常、段階的に定義されます。人が眠り始めると、ステージ 1 に入ります。ステージ 1 では、大脳新皮質のニューロンの発火がより同期化していることを示すシータ活動と、アルファ波活動 (脳から記録される 8～12 Hz の滑らかな電気活動で、一般的にリラックスした状態と関連しています) が見られます。このステージは、睡眠と覚醒の間の移行期です。このステージは、非レム睡眠に分類されます。^[2]

• 睡眠開始までの時間
• ヒプナゴジア