徐波睡眠

この睡眠期間は、脳波活動が同期し、周波数範囲が0.5～4.5Hzの低周波波と、ピーク間振幅が75μVを超える比較的高い振幅パワーを特徴とするため、徐波睡眠と呼ばれます 。波の最初の部分は「ダウン状態」、つまり新皮質のニューロンが静止する抑制または過分極相を示します。これは新皮質ニューロンが休息できる期間です。波の2番目の部分は「アップ状態」、つまりニューロンが短時間高頻度で発火する興奮または脱分極相を示します。徐波睡眠中の主な特徴で、レム睡眠と対照的なのは、適度な筋緊張、緩慢または無眼球運動、および生殖器活動の欠如です^{。[ 4 ]： 291、293}

2007年以前は、米国睡眠医学会（AASM）は徐波睡眠をステージ3と4に分けていました。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}現在では、この2つのステージはステージ3またはN3として統合されています。20%以上の徐波（デルタ）睡眠で構成されるエポック（30秒間の睡眠）は、現在では徐波睡眠とみなされます。

徐波睡眠は記憶の固定化に重要であると考えられています。^{[ 8 ]}これは「睡眠依存性記憶処理」と呼ばれることもあります。^{[ 9 ]}原発性不眠症の人は記憶の固定化が障害されていることがわかっています。そのため、睡眠後に記憶課題で健康な人ほど良い成績を収めることができません。^{[ 10 ] [ 11 ]}さらに、徐波睡眠は宣言的記憶（意味記憶とエピソード記憶を含む）を改善します。長期記憶の貯蔵は海馬と新皮質ネットワーク間の相互作用によって促進されるという中心的なモデルが仮説として立てられています。^{[ 10 ]}いくつかの研究では、被験者が宣言的記憶課題を学習するためのトレーニングを受けた後、ヒトの睡眠紡錘波の密度は、同様の視覚刺激と認知的に負荷の高い課題を含むが学習を必要としない対照課題中に観察された信号よりも有意に高くなりました。^{[ 12 ] [ 13 ]}これは、視床および皮質ニューロンからの細胞内記録を説明する自発的に発生する波動振動に関連している。^{[ 14 ]}

具体的には、SWSは空間宣言的記憶において役割を果たしている。空間学習課題の後、SWS中の海馬の再活性化が検出される。 ^{[ 15 ]}さらに、SWS中の海馬活動の振幅と、翌日の経路想起などの空間記憶パフォーマンスの向上との間に相関関係が観察される。 ^{[ 16 ]}また、睡眠中に被験者に匂いの手がかりを与えると、この睡眠段階のみが睡眠後に文脈の手がかりを再活性化し、それらの固定化を促進することが研究で明らかになっている。^{[ 15 ]}別の研究では、被験者が以前に提示された場所の画像に関連付けられた音を聞くと、個々の記憶表象の再活性化が他の睡眠段階と比較してSWS中に有意に高くなることがわかった。^{[ 17 ]}

情動表現は一般的に中立的なものに比べて睡眠中によく記憶される。徐波睡眠中に手がかりとして提示された負の顕著性を持つ感情は、中立的な記憶に比べて再活性化が良好であり、したがって固定化が強化される。前者は徐波睡眠中の睡眠紡錘波によって予測され、睡眠中の記憶プロセスを区別するとともに情動記憶の固定化を促進する。^{[ 17 ]}アセチルコリンは海馬依存性記憶固定化において重要な役割を果たす。徐波睡眠中のコリン作動性活動の増加は記憶処理を阻害することが知られている。アセチルコリンは睡眠中に海馬と新皮質間の情報フローの方向を調節する神経伝達物質であることを考慮すると、睡眠関連の宣言的記憶を固定化するために徐波睡眠中にその抑制が必要である。^{[ 18 ]}

ヒトを対象とした睡眠不足の研究によると、徐波睡眠の主な機能は、脳が日々の活動から回復できるようにすることであると考えられています。脳内のグルコース代謝は、精神活動を必要とする作業の結果として増加します。 ^{[ 4 ]}徐波睡眠によって影響を受けるもう1つの機能は、成長ホルモンの分泌であり、これは常にこの段階で最大になります。^{[ 19 ]}また、交感神経活動の低下と副交感神経活動の増加の原因とも考えられています。^{[ 19 ]}

睡眠と覚醒のパターンには、アセチルコリン、ノルアドレナリン、セロトニン、ヒスタミン、オレキシンなど、いくつかの神経伝達物質が関与しています。^{[ 4 ] : 305-307}新皮質ニューロンは徐波睡眠中に自発的に発火するため、この睡眠期間中に何らかの役割を果たしていると考えられます。また、これらのニューロンは何らかの内部対話を行っているようで、視床レベルでのシナプス抑制により外部信号からの情報がないこの状態における精神活動を説明しています。この睡眠状態における夢の想起率は、睡眠サイクルの他の段階と比較して比較的高いです。これは、精神活動が現実の出来事により近いことを示しています。^{[ 14 ]}

徐波睡眠は、心身システムが回復し、毎日自己を再構築するための睡眠の構築段階です。生物が覚醒している間に体内に取り込まれた物質は、生体組織の複雑なタンパク質に合成されます。成長ホルモンもこの段階で分泌されるため、一部の科学者は、徐波睡眠の機能の一つは筋肉の治癒を促進し、組織の損傷を修復することであると仮説を立てています。^{[ 25 ] [ 26 ]}最後に、脳内のグリア細胞は糖によって修復され、脳にエネルギーを供給します。 ^{[ 27 ]}

学習と記憶の形成は、覚醒中に長期増強のプロセスによって起こります。徐波睡眠（SWS）は、このように増強されたシナプスの調節に関係しています。SWSはシナプスのダウンスケーリングに関与しており、強く刺激または増強されたシナプスは維持され、弱く増強されたシナプスは減少または除去されます。^{[ 28 ]}これは、覚醒中の次の増強に向けてシナプスを再調整し、シナプス可塑性を維持するのに役立つ可能性があります。注目すべきことに、再活性化と再スケーリングは睡眠中に同時に起こる可能性があることを示す新しい証拠があります。^{[ 29 ]}

J.A.ホーン（1978）は、人間を対象としたいくつかの実験を検証し、睡眠不足は人々の生理的ストレス反応や運動能力に影響を与えないと結論づけた。しかし、認知機能には影響があった。一部の人々は、知覚の歪みや幻覚、精神的な作業への集中力の低下を報告した。したがって、睡眠の主な役割は、身体の休息ではなく、脳の休息にあると考えられる。

睡眠不足の人が再び正常な睡眠をとれるようになると、睡眠の各段階の回復率は一様ではない。第1段階と第2段階はわずか7％しか回復しないが、第4段階の徐波睡眠は68％、レム睡眠は53％回復する。このことから、第4段階の睡眠（現在では第3段階の最も深い段階として知られている）は他の段階よりも重要であることが示唆される。

徐波睡眠中は、脳の代謝率と脳血流量が著しく低下します。活動レベルは、通常の覚醒時の約75%まで低下します。覚醒時に最も活発な脳領域は、徐波睡眠中にデルタ波のレベルが最も高くなります。これは、休息が地理的なものであることを示しています。深い睡眠中に目覚めた場合、大脳皮質が正常な機能を再開するのに時間がかかるため、脳の「シャットダウン」によって、ぼんやりしたり混乱したりすることがあります。

J. Siegel (2005) によると、睡眠不足は脳内にフリーラジカルとスーパーオキシドの蓄積をもたらします。フリーラジカルは不対電子を 1 つ持つ酸化剤であり、非常に反応性が高いです。これらのフリーラジカルは生体分子の電子と相互作用し、細胞を損傷します。徐波睡眠では、代謝率の低下により酸素副産物の生成が減少するため、既存のラジカル種が除去されます。これは脳への損傷を防ぐ手段です。^{[ 30 ]}

数多くの研究で、睡眠がアミロイドベータ（Aβ）の動態に影響を与えることが示されています。^{[ 31 ]}深いノンレム睡眠中に発生する徐波活動（SWA）の有力な候補は、Aβの調節です。研究者らはまた、AβとSWAの間に強い関係があることを強調し、SWAの障害の増加はAβレベルの上昇と相関していることを指摘しました。^{[ 32 ]}したがって、前頭前皮質にAβが蓄積すると、ノンレム睡眠の徐波が阻害または減少します。その結果、高齢者の記憶固定能力が阻害される可能性があります。^{[ 33 ]}

さらに、アルツハイマー病の発症は、脳内へのアミロイドβ（Aβ）の沈着によって特徴づけられます。^{[ 31 ]}アルツハイマー病は、Aβプラークと神経原線維変化の存在によって区別されます。これらの構造異常は、睡眠覚醒サイクル、特にノンレム徐波睡眠の障害と関連しています。^{[ 34 ]}そのため、アルツハイマー病と診断された人は、睡眠障害を経験することが多く、その結果、ノンレム睡眠のレベルが低下し、深いノンレム睡眠中の主要な脳波である徐波活動が減少します。^{[ 35 ]}同様に、認知的に健康な人でも、Aβが検出されると、睡眠の質の低下や昼寝の頻度の増加を特徴とする睡眠障害を示します。 ^{[ 32 ]}