Definizione del sonno: riduzione della risposta agli stimoli esterni o riduzione della soglia di risposta. Coma, anestesia profonda sono simili, ma pi difficilmente reversibili; infatti il sonno caratterizzato da rapida reversibilit. Tutte le specie animali hanno una postura specie-specifica per il sonno. Altra caratteristica il rilassamento muscolare, durante il sonno quasi tutti gli animali sono relativamente fermi; ci sono alcune eccezioni: i delfini sono in grado di dormire nuotando (sonno emisferico), anche le anatre in migrazione hanno un sonno emisferico.

E' uno stato fisiologico comportamentale caratterizzato da: relativa inattivit

alta soglia di risposta a stimoli esterni

reversibilit

recupero dopo privazione (recupero dell'intensit del sonno, non necessariamente della durata)

postura tipica

espressione genica differenziale (sono stati identificati cluster di geni che sono sonno-dipendenti)

L'EEG importante per definire il sonno. Pu essere utilizzato per riconoscere il sonno sia nell'uomo che in animali con sistema talamo corticale simile. E' stato introdotto nel 1928 da Hans Berger, il quale misur l'attivit elettrica dell'encefalo. Una complicazione deriva dal fatto che i segnali registrati hanno un'ampiezza nell'ordine dei microV. Si registrano le differenze di potenziale tra punti sullo scalpo. Se entrambi i punti sono presenti sullo scalpo si parla di derivazione unipolare. Le derivazioni monopolari sono invece misurate tra un punto sullo scalpo (frontale) e un punto neutro, cio un punto non influenzato dall'attivit elettrica di ci che si misura. L'attivit elettrocardiografica significativamente pi elevata. Che cosa misura l'EEG? L'ampiezza del segnale registrato dall'EEG dipende dall'entit delle popolazioni neuronali che scaricano simultaneamente ad una determinata frequenza, ossia scaricano in maniera sincrona. Quindi maggiore la sincronia di scarica di popolazioni neuronali distanti tra loro, maggiore sar l'ampiezza del segnale dell'EEG. La frequenza dipende dalla sommatoria delle frequenza di scarica. La sincronizzazione pu essere legata ad un'attivit pacemaker che guida una popolazione neuronale oppure da attivit indipendenti. L'EEG si presta in maniera straordinaria per definire gli stati comportamentali. In uno stato di veglia attiva abbiamo un tracciato con bassa ampiezza; la frequenza invece elevata. per onda si intende un grafoelemento che attraversa la linea ipotetica dello zero passando da un picco positivo

Chiudendo gli occhi l'ampiezza del tracciato aumenta significativamente e compaiono onde molto pi simili tra loro rispetto al precedente tracciato. Queste onde prendono il nome di onde del ritmo alfa si associa alla chiusura degli occhi in un soggetto sano. Il ritmo alfa ha una frequenza di circa 10 Hz (10 cicli per secondo).

Il terzo tracciato ha un'ampiezza simile al primo ma la frequenza minore.

Quando si inizia a dormire la frequenza rallenta ulteriormente (stadio NR2). Ci sono grafoelementi caratteristici detti fusi del sonno.

Nel sonno profondo compaiono onde grandi, molto lente. Questo sonno anche detto sonno delta o sonno a onde lente, caratterizzato da almeno il 50% del tracciato occupato da questo tipo di onde.

Nel coma delta a onde lente, si ripetono onde, pi povere dal punto di vista del segnale che generato.

E' possibile risalire, soprattutto per le strutture pi superficiali, da dove origina il segnale. Dal punto di vista della ricchezza di frequenza pu essere classificato in bande di frequenza. La classificazione di queste corrisponde in maniera quasi biunivoca a stati comportamentali: Gamma: 20-60Hz. Associato storicamente a task cognitivi elevati. E' il ritmo pi veloce.

Beta. 14-20 Hz. Associato alla veglia cognitiva.

Alfa. Intorno ai 10 Hz, associato alla veglia rilassata ad occhi chiusi.

Theta. Tipico di alcuni stati come l'addormentamento, ma caratteristico anche del sonno REM, con la differenza che l'origine ippocampale.

Delta. Meno di 4 Hz (tipico del sonno profondo).

La massima ampiezza che si pu raggiungere durante l'epilessia, caratterizzata da scariche ipersincronia che si riflette in un'ampiezza molto elevata, con una frequenza intorno ai 3 Hz. E' possibile individuare con l'EEG una perturbazione evocata da uno stimolo, come ad es. un suono? No, per riuscire a identificarlo bisogna ripeterlo per molte volte. Tipicamente la disposizione degli elettrodi basata sul sistema 10-20. La lettere iniziale F sta per frontale, C per centrale, T per temporale, P per parietale ed O per occipitale. Numeri pari se sono a destra e dispari se a sinistra. La z compare sono sulla linea mediana, la G sta per ground (messa a terra per permettere la dispersione delle cariche elettriche), elettrodi auricolari sono neutri (A1 e 2).

Nello stadio N1 (primo stadio dell'addormentamento) in cui il soggetto eleva la soglia di risposta allo stimolo, ma in cui, se si risveglia il soggetto, questo nega di essersi addormentato.

Man mano che il sonno diventa pi profondo (stadio N2) compaiono grafoelementi tipici, i fusi del sonno e i complessi K (dotati di altissima ampiezza e bassa frequenza). E' uno stato in cui pi difficile svegliare il soggetto e, se lo svegliamo, questo dir che stava dormendo.

Stadio N3 (anche detto sonno delta, per la presenza delle onde delta). Altissima ampiezza e bassa frequenza in pi del 50% del tracciato. Prima del 2007 esisteva uno stadio N4 in cui si distinguevano pi onde lente rispetto allo stadio N3 (onde lente fanno parte di pi del 50% del tracciato).

Stadio REM (Rapid Eye Movement o sonno paradosso). Scoperto relativamente tardi, nel 1953. Circa dopo una novantina di minuti i soggetti apparivano profondamente addormentati, ma la loro attivit sembrava molto simile a quella della veglia, distinguibili sono per alcuni picchi in frequenza. Per molto tempo stato considerato il sonno in cui avvengono i sogni. Svegliando soggetti dal sonno REM abbiamo un racconto di esperienza onirica nel 70% dei casi, svegliando il soggetti in fase non REM la frequenza cala al 40%. I sogni riferiti in seguito al risveglio dal REM sono pi bizzarri, con una storia ecc. I sogni che vengono riferiti in seguito a NREM sono pi immagini che storie, meno bizzarri. Esiste un'area che toglie l'inibizione motoria durante il sonno REM. Se avvengono microinfarti in queste aree i soggetti agiscono i loro sogni. Tecniche di imaging possono permettere di capire quali aree della corteccia si attivano durante il sogno.

La differenza fondamentale quindi tra sonno e veglia la sincronia delle scariche neuronali. Andando a registrare l'attivit di un singolo neurone si nota che dopo il risveglio il neurone scarica molto pi velocemente. Durante il sonno invece si osservano delle pausa in cui il neurone scarica meno. Ma il potenziale di membrana a riposo nei periodi in cui il neurone attivo circa -60mv, nel periodo in cui meno attivo il pm iperpolarizzato. Quindi mentre durante la veglia il pm uno solo, durante il sonno oscilla tra uno stato relativamente depolarizzato (up state, in cui il neurone pu scaricare) ad uno stato relativamente iperpolarizzato (down state, in cui non abbiamo spikes). Durante il down state non si ha attivit di scarica, mentre la si ha in up-state. La transizione tra questi due stati detta oscillazione lenta e corrisponde alle onde lente. Virtualmente tutti i quanti neuroni di qualsiasi strato della corteccia hanno queste transizioni in maniera sincrona (non la frequenza). Single unit activity e multiple neuron activity. Nir ha eseguito queste registrazioni in pazienti epilettici durante il sonno, dimostrando che ci avviene anche nell'uomo. Ha osservato che durante l'onda lenta c' un silenzio neuronale diffuso, off-period che corrisponde al down state. Le onde di maggior ampiezza hanno la massima sincronia del silenzio di scarica neuronale. Durante il sonno NREM il tono muscolare si riduce, e durante il sonno REM si riduce ulteriormente con l'unica eccezione che la comparsa di mioclonie (twitches). Nei narcolettici, in caso di stati carichi dal punto di vista emotivo, possono comparire fasi REM con, in caso di cataplessia, caduta del tono muscolare. Durante il sonno REM si ha una disorganizzazione della ritmicit cardiaca e respiratoria. La frequenza si riduce nel NREM e poi si disorganizza nel REM.

Architettura del sonno. Si analizza mediante un' ipnogramma. Dopo un tempo di latenza abbiama la transizione allo stadio N1, cui segue N2 (fusi del sonno e complessi K) e successivamente N3, che occupa la maggioranza del tempo fino alla transizione al sonno REM, il quale compare circa 90 minuti dopo l'addormentamento. N1,2,3-REM costituisce un ciclo del sonno. Man mano che ci si avvicina il risveglio i cicli del sonno sono sempre meno organizzati e pi difficili da individuare. Il ciclo si chiude o con un REM o con un microrisveglio. Il sonno REM occupa sempre pi tempo avvicinandosi al risveglio, quindi occupa per lo pi la seconda parte della notte.

Nel neonato il sonno rappresenta la stragrande maggioranza delle 24 ore ed per lo pi rappresentato da un sonno REM-simile. Man mano che cresciamo la veglia prende progressivamente pi spazio, a spese del REM. A partire dai 2 anni e mezzo si ha una progressiva riduzione del REM. Nei neonati manca una distribuzione circadiana del sonno, pi che la durata del sonno.

Meccanismi di regolazione del sonno. Il processo C (circadiano) regola la distribuzione del sonno in modo che la veglia corrisponda alla luce e il sonno al buio. Il processo S (omeostatico) tale per cui pi stiamo svegli pi intensamente dobbiamo dormire. La potenza spettrale correlata esattamente all'intensit del sonno pi onde lente abbiamo nell'EEG, maggiore l'intensit del sonno. Pi dormiamo minore sar la Slow Wave Activity. La quantit di onde lente che abbiamo nel sonno pomeridiano viene tolta nella notte successiva.