Спектральный анализ электроэнцефалограммы во время сна

Тайна сна

В соответствии с вышеуказанными определениями мы разделяем сон на 5 стадий. Однако стадии 1-4 медленного сна переходят одна в другую без резких скачков, так что само разделение на стадии - довольно-таки произвольный процесс. Это особенно ярко видно, если провести спектральный анализ электроэнцефалограммы всей ночи; при этом оказывается, что изменения происходят внутри каждой отдельной стадии.

Электроэнцефалограмма представляет собой рисунок нерегулярных быстрых и медленных волн. Биологи применяют метод спектрального анализа для разделения сложного сигнала, такого как электроэнцефалограмма, на его частотные составляющие. Спектр показывает, какой процент всего сигнала занимают быстрые или медленные колебания. Таким образом, спектральный анализ электроэнцефалограммы дает информацию о том, доминируют ли в данный момент медленные волны (низкие частоты) или быстрые волны (высокие частоты). Новый метод, разработанный в лаборатории экспериментального и клинического изучения сна Цюрихского университета, позволяет проводить с помощью компьютера спектральный анализ электроэнцефалограммы по одноминутным периодам.

Если такие измерения проводить в течение всей ночи, то изменения электроэнцефалограммы в связи со стадиями сна можно представить графически. Начало сна сопровождается медленным ростом активности электроэнцефалограммы в низкочастотном диапазоне (медленные волны); пики этой активности соответствуют периодам глубокого медленного сна (стадии 3 и 4). Высота пиков по ходу ночи уменьшается. "Провалы" соответствуют периодам парадоксального сна. В частотном диапазоне 8-12 герц, который представляет собой альфа-ритм спокойного бодрствования, максимум активности отмечается перед наступлением сна (герц - количество колебаний сигнала за одну секунду). Активность в области 12-16 герц отчасти соответствует "сонным веретенам" (спорадическим быстрым волнам), характерным для стадии 2. В этом частотном диапазоне отмечается высокий уровень в медленном сне и низкий - в парадоксальном сне. В верхнем диапазоне частот 16-25 герц незаметно почти никаких изменений, связанных со стадиями сна.

Резюмируя все сказанное, можно сделать вывод, что спектральные сдвиги в большей мере соответствуют профилю сна, основанному на идентификации его стадий по Рехтшаффену и Кейлсу, даже несмотря на то что спектральный анализ не включает в себя информацию от электроокулограммы и электромиограммы. Следовательно, электроэнцефалограмма - наилучший показатель изменений, происходящих в мозге во время сна. Остается тем не менее не вполне ясным, какие именно явления, происходящие в мозге, лежат в основе наблюдаемых рисунков электроэнцефалограммы. В настоящее время предполагается, что электроэнцефалограмма непосредственно отражает колебания электрических потенциалов в коре мозга, которые возникают в местах, где нервные клетки контактируют между собой (синапсах). Так как многие нервные клетки и нервные волокна (аксоны) располагаются параллельно, то тысячи отдельных электрических потенциалов суммируются и регистрируются со скальпа в виде мозговых волн.

Александр А. Борбели, 1989 год