La natura di sonno e sogno

• Sonno e sogni come ritmi biologici– Quando si dorme e quando ci si sveglia?– Perché in quel momento ?

• Sonno e sogni come stati psico-fisiologici– Come funziona l’organismo durante sonno e

sogno?– Quali parti del cervello sono attive e quali inattive

durante sonno e sogno ?

• Sonno e sogni come impulsi/istinti– Quale/i é/sono la funzione/i di sonno e sogno ?

Il giorno e la notte

• Star svegli o dormire, e dormendo sognare

• Gufi e/o allodole

Come si studia il sonno?

•Metodi fisiologici

•Metodi psicologici

•Metodi comportamentali

• Registrazioni invasive multicellulari• Registrazioni unicellulari in animali

• Lesioni, Stimolazioni• Interventi farmacologici• Tecniche psicofisiche (Potenziali evocati)• Tecniche di neuroimmagine (PET, MRI)

CC

EOG

Frontale

Parietale

Occipital

EEG

Tecniche fisiologiche

POLISONNOGRAFIA Elettroencefalogramma Elettrooculogramma+ Elettromiogramma Elettrocardiogramma Movimenti respiratori Temperatura corporea Ossimetria Actimetria

ed inoltre:

POLIGRAFIA

Tecnica di registrazione simultanea di molteplici attività fisiologiche

scelta degli indici da misurare varia a seconda del fenomeno da osservare

Esempio:

Attivazione, ansia ----> EEG, ECG, conduttanza cutanea, EMG + manometria arteriosa

Elementi base della polisonnografia

“Brainstorm” (Arctic Monkeys)

ELETTROENCEFALOGRAMMA (EEG)

Tracciato che mostra l’attività elettrica del cervelloPOTENZIALI D’AZIONE+POTENZIALI

POSTSINAPTICI+altri segnali elettrici (da PELLE, OCCHI, MUSCOLI)

Può essere:MONOPOLARE: elettrodo attivo -----> elettrodo di riferimento

BIPOLARE: elettrodo attivo -------> elettrodo attivoCLINICO (diagnosi di epilessia, coma, sofferenze focali,

accertamento di morte cerebrale)SPERIMENTALE (ricerca psicofisiologica, a.e. su attivazione,

sonno, vigilanza)

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DELLE ONDE EEG (1)

1. AMPIEZZA: Si misura in microVolts, dipende in larga misura anche dalla distanza fra gli elettrodi

2. FREQUENZA: Si misura in Hertz (Hz), ossia il numero di onde nell’unità di tempo (cicli/sec). L’inverso della frequenza è il periodo (P = 1/F)

3. FORMA: E’ l’elemento base per il riconoscimento visivo di alcuni pattern EEG fisiologici o patologici. Può essere aguzza, arrotondata o presentare una configurazione particolare come nel caso di alcuni grafoelementi tipici del sonno.

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DELLE ONDE EEG (2)

4. SINCRONIZZAZIONE: •Onde sincronizzate = raggruppate, allineate nel tempo•Onde desincronizzate = in successione causale

5. SIMMETRIA: sono simmetrici quei segnali che si presentano su entrambi gli emisferi, con le stesse caratteristiche di frequenza, ampiezza, durata e morfologia

6. TOPOGRAFIA: definizione delle aree cerebrali in cui un evento elettrico si manifesta.

CARATTERISTICHE FREQUENZE EEG

Ritmo Delta (ONDE LENTE)0.5-4 Hz, Tipico di: sonno profondo

Ritmo Theta4-8 Hz, Tipico di: Sonno REM, sonno superficiale, stati di

sofferenza focaleRitmo Alfa

8-12 Hz, Tipico di : Veglia rilassata ad occhi chiusiRitmo Sigma

12-16 HzTipico di: Stadio 2 del sonnoRitmo Beta (ONDE RAPIDE)

16-50 Hz, Tipico di: veglia attiva

ANALISI AUTOMATICA EEG

1. Analisi nel dominio delle frequenzees., analisi spettrale

2. Analisi nel dominio del tempoes., analisi zero-crossing, periodo-ampiezza,

trasformata wavelet, pattern analysis

POTENZIALI EVOCATI

Tecnica attraverso la quale l’EEG rileva il modo in cui il cervello risponde ad eventi esterni.

Le modificazioni dipendono dal tipo di stimolo e dallo stato di coscienza (veglia, sonno NREM, sonno REM) in cui il soggetto si trova.

Esse variano da eventi EEG e comportamentali osservabili “a occhio nudo” (arousals, risvegli) a risposte di debole intensità (potenziali evocati) nelle rispettive sedi cerebrali di ricezione

Risposte a stimoli “semplici”

BAEP - Brainstem Auditory Evoked Potentials Latenza: 10msec

CAEP - Cortical Auditory Evoked PotentialsLatenza: 35 e 50 msec

NREM < REM e Wake

N100 / P200 = risposte a “click”Latenza: 100 e 200 msec

N100: riduzione ampiezza all’addormentamentoP200: aumento ampiezza all’addormentamento

Potenziale evocato P300 in veglia e nei diversi stadi di sonno. La linea continua rappresenta le componenti evocate dalla presentazione del nome del soggetto; la linea tratteggiata rappresenta le componenti evocate dalla presentazione di una parola. In alto a sx: Veglia - discriminazione del bersaglio. In alto a dx: REM - nome vs. parola. In basso a sx: stadio 2 - nome vs. parola. In basso a dx: stadio 3 - nome vs. parola. In ascissa: latenza (msec) delle risposte. In ordinata: ampiezza (μV). Derivazione parietale (Pz). Name = nome; Word = parola. Modificata da Pratt e coll.,

Potenziale evocato dalle coppie di stimoli prime-congruente (linea sottile) e prime-incongruente (linea spessa) durante la veglia e i diversi stadi di sonno. In alto a sx: veglia. In alto a dx: sonno REM. In basso a sx: stadio 2. In basso a dx: stadi 3 e 4. In ascissa: latenza (msec) delle risposte evocate. In ordinata: ampiezza (μV). Derivazione centrale (Cz). Related words = parole congruenti; Unrelated words = parole incongruenti. Tratta da Brualla e coll., 1998.

L’Elettrooculogramma (EOG)

Tecnica basata sulla registrazione, tramite elettrodi applicati sulla cute periorbitale, della differenza di potenziale esistente tra cornea e retina (POTENZIALE CORNEO-RETINICO)

Movimenti oculari importanti per lo studio del sonno e della sonnolenza/vigilanza

REMs = Rapid Eye Movements = Movimenti Oculari Rapidi

SEMs = Slow Eye Movements = Movimenti Oculari Lenti

Eye Blinking = Ammiccamenti Oculari

Vari tipi di EOG

ELETTROMIOGRAFIA

Tecnica per la misurazione del tono muscolare dei muscoli assiali antigravitazionari (cioè quelli che consentono di mantenere la posizione eretta).

Si effettua applicando gli elettrodi sulla cute dei muscoli mentonieri e/o miloioidei.

Gli artefatti di movimento

ACTIGRAFIA (1)

•Tecnica di registrazione del movimento basata sull’applicazione di un sensore piezoelettrico (actigrafo) su taluni segmenti corporei di cui vengono registrate le escursioni.

•In genere l’actigrafo viene indossato al polso come un orologio, per il movimento dell’arto superiore, oppure come una cavigliera all’altezza del malleolo tibiale, per il movimento dell’arto inferiore.

•Il dato nell’unità di tempo sull’attività motoria dei distretti prescelti viene registrato digitalmente sulla memoria dell’actigrafo e quindi scaricato sul computer. Tramite specifici algoritmi, il software provvede poi a riferire l’intensità motoria ad un preciso stato comportamentale (veglia attiva, riposo, sonno).

•L’actigrafia, per tale motivo, è un’ottima tecnica per la registrazione dei ritmi sonno-veglia “on field” o in generale in tutte quelle situazioni cliniche o sperimentali che non consentano l’esecuzione di una polisonnografia completa

ACTIGRAFIA (2)

ACTIGRAFIA (3)

Tecniche neurovegetative

Registrazione di variabili autonomiche

Flusso respiratorioMuscoli respiratoriElettrocardiogramma

TECNICHE DI NEUROIMAGING (1)

Permettono la visualizzazione del Sistema Nervoso in vivo

1. Radiografia

Basata sul passaggio di un fascio di raggi X attraverso le strutture da visualizzare.

Svantaggi: poco utile per il sistema nervoso, in cui c’è scarso contrasto di densità fra i tessuti

2. Radiografia con mezzo di contrasto

Sostanza radioopaca (che assorbe molte radiazioni) in circolo e da qui nel sistema ventricolare (es., angiografia cerebrale, pneumoencefalografia)

Svantaggi: tecnica molto invasiva

3. Tomografia Assiale Computerizzata (T.A.C.)

Tubo a raggi X e rilevatore computerizzato, entrambi ruotanti

Svantaggi: si ottengono unicamente sezioni trasversali

TECNICHE DI NEUROIMAGING (2)

1.Tomografia a emissione di positroni (PET)Fornisce informazioni sull’attività metabolica (funzionale) del

cervello. Basata sull’iniezione in arteria carotide di 2-desossiglucosio marcato con un tracciante radioattivo

2.Risonanza Magnetica Nucleare (RMN)Basata sul fatto che onde di radiofrequenza attivano gli atomi di

idrogeno delle strutture cerebrali, che a loro volta determinano delle immagini attraverso un rilevatore

3.Risonanza magnetica funzionaleEvidenzia, mutuando la tecnica della RMN, le aree in cui c’è

maggiore flusso ematico e quindi maggiore apporto di ossigeno (H2O)

Svantaggi: tecniche molto costose e non sempre disponibili. La PET è anche piuttosto invasiva

METODI PSICOLOGICI

Diari del sonno

Scale della sonnolenza

Questionari •sulle abitudini•Sulle tipologie individuali•Sulla percezione soggettiva

QuickTime™ e undecompressore TIFF (Non compresso)

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