Introduzione all'EEG e Stadi del Sonno (Fisiologia 99)

Introduzione all'Elettroencefalogramma (EEG) e agli Stadi del Sonno

• L'attività cerebrale durante il sonno è caratterizzata da diverse fasi.
• Queste fasi sono identificate principalmente attraverso l'EEG e la presenza o assenza di movimenti oculari rapidi (REM).
• I movimenti oculari non sono sempre un indicatore affidabile, poiché alcune persone possono dormire con gli occhi aperti.

La Struttura e l'Organizzazione della Corteccia Cerebrale

• Lo spessore della corteccia cerebrale varia, con una media di 2.5 mm, da 1.5 a 4.5 mm.
• La superficie della corteccia è di circa un quarto di metro quadrato, ripiegata in solchi per aumentare l'area.
• Si stima che la corteccia cerebrale contenga circa 30 miliardi di neuroni, di cui circa il 75% sono eccitatori.
• L'organizzazione della corteccia è in strati, con diversi tipi di cellule.
• I neuroni piramidali sono presenti negli strati II, III e V, hanno alberi dendritici ortogonali alla superficie e paralleli tra loro.
• Questi neuroni svolgono un ruolo fondamentale nella generazione del segnale EEG.
• Altri strati contengono diversi interneuroni con proiezioni trasversali alle colonne corticali.

Organizzazione delle Sinapsi sui Dendriti

• I pool sinaptici sono in gran parte segregati.
• I dendriti verso il soma sono principalmente sinapsi inibitorie.
• I dendriti apicali presentano prevalentemente sinapsi eccitatorie.
• Il rapporto tra sinapsi eccitatorie e inibitorie nei dendriti apicali è approssimativamente di 6-7:1.
• I segnali talamici si collocano sui dendriti più vicini al soma.
• I segnali provenienti da altre aree corticali si trovano più superficialmente sui dendriti.

Generazione del Potenziale di Campo Extracellulare e il suo Legame con l'EEG

• La depolarizzazione di una sinapsi eccitatoria crea una zona extracellulare leggermente negativa rispetto all'ambiente circostante.
• Il flusso di corrente depolarizzante entra nel dendrite e poi esce dove la resistenza è minore (verso il soma), creando un potenziale di campo positivo in quest'area.
• Le sinapsi eccitatorie generano segnali che influenzano il potenziale extracellulare.

Sincronizzazione e Potenziale di Campo

• Le linee di corrente (dipoli) seguono una direzione interna dal terminale negativo al positivo e una direzione esterna dal terminale positivo al negativo.
• La sincronizzazione dei dipoli di corrente porta ad un aumento del segnale, proporzionale al numero di dipoli sincronizzati.
• Dipoli sincronizzati in antifase si annullano a vicenda.
• L'ampiezza del segnale è proporzionale allo scarto quadrati medio del segnale.

Genesi dell'EEG e Classificazione delle Onde

• L'EEG riflette la sommazione dell'attività sinaptica sincronizzata, ampiamente corticale e superficiale.
• L'attività dei neuroni talamici si riflette nell'EEG con variazioni di corrente opposte rispetto a quelle generate dalle proiezioni corticali.
• Le onde EEG sono classificate in base alla loro frequenza.
• Onde Beta: frequenza da 12-35 Hz, ampiezza piccola, associate alla veglia.
• Onde Alpha: frequenza intorno ai 10 Hz, ampiezza maggiore, associate alla veglia rilassata
• Onde Theta: frequenza da 4-8 Hz, presenti nei primi stadi del sonno.
• Onde lente: bassa frequenza e alta ampiezza, tipiche del sonno profondo.

Montaggio degli Elettrodi EEG: Standard e Nomenclatura

• L'EEG utilizza più elettrodi posizionati sullo scalpo secondo schemi standardizzati.
• Questi schemi garantiscono la comparabilità dei dati tra diversi studi e laboratori.
• Esistono diversi sistemi di montaggio.
• Ad esempio, il sistema 10-10 e il sistema 10-20.

Sonno: Definizione e Caratteristiche

• Il sonno è un'alterazione temporanea e reversibile dello stato di coscienza.
• È caratterizzato da una riduzione dell'attività motoria, dell'aumento della soglia di risposta agli stimoli, di variazioni dei parametri neurovegetativi e di rapida reversibilità.

Stadi del Sonno e Onde EEG

• Il passaggio dalla veglia al sonno segue una sequenza stereotipata di cambiamenti nell'attività EEG.
• La veglia è caratterizzata da onde beta.
• L'assonnamento è caratterizzato dal ritmo alfa.
• Stadio 1: misto di onde alfa e beta, con l'intercalazione di onde theta.
• Stadio 2: onde theta, fusi del sonno e complessi K.
• Stadi 3 e 4: Sonno ad onde lente, con onde delta prevalenti.
• Stadio REM: attivo, con onde simile allo stato di veglia, caratterizzato da atonia muscolare e movimenti oculari rapidi (REM).

Studio della Coscienza con TMS-EEG

• TMS-EEG combina la stimolazione magnetica transcranica (TMS) con l'elettroencefalografia (EEG) per studiare la risposta del cervello alla stimolazione.
• In stato di veglia, la stimolazione genera risposte diverse nelle diverse aree cerebrali, evidenziando la capacità di integrazione del cervello.
• Durante il sonno ad onde lente, lo stesso stimolo induce una risposta più omogenea.

Tono Muscolare e Sonno

• L'elettromiografia (EMG) del collo mostra una bassa attività durante il sonno, caratterizzato da picchi di atonia muscolare.
• L'atonia muscolare durante il sonno REM è dovuta a un'inibizione attiva dei motoneuroni.

Sonno, Veglia e Coscienza-Sincronizzazione

• Durante il sonno, le oscillazioni neuronali diventano sincronizzate e si propagano uniformemente sulla corteccia, associandosi alla perdita di coscienza.
• La coscienza è legata alla capacità del cervello di integrare le informazioni e discriminare tra un elevato numero di stati.

Attività Respiratoria Durante il Sonno e Disturbi del Sonno

• La respirazione durante il sonno REM può divenire irregolare a causa della mancanza di controllo termoregolatorio.
• La Polisonnografia registra diversi parametri durante il sonno come l'oculogramma, EMG del mento, ECG, pressione, movimenti della cassa toracica.
• Le apnee notturne sono interruzioni della respirazione per intervalli di tempo fino a 30 secondi.
• La dispnea notturna parossistica è caratterizzata da risvegli notturni con sensazione di mancanza di respiro.

Ipnottogrammi e Cicli del Sonno: Variazioni con l'Età

• L'ipnogramma è una rappresentazione grafica delle diverse fasi del sonno (REM e non-REM) in funzione del tempo.
• La cadenza dei cicli del sonno è di circa 90 minuti.
• La durata della fase REM aumenta verso la mattina.
• Bambini: Molti cicli non-REM/REM, fasi REM non particolarmente lunghe. Elevata durata totale del sonno (fino a 16 ore).
• Adulti: Progressiva diminuzione del sonno in fase 4.
• Anziani: Risvegli più frequenti, difficoltà a raggiungere lo stadio di sonno profondo (4) e sonno più frammentato.

Variazioni della Durata e della Composizione del Sonno con l'Età

• La durata totale del sonno si modifica con l'età.
• Nei neonati può superare le 16 ore, nei primi anni di vita diminuisce a circa 12 ore ed è stabile intorno alle 8 ore nell'età adulta.
• La proporzione di sonno REM nei neonati è del 50%, per poi ridursi al 30% nei primi mesi e al 20% in età adulta.
• Negli anziani il sonno non-REM può mancare della fase 4 (sonno profondo).

Sonno Diurno e Ritmo di Rotazione della Terra

• Il sonno diurno è elevato nei bambini.
• La quantità di sonno diurno diminuisce con l'età.

Proporzioni delle Fasi del Sonno negli Animali

• Le proporzioni delle fasi del sonno variano notevolmente tra le specie.
• Gli animali preda hanno una fase REM minore rispetto agli animali non preda.
• I Primati presentano proporzioni simili agli umani.

Questo quiz esplora l'elettroencefalogramma (EEG) e gli stadi del sonno, evidenziando l'attività cerebrale durante il riposo. Scoprirai come le fasi di sonno sono identificate e come la struttura della corteccia cerebrale influisce su questi processi. Metti alla prova le tue conoscenze su questi affascinanti argomenti scientifici.