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

INTRODUZIONE ALL'ELETTROENCEFALOGRAMMA (EEG) E AGLI STADI DEL SONNO L'attività cerebrale durante il sonno è caratterizzata da diverse fasi, identificate principalmente attraverso l'elettroencefalogramma (EEG) e la presenza o assenza di movimenti oculari rapidi (REM). Tuttavia, è importante notare ch...

INTRODUZIONE ALL'ELETTROENCEFALOGRAMMA (EEG) E AGLI STADI DEL SONNO L'attività cerebrale durante il sonno è caratterizzata da diverse fasi, identificate principalmente attraverso l'elettroencefalogramma (EEG) e la presenza o assenza di movimenti oculari rapidi (REM). Tuttavia, è importante notare che non sempre i movimenti oculari sono un indicatore affidabile, poiché alcune persone possono dormire con gli occhi aperti. La Struttura e l'Organizzazione della Corteccia Cerebrale Spessore e Superficie: La corteccia cerebrale ha uno spessore variabile (media di 2.5 mm, da 1.5 a 4.5 mm) e una superficie di circa un quarto di metro quadrato, ripiegata in solchi per aumentarne l'area. Neuroni: Si stima che contenga circa 30 miliardi di neuroni, di cui circa il 75% sono eccitatori. Il numero di sinapsi è ancora maggiore. Organizzazione in Strati e Colonne: La corteccia è organizzata in strati con diversi tipi di cellule. I neuroni piramidali, presenti negli strati II, III e V, hanno alberi dendritici ortogonali alla superficie e paralleli tra loro, essenziali per la generazione del segnale EEG. Gli altri strati contengono diversi interneuroni con proiezioni trasversali alle colonne corticali. Sommazione del Potenziale di Campo Extracellulare  Neuroni Piramidali: Grazie alla loro organizzazione parallela, i dendriti delle cellule piramidali sommano gli effetti sinaptici non a livello della singola cellula, ma a livello del potenziale di campo extracellulare, cioè la variazione di potenziale nell'ambiente extracellulare. Interazione Dendritica: A differenza degli assoni, che generalmente non influenzano l'attività di altri neuroni vicini, i dendriti possono alterare il potenziale extracellulare con spostamenti di carica che si propagano nell'ambiente circostante. Sommazione Efficace: La disposizione dei dendriti piramidali massimizza la sommazione del potenziale di campo rispetto ad altri tipi di cellule. Organizzazione delle Sinapsi sui Dendriti I pool sinaptici sono in gran parte segregati: Dendriti verso il soma: Principalmente sinapsi inibitorie. Dendriti apicali: Prevalgono le sinapsi eccitatorie, con un rapporto di circa 6-7:1 rispetto all'inibizione. Segnali Talamici: Si collocano sui dendriti più vicini al soma, mentre i segnali provenienti da altre aree corticali si collocano più superficialmente. Generazione del Potenziale di Campo Extracellulare e il suo Legame con l'EEG Depolarizzazione e Potenziale di Campo: La depolarizzazione di una sinapsi eccitatoria (es. all'apice dendritico) con ingresso di sodio, crea una zona extracellulare lievemente negativa rispetto al resto dell'ambiente. Flusso di Corrente: La corrente depolarizzante entra nel dendrite, poi esce dove c'è meno resistenza (verso il soma), creando un potenziale di campo positivo in quest'area.  Linee di Campo Iso-Potenziali: Questo fenomeno genera linee di campo elettrico iso-potenziali intorno alla zona attiva. Potenziali d’Azione e EEG: I potenziali d'azione generati dalla depolarizzazione del cono di emergenza NON contribuiscono all'EEG perché il doppio fronte di potenziale si cancella a livello dello scalpo. L'EEG riflette, quindi, la sommazione dell'attività sinaptica sincronizzata, soprattutto corticale e superficiale. Attività Talamica: Le proiezioni talamiche, depolarizzando verso il soma, generano variazioni di corrente opposte rispetto a quelle delle proiezioni corticali. Per convenzione, le variazioni di potenziale negative (dovute prevalentemente alle proiezioni corticali) sono mostrate verso l’alto nelle rappresentazioni EEG, mentre quelle positive vengono mostrate verso il basso. Sincronicità: Per essere apprezzabile dall'EEG, l'attività delle cellule deve essere sincronizzata. Sincronizzazione e Potenziale di Campo Dipoli di Corrente: Le linee di corrente (dipoli) seguono il percorso dal - verso il + internamente e dal + verso il - esternamente. Sincronizzazione: Se n dipoli oscillano in modo sincrono, il contributo è proporzionale a n. Se oscillano in modo desincrono, il segnale è proporzionale alla radice quadrata di n, risultando molto attenuato. Ad esempio, 100 dipoli sincronizzati generano un segnale 10 volte maggiore rispetto a 100 dipoli desincronizzati. Dipoli sincronizzati in antifase si cancellano, con risultato nullo. Scarto Quadratico Medio: L'ampiezza del segnale è proporzionale allo scarto quadratico medio del segnale. Genesi dell'EEG e Classificazione delle Onde  Attività di Base: Alcune zone della corteccia hanno un'attività di base. Ampiezza del Segnale EEG: Il segnale EEG ha un'ampiezza ridotta, tra 5 e 150 microvolt. In confronto, l'ECG (elettrocardiogramma) ha un picco di 1 mV e l'EMG (elettromiogramma) di circa 0.1 mV. Classificazione: Le onde EEG sono classificate nel dominio della frequenza poiché è difficile identificare singoli eventi, a parte gli artefatti (es. movimento e oculari). Onde Beta: Frequenza 12-35 Hz, piccola ampiezza, associate allo stato di veglia. Onde Alpha: Frequenza intorno ai 10 Hz, aumento di ampiezza, presenti nello stato di veglia rilassata (es. occhi chiusi). Onde Theta: Frequenza 4-8 Hz, compaiono all'inizio dell'addormentamento e sono dominanti nei primi stadi del sonno. Onde Lente: Bassissima frequenza e alta ampiezza, tipiche del sonno profondo (stadi 3 e 4), dovute a un'attività corticale ritmica tra neuroni che si inibiscono ed eccitano reciprocamente. Segnale di Arresto: L'apertura degli occhi provoca una reazione di arresto nell'attività cerebrale. Questo fenomeno è conservato tra diverse specie. Spero che questa rielaborazione sia utile per il tuo studio. MONTAGGIO DEGLI ELETTRODI EEG: STANDARD E NOMENCLATURA L'elettroencefalogramma (EEG) è un segnale multipolare che richiede il posizionamento di più elettrodi sullo scalpo secondo schemi standardizzati. Questi schemi garantiscono la comparabilità dei dati tra diversi studi e laboratori. Sistemi di Montaggio: Esistono diversi sistemi di montaggio, tra cui il sistema 10-10 e il sistema 10-  20, quest'ultimo molto utilizzato. Riferimenti Anatomici: I sistemi di montaggio utilizzano riferimenti anatomici come: Meridiano naso-inion: Linea che va dal naso all'inion (protuberanza ossea alla base del cranio). Meridiano trago-trago: Linea che connette i due traghi (protuberanze cartilaginee davanti all'orecchio). Meridiano di metà circonferenza: Linea che va dal nasion all'inion passando lateralmente. Suddivisione Percentuale: Questi meridiani vengono divisi in percentuali per posizionare gli elettrodi: Primo Numero: Indica la distanza dal nasion (per gli elettrodi frontali), dall'inion (per gli elettrodi occipitali), o dal trago (per gli elettrodi temporali) in percentuale. Secondo Numero: Indica lo spostamento in percentuale tra il primo e l'ultimo elettrodo lungo le linee trasversali, con numeri pari per l'emisfero destro e dispari per l'emisfero sinistro. Elettrodi "Z": Elettrodi posizionati sulla linea mediana. Nomenclatura: La nomenclatura degli elettrodi è standardizzata a livello internazionale, con alcune variazioni tra la nomenclatura anglosassone e quella americana. Riferimento: Come per l'ECG, l'EEG misura differenze di potenziale rispetto a un riferimento. Questo riferimento può essere: Elettrodi sui mastoidi o lobi auricolari. La media di tutti gli elettrodi (come nel sistema di Wilson per l'ECG). Mappatura: I dati raccolti possono essere elaborati per creare mappe dell'attività cerebrale. Sonno: Definizione e Caratteristiche Il sonno è un'alterazione temporanea e reversibile dello stato di coscienza. È caratterizzato da: Riduzione dell'attività motoria.  Assunzione di posture stereotipate. Aumento della soglia di risposta agli stimoli. Variazione dei parametri neurovegetativi. Rapida reversibilità. Stadi del Sonno e Onde EEG Il passaggio dalla veglia al sonno segue una sequenza stereotipata di cambiamenti nell'attività EEG: Veglia: Onde beta. Assonnato: Ritmo alfa (occhi chiusi e rilassati). Stadio 1: Misto di onde alfa e beta, intervallate da onde theta. Stadio 2: Onde theta, fusi del sonno (burst di onde alfa) e complessi K (onde ad alta ampiezza e bassa frequenza). Stadi 3 e 4: Sonno a onde lente, caratterizzato da onde delta (bassissima frequenza e alta ampiezza). Lo stadio 4 è definito da oltre il 50% di onde lente. Stadio REM: Attività EEG simile alla veglia (onde beta), ma con atonia muscolare e movimenti oculari rapidi (da cui il nome). Ciclo del Sonno Il ciclo sonno-veglia si ripete più volte durante la notte, con una durata di circa 90 minuti. Sonno, Veglia e Coscienza Sincronizzazione: Durante il sonno, le oscillazioni neuronali diventano sincronizzate e si propagano uniformemente su tutta la corteccia, associandosi alla perdita di coscienza. Coscienza: Una teoria suggerisce che la coscienza sia legata alla capacità del cervello di integrare informazioni e discriminare tra un elevato numero di stati. La mancanza di omogeneità nel comportamento di diverse aree cerebrali è fondamentale per la coscienza. La capacità di generare risposte complesse a stimoli semplici riflette tale capacità di integrazione. Studio della Coscienza con TMS-EEG TMS-EEG: La combinazione di stimolazione magnetica transcranica (TMS) ed elettroencefalografia (EEG) permette di studiare la risposta del cervello alla stimolazione. Funzionamento: Queste macchine generano un campo magnetico con forti impulsi che vengono poi captati dal cervello e dagli elettrodi. Durante la stimolazione, gli elettrodi EEG vengono cortocircuitati per evitare danni e vengono ricollegati subito dopo, compensando gli effetti. Attività Corticale: In stato di veglia, la stimolazione genera risposte diverse in diverse aree della corteccia, evidenziando la capacità di integrazione. Durante il sonno a onde lente, lo stesso stimolo induce una risposta più omogenea, indicando una mancanza di integrazione. Coscienza Ridotta: Studi con persone in stato di minima coscienza o in coma mostrano una correlazione tra una ridotta complessità del segnale EEG e la mancanza di coscienza. Tono Muscolare e Sonno Elettromiografia (EMG): L'EMG dei muscoli del collo è bassa durante il sonno, con due picchi di atonia muscolare. Sonno a Onde Lente: L'atonia muscolare è dovuta alla ridotta attivazione del fascio reticolo-  spinale. Sonno REM: L'atonia muscolare è causata da una inibizione attiva dei motoneuroni, eccetto quelli dei muscoli oculomotori e masticatori. Depressione Motoneuronale nel Sonno REM Potenziale di Membrana: Il potenziale di membrana dei motoneuroni lombari è iperpolarizzato (depresso) durante il sonno REM rispetto al sonno non-REM e alla veglia. Inibizione: Durante il sonno REM, i motoneuroni subiscono un'inibizione attiva dalle vie che proiettano al midollo spinale. Effetti del Sonno REM sulla Termoregolazione Termoregolazione: Il sonno REM inibisce la termoregolazione. In condizioni di bassa temperatura, un animale in sonno non-REM manifesta brividi, mentre nel sonno REM no. In condizioni di alta temperatura, un animale in sonno non-REM aumenta la velocità dell'atto respiratorio per disperdere calore, nel sonno REM ciò non avviene. Spero che questa rielaborazione ti sia d'aiuto per lo studio. POSTURA E AZIONE TALAMICA DURANTE IL SONNO Durante il sonno, assumiamo una postura stereotipata per evitare cadute. Questo comportamento è legato a una serie di cambiamenti nell'attività cerebrale, in particolare a livello talamico. Il Talamo e la Regolazione del Sonno: Connessioni Talamo-Corticali: Il talamo eccita la corteccia e la corteccia eccita il talamo, creando un circuito di feedback. Nucleo Reticolare del Talamo: Questo nucleo inibisce i nuclei talamici in risposta alle attivazioni talamo-corticali e cortico-talamiche, agendo come un freno per il talamo. Sistemi Attivanti: Durante la veglia, i sistemi di proiezione nervosa dal tronco encefalico inibiscono tonicamente il nucleo reticolare e eccitano il talamo. Questo causa un firing desincronizzato del talamo che permette il passaggio di segnali sensoriali alla corteccia. Attività Talamica e Transizioni Sonno-Veglia Veglia: Il talamo mostra un firing desincronizzato che lascia passare i segnali sensoriali alla corteccia. Sonno: Quando l'azione dei sistemi attivanti diminuisce, l'attività dei neuroni talamici si organizza in brevi burst sincronizzati, intervallati da circa mezzo secondo. Questi burst sono generati da transienti di calcio e potenziali d'azione. Una depolarizzazione rallentata, causata dall'inattivazione dei canali voltaggio-dipendenti del calcio, innesca una serie di potenziali d'azione. L'iperpolarizzazione postuma è dovuta ai canali del potassio calcio-dipendenti.  Ritmo Corticale: L'attività ritmica del talamo si riflette nella corteccia come onde lente (circa 2 Hz), grazie all'attività pacemaker del nucleo reticolare. Il nucleo reticolare iperpolarizza il talamo ciclicamente, creando un'alternanza di inibizione ed eccitazione. Quando liberato da questa inibizione, il neurone talamo-corticale produce una serie di potenziali d'azione. Talamo e Afferenze Sensoriali: L'attività desincronizzata del talamo consente il passaggio delle afferenze periferiche alla corteccia. Chiusura del Gate Talamico Durante il Sonno Corpo Genicolato Laterale: Esempio nel corpo genicolato laterale del talamo (afferenze visive): Durante la veglia, la frequenza di scarica del neurone imita le variazioni di luminosità dello stimolo. Durante il sonno con EEG sincronizzato, l'attività del neurone non riflette più lo stimolo, indicando che il talamo "chiude il gate" sensoriale verso la corteccia. Diversa Sensibilità: La chiusura del gate talamico spiega la minore sensibilità agli stimoli durante il sonno, con livelli intermedi tra apertura e chiusura. Sonno REM: Anche se l'attività della corteccia nel sonno REM è intensa, essa non è generata dal talamo ma da elaborazioni corticali (es. sogni). Sistema Vegetativo Durante il Sonno Il sonno ha effetti profondi sul sistema vegetativo: Sonno Profondo:  Diminuzione della frequenza cardiaca. Diminuzione della frequenza respiratoria. Depressione sia del sistema ortosimpatico che parasimpatico. Sonno REM: Aumento della frequenza cardiaca (con possibili aritmie). Aumento della frequenza respiratoria. Aumento del tono parasimpatico. Variabilità della Frequenza Cardiaca: In sonno REM, la frequenza cardiaca ha una maggiore variabilità, con intervalli più lunghi ogni 4-5 battiti, attribuibili a un'aumentata attività del parasimpatico. Analisi dello Spettro di Frequenza: L'analisi delle variazioni della frequenza cardiaca mostra due picchi: 0.25-0.26 Hz: Picco associato all'attività parasimpatica. 0.01 Hz: Picco associato all'attività ortosimpatica. L'aumento della potenza del segnale alle frequenze più basse (0.01 Hz) si osserva quando si passa dalla posizione supina a quella eretta. Attività Respiratoria Durante il Sonno e Disturbi del Sonno Respirazione in Sonno REM: L'attività respiratoria diventa irregolare a causa della mancanza di controllo termoregolatorio. Polisonnografia: Registrazione di parametri durante il sonno (oculogramma, EMG del mento e delle gambe, ECG, pressione al naso, movimenti della cassa toracica e dell'addome) Apnee Notturne: Interruzione della respirazione per intervalli di tempo fino a 30 secondi. Dispnea Notturna Parossistica: Risveglio nel cuore della notte con sensazione di fame d'aria durante uno sforzo inspiratorio. È un segno tipico della sindrome da apnee notturne (di origine centrale).  Saturazione: La diminuzione della saturazione durante uno sforzo respiratorio, registrata al dito, presenta un ritardo rispetto all'evento respiratorio. Spero che questa rielaborazione sia utile per il tuo studio. IPNOTGRAMMI 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, fornendo un quadro dettagliato dell'architettura del sonno. Cicli del Sonno e Fasi REM/non-REM: Cadenza dei Cicli: Durante una notte tipica, si susseguono 4-5 cicli non-REM/REM, ognuno della durata di circa 90 minuti. Variazione della Durata: La durata della fase REM aumenta verso la mattina, mentre il sonno tra una fase REM e la successiva diventa meno profondo. Ciò rende più facile il risveglio durante le ultime ore di sonno. Differenze di Età negli Ipnotgrammi:  Bambini: Molti cicli non-REM/REM. Fasi REM non particolarmente lunghe. Capacità di raggiungere lo stadio 4 anche nelle fasi più avanzate della notte. Elevata durata totale del sonno (fino a 16 ore). Adulti: Progressiva diminuzione del sonno in fase 4. Anziani: Risvegli più frequenti durante la notte. Difficoltà a raggiungere lo stadio di sonno profondo (stadio 4) tipico dell'età giovanile. Sonno più frammentato. Distribuzione della Durata del Sonno: Variazioni Individuali: La durata del sonno varia tra gli individui, con un picco intorno alle 7 ore e mezza. La maggior parte della popolazione dorme tra le 6 ore e mezza e le 8 ore e mezza. Ritmi Sonno-Veglia: I ritmi sonno-veglia cambiano con l'età. I neonati hanno fasi di sonno multiple, spesso interrotte. Con il tempo, le fasi di sonno diventano più estese e regolari. Dalle 12 ore di sonno dei neonati si arriva alle 8 ore circa in età adulta. Analisi dei Grafici del Sonno: Il Russell Plot  Russell Plot Triplo: Un grafico che evidenzia i ritmi di veglia, poppate e sonno. Ogni segmento di 24 ore mostra gli eventi delle 24 ore precedenti immediatamente sopra e le 24 ore successive immediatamente sotto. Questa ridondanza evidenzia i ritmi sonno-veglia, rendendoli più chiari nel tempo. Sincronizzazione: Verso le ultime settimane del periodo dei sei mesi, il sonno si sincronizza con il ritmo sonno-veglia degli adulti. Variazioni della Durata e della Composizione del Sonno con l'Età Durata Totale: La durata media del sonno si modifica con l'età. Nei neonati può superare le 16 ore. Si riduce rapidamente a circa 12 ore nel primo anno di vita. Si stabilizza intorno alle 8 ore nell'età adulta. Proporzione di Sonno REM: I neonati trascorrono circa il 50% del tempo di sonno in fase REM. Questa percentuale si riduce rapidamente al 30% nei primi mesi. Si assesta intorno al 20% nell'età adulta. Sonno Non-REM: Negli anziani, il sonno non-REM spesso manca della fase 4 (sonno profondo). Sonno Diurno e Ritmo di Rotazione della Terra  Sonno Diurno: La combinazione tra il grafico dell'andamento del sonno e il ritmo di rotazione della terra mostra la quantità di sonno diurno, molto elevata nei bambini e che si riduce notevolmente all'età dell'asilo. Proporzioni delle Fasi del Sonno negli Animali Variazioni tra Specie: Le proporzioni delle fasi del sonno variano tra le specie. Animali Preda: Gli animali che sono prede hanno una piccola quantità di sonno REM. Primati: Le scimmie passano gran parte del loro tempo a dormire, con proporzioni di sonno a onde lente simili a quelle umane. Umani: La proporzione del sonno è circa un terzo della giornata, di cui circa il 20% in fase REM. Spero che questa rielaborazione ti sia utile per lo studio degli ipnogrammi e delle variazioni del sonno con l'età. content_copy download Use code with caution. Markdown