Clinical Significance
Sleep Staging
睡眠医学は、睡眠と覚醒中に起こるさまざまな出来事をただ観察し記述することから謙虚に始まりました。 しかし、電気生理学の分野が発展し、20世紀初頭にHans Bergerによって脳波記録が発明されて初めて、睡眠と覚醒状態を特徴付ける脳のメカニズムの複雑さがよりよく理解されるようになった。 睡眠は、様々な段階を経て、構造化され、組織化されたサイクルを経ている。
最初の一晩の睡眠記録は、正常な人の典型的な睡眠パターンを記述するという困難な課題に直面したLoomesとその同僚によって行われたものであった。 いくつかのグループがこれを即興で行い、その結果、睡眠時相の始まりが生まれた。 しかし、アセリンスキーが急速眼球運動（REM）睡眠を認識したのは、それから17年後のことであった。 1968年、RechtschaffenとKalesを委員長とする専門家委員会が、正常な成人の睡眠を点数化する規則を制定した。 このコーディングから、5つの睡眠段階が特定された。 1つのレム睡眠段階と4つのノンレム睡眠段階である。 各睡眠段階は、多くの生理的変数から構成され、それらは協調して起こる傾向がある。 その後、2004年に米国睡眠医学会（AASM）の委託により、覚醒、呼吸イベント、睡眠関連運動障害、心イベントのスコアリングのルールを含む睡眠スコアリングルールの改訂が行われた。 標準睡眠パラメータの大きさと分布は、睡眠のマクロ構造を反映している。
Macrostructure of Sleep
睡眠マクロ構造に基づいて、睡眠は大きく2つの段階に分類される：NREM（non rapid eye movement）睡眠とREM（rapid eye movement）睡眠である。 一般に、睡眠に入ると、覚醒時の低電圧の速い脳波パターンが徐々に遅い周波数に移行し、NREM睡眠はステージN1（アルファの減少）→ステージN2（スピンドル、Kコンプレックス）→ステージN3（デルタリズムの振幅と規則性の増加）に移行する。 N3段階は徐波睡眠（SWS）と呼ばれる。 SWSは、急速眼球運動（REM、すなわち、活動的または逆説的）睡眠の期間によって中断される。 睡眠ポリグラフ検査（PSG）は、従来から睡眠の構造を評価するために使用されてきたマルチパラメトリック検査である
睡眠は、任意の夜を通してNREM睡眠とREM睡眠の複数の個別のサイクルを経る。 正常な成人では、各サイクルは約90～120分続き、通常の8時間の夜間睡眠中に約4～5回のサイクルが発生する。 NREM睡眠の割合は夜の前半に最大となり、REM睡眠は後半に優勢となる。
段階的覚醒（W）は、前部リード上に優勢なベータリズムが存在し、後頭部上に後優勢なアルファリズムへの進行があることが特徴的である。 この前後への進行は目を閉じた状態で最もよく観察され、目を開けると減衰する。 この段階ではまばたきが頻繁に観察され、0.5〜2Hzの共役眼球運動として現れる。
第1段階（N1）は、αリズムの消失と、通常約500ミリ秒続く、ゆっくりとした共役の往復運動である回転眼球運動の出現によって典型的に特徴づけられます。 脳波は、中振幅、混合周波数の4〜7Hzの活動が主で、不規則な間隔の徐波バーストが見られる。 VSTは、頭頂優位の場合もあるが、中央よりに最大振幅を持つ、輪郭の鮮明な両側性の同期波と定義される。 振幅は左右で異なり、通常0.5秒以下である。 通常、孤立性で、不規則な間隔で、自発的に、あるいは注意喚起刺激を与えると出現する。 また、後頭部で最も顕著な単相または二相の正の三角波であるPOSTS（Positive Occipital sharp transients of sleep）の出現も見られる。 N1中に覚醒すると、αリズムが短時間再来することがある。
第2段階（N2）は、睡眠紡錘またはK複合、あるいはその両方を伴う両側性の同期したシータ活動の存在によって特徴づけられる。 K複合は、背景脳波から突出した正の波（V字型）が直後に続く負の鋭い波の複合パターンの発生によって定義され、持続時間は=0.5秒で、前頭部-中枢部の派生で最も顕著である。 覚醒がK複合と関連するためには、K複合の終了後1秒以内に開始する必要がある。 睡眠紡錘は、11〜16Hz（最も一般的なのは12〜14Hz）の周波数を持ち、0.5秒以上持続する12〜14Hzの明瞭な波と定義され、通常は中枢性で最大振幅となる。
第3段階（N3）は、0.5～2Hzの範囲の高振幅のデルタ減速で、前頭部から中枢部にわたって測定された75μVに等しい振幅が特徴である。 K複合と睡眠紡錘が見られることがあるが、POSTはまれである。 通常、N3睡眠はエポックの20%で遅滞が見られる場合に得点化される。 N3睡眠は夜間の最初の1/3に最も頻繁に生じ、夢遊病や夜驚症などのNREM睡眠時随伴症がこの期間に典型的に見られるので、臨床的に重要である。 レム睡眠期（REM）は、通常500ミリ秒以下の初期位相偏位を伴う、共役で不規則かつ輪郭の鮮明な眼球運動が特徴的である。 また、EMGトーンの減少も見られ、通常、記録全体の中で最も低い値である。 鋸歯状波は、2〜6Hzの鋭い輪郭の三角波、しばしば鋸歯状の波で、中心導出部で最大振幅を示し、しばしば急速な眼球運動のバーストに先行すると説明されています。 聴覚刺激による覚醒の閾値は、レム睡眠中に最も高くなる傾向がある。 一般に、REM睡眠期は夜間の最後の1/3が主であり、悪夢などのREM睡眠時随伴症が典型的にみられる期間である。 R期はさらに、相性レム期と緊張性レム期に細分化される。 位相性レム期は、急速な眼球運動、断続的な筋肉の痙攣、呼吸パターンの変化などの存在によって特徴づけられる交感神経駆動型の睡眠状態である。
PSG記録の伝統的な視覚的段階得点は、さまざまな睡眠障害における睡眠マクロ建築の異常について貴重な記述を提供してきた。 しかし、睡眠障害の根底にある脳波の周波数特性やリズム性についての情報は提供されていない。 さらに、ステージスコアリングアルゴリズムの根底には、睡眠は不連続かつ離散的に拘束されたプロセスであるという前提があるが、この前提は最近のデータでは支持されていない。
Microstructural Analysis of Sleep
睡眠記録には、スコアリングエポックより短い時間で継続的に起こる一過性のEEG現象（位相性イベント）が記載されており、睡眠の微細構造と呼ばれるものを特定することが可能になってきた。
Arousal Analysis
1992年、米国睡眠障害協会（ASDA）は、RおよびKステージングに依存しない覚醒の定義を提案した。 ASDAの基準によると、脳波の覚醒は、睡眠段階の背景を短時間置き換える速いリズム（シータ、アルファ、ベータ、シグマは除く）への突然の周波数シフトとして現れるとされている。 健常者では、覚醒の平均持続時間は生涯を通じて変化しないが（TSTを通じて平均約15秒）、高齢者ではその数が増加し、睡眠脆弱性の生理学的基礎となると考えられている。 睡眠障害状態において、覚醒は特に睡眠関連呼吸障害や不眠症患者において研究されてきた。 しかし、覚醒やその他の関連現象が生理的な睡眠の自然な現れであるとする文献も整理されている
CAP Analysis
CAPはNREM睡眠中の広い領域を占めるシーケンスで組織された脳波現象である。 CAPの間、睡眠の脳波リズムは周期的な興奮性（A相）と抑制性（B相）のスイングを伴いながら振動する。 CAPは睡眠覚醒の過渡期に伴う覚醒の不安定性の主要なマーカーであり、研究者はこれが様々な睡眠活性化神経疾患の出現の基質となると考えている。 定型的な脳波のクラスターが時間的に等価な背景活動間隔によって区切られ、少なくとも2回の連続したCAPサイクルを含んでいれば、CAPシーケンスが特定される。 CAPサイクルは、A相（一過性の脳波要素で構成）とB相（連続する2つのA相を分離するシータ／デルタ活動の間隔、間隔は1分に等しい）からなる（図1）。 CAPの各相は2〜60秒間継続することができる。 すべてのCAPシーケンスはA相で始まりB相で終わる。A相の全期間を通しての高電圧の徐波（EEG同期）と低振幅の高速リズム（EEG非同期）の相互割合に基づいて、異なる神経生理学的活性化のレベルに対応する3種類のA相が区別される：A1亜型（EEG同期が優位）、A2亜型（EEG同期と非同期のバランスのとれた混合）、A3亜型（EEG非同期が優位）である。 連続する2つのA相の間隔が60秒を超えると、CAPシーケンスは終了し、非CAP（NCAP）モードに入る睡眠は、非常に少数のランダムに分布する覚醒関連相イベントを伴う安定した進行中のEEGリズムによって特徴づけられる。