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O que há na natureza do sono de ondas lentas que torna difícil acordar quem está dormindo?

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Em humanos, o sono de ondas delta (sono de "ondas lentas", estágios III e IV pelos critérios AASM) é mais comum em crianças e se torna apenas uma pequena porcentagem do tempo total de sono em adultos.

As ondas corticais do EEG têm frequências notavelmente baixas (às vezes tão baixas quanto 1 Hz) durante esses estágios. Sempre modelei isso em meu próprio entendimento como o cérebro "pesquisando" o ambiente em uma taxa mais baixa, mas por que estímulos que coincidem diretamente com os picos das ondas corticais ainda não parecem despertar ou despertar a pessoa dormindo? É claro que existem alguns "desvios" fisiológicos ocorrendo no tronco cerebral e no córtex para amortecer os efeitos de estímulos externos, mas por que observar qualquer atividade, então?


As ondas lentas do EEG refletem uma oscilação lenta nos neurônios corticais, entre um estado despolarizado (estado UP) e um estado hiper polarizado (estado DOWN; Steriade et al., 1993a, 1993b). Durante o estado de baixa, os neurônios ficam desfacilitados (eles não podem ser ativados por estímulos externos ou despolarizados; Contreras et al., 1996). À medida que o cérebro avança para o sono profundo (muitas ondas lentas de grande amplitude), não apenas os neurônios corticais, mas também os talâmicos, tornam-se cada vez mais hiper polarizados (Amzica & Steriade, 2001). Steriade (2006) propôs que essa hipopolarização progressiva que ocorre durante o sono profundo pode proteger o cérebro da interferência do mundo externo e facilitar a consolidação da memória, porque o cérebro torna-se "não responsivo" ao ambiente externo. Na verdade, essa hiperpolarização tálamo-cortical que ocorre durante o estado de descida pode "bloquear" o cérebro da influência externa.

Estudos recentes de neuroimagem em humanos (Schabus et al., 2012) de fato mostraram que durante o estado DOWN, não houve resposta cortical a estímulos auditivos em fMRI. Assim, pensamos que essas ondas, seja em N2 (complexo K) ou N3 (SW), protegem o cérebro do sono de influências externas.

Fontes :

  1. Steriade M, Nuñez A, Amzica F. Uma nova oscilação lenta (<1 Hz) de neurônios neocorticais in vivo: componentes despolarizantes e hiperpolarizantes. Journal of Neuroscience. 1993; 13 (8): 3252-3265.

  2. Steriade M, Contreras D, Curró Dossi R, Nuñez A. A oscilação lenta (<1 Hz) nos neurônios reticulares talâmicos e talamocorticais: cenário da geração do ritmo do sono na interação entre as redes talâmica e neocortical. J Neurosci. 1993; 13 (8): 3284-3299.

  3. Contreras D, Timofeev I, Steriade M. Mecanismos de hiperpolarizações de longa duração subjacentes às oscilações lentas do sono em redes corticotalâmicas de gatos. J Physiol (Lond). 1996; 494 (Pt 1): 251-264.

  4. Amzica F, Steriade M. Electrophysiological correlates of sleep delta waves. Eletroencefalografia e Neurofisiologia Clínica. 1998; 107 (2): 69-83. doi: 10.1016 / S0013-4694 (98) 00051-0.

  5. Steriade M. Agrupamento de ritmos cerebrais em sistemas corticotalâmicos. Neurociências. 2006; 137 (4): 1087-1106. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2005.10.029.

  6. Schabus M, Dang Vu TT, Heib DPJ, et al. O destino dos estímulos recebidos durante o sono NREM é determinado pelos fusos e pela fase da oscilação lenta. Front Neurol. 2012; 3: 40. doi: 10.3389 / fneur.2012.00040.


Distúrbios do sono - Parte II

Antonio Zadra, Mathieu Pilon, em Handbook of Clinical Neurology, 2011

Características clínicas

Terrores noturnos, também conhecidos como terrores noturnos, às vezes são chamados de “ pavor nocturnus”Em crianças. Conforme descrito por Broughton (2000), o termo terror noturno é preferível ao terror noturno, porque os episódios podem ocorrer durante o sono diurno ou cochilos. Historicamente, os terrores noturnos têm sido confundidos com pesadelos, uma parassonia do sono REM distinta (consulte o Capítulo 53 para obter detalhes sobre as parassonias do sono REM). Gastaut e Broughton (1965) observaram polissonograficamente pela primeira vez que os terrores noturnos não estavam associados ao sono REM, mas ocorreram repentinamente durante o SWS.

Terrores noturnos são caracterizados por um grito agudo e agudo ou pedido de ajuda, intensa ativação autonômica (por exemplo, taquicardia, taquipnéia, rubor da pele, sudorese, midríase), inconsolabilidade e ansiedade avassaladora ou pânico agudo. As expressões faciais geralmente refletem um medo intenso. Essas reações podem ser seguidas por atividade motora agitada, como bater na parede ou correr como se reagisse a um perigo iminente (Kales et al., 1980c). Na verdade, os terrores noturnos podem ser acompanhados ou seguidos por um episódio de sonambulismo (Fisher et al., 1973a Nino-Murcia e Dement, 1987 Broughton, 2000). O sonambulismo associado a terrores noturnos pode ser mais vigoroso e frenético do que um episódio típico de sonambulismo. No final de um terror noturno, a pessoa pode acordar ou simplesmente voltar a dormir sem estar completamente desperta.

Embora a maioria dos terrores noturnos seja benigna, o comportamento pode ser violento e resultar em lesões consideráveis ​​(Hartmann, 1983 Rauch e Stern, 1986 Schenck et al., 1989), ocasionalmente com implicações medicoforênicas relacionadas a esses atos (Mahowald et al., 1990, 2005 Mahowald e Schenck, 2000b Cartwright, 2004). Às vezes, os familiares de pacientes afetados podem sofrer traumas psicológicos relacionados aos comportamentos violentos manifestados durante o terror noturno, mesmo que não estejam fisicamente feridos, como sugerido em um estudo de caso recente (Baran et al., 2003).

A incidência de terrores noturnos no laboratório do sono é menor do que no ambiente normal do paciente (Fisher et al., 1973a Nino-Murcia e Dement, 1987 Broughton, 2000). No entanto, terrores noturnos podem ser induzidos precipitadamente em indivíduos predispostos por estimulação auditiva durante SWS (Fisher et al., 1973a Schenck et al., 1989). Essa observação levou alguns pesquisadores a sugerir que os episódios não são a culminação da contínua mentação do sono. Embora isso possa ser verdade em muitos casos, a precipitação de imagens oníricas, variando de uma breve imagem ou pensamento assustador a uma mentação onírica mais elaborada, foi observada, particularmente em adultos (Fisher et al., 1974 Schenck et al., 1989 Kahn et al., 1991). Embora parte desse conteúdo mental possa estar relacionado a eventos "pós-excitação" (por exemplo, medo de morrer associado à ativação autônoma), existem numerosos exemplos de imagens que ocorrem durante eventos "pré-excitação" (Fisher et al., 1974).


Padrões de sono ao longo da noite (0:46)

O Dr. Thomas Scammell descreve os ciclos de sono REM e NREM que ocorrem durante a noite.

Após o estágio N3 do sono, uma série de movimentos corporais geralmente sinaliza uma "subida" para estágios NREM mais leves. Normalmente, um período de 5 a 10 minutos de N2 precede o episódio inicial de sono REM. O sono REM compreende cerca de 20 a 25 por cento do sono total em adultos saudáveis ​​típicos.

O sono NREM e o sono REM continuam a se alternar durante a noite de forma cíclica. A maior parte do sono NREM de ondas lentas ocorre na primeira parte dos episódios noturnos de sono REM, o primeiro dos quais pode durar apenas um a cinco minutos, geralmente tornando-se mais longos durante a noite. Durante uma noite típica, o sono N3 ocupa menos tempo no segundo ciclo do que no primeiro e pode desaparecer completamente nos ciclos posteriores. A duração média do primeiro ciclo de sono NREM-REM está entre 70 e 100 minutos, a duração média do segundo e dos ciclos posteriores é de cerca de 90 a 120 minutos. A razão para esse padrão específico de ciclo do sono NREM e REM ao longo da noite é desconhecida. Alguns cientistas especulam que sequências específicas do sono NREM e REM otimizam a recuperação física e mental, bem como alguns aspectos da consolidação da memória que ocorrem durante o sono, mas isso não foi confirmado.


Causas e sintomas de insônia

Acredita-se que a insônia se origine devido a um estado de hiperexcitação que pode afetar o início e a manutenção do sono. A hiperestimulação pode ser mental, física ou uma combinação de ambas. Fatores ambientais, fisiológicos e psicológicos podem todos desempenhar um papel na insônia. Isso inclui o seguinte:

  • Ingestão ou consumo de substâncias que afetam negativamente o sono. Isso inclui álcool, nicotina e outras drogas, bem como cafeína. Certos medicamentos também podem prejudicar o sono, como pílulas dietéticas e remédios para resfriado. As pessoas também podem ter problemas no início do sono ou na manutenção do sono à medida que seus corpos se aclimatam a novos medicamentos ou enfrentam a abstinência dos medicamentos após o término do uso.
  • Problemas de saúde. Dor física e desconforto podem dificultar a queda e / ou permanecer dormindo, levando a deficiências durante o dia. Condições que exigem idas frequentes ao banheiro à noite, como gravidez ou aumento da próstata, também podem causar sintomas de insônia. O mesmo acontece com a apneia do sono, um distúrbio caracterizado por episódios respiratórios irregulares conhecidos como apneias que ocorrem durante a noite. Dor crônica, síndrome das pernas inquietas, doenças cardíacas e pulmonares também estão associadas à insônia.
  • Transtornos comportamentais e de saúde mental. A insônia é um sintoma comum de depressão. O estresse e a ansiedade também podem contribuir para a insônia, que por sua vez pode exacerbar os sentimentos de ansiedade e estresse. Os distúrbios de saúde mental, como o transtorno bipolar, também podem causar insônia. A preocupação excessiva com a insônia pode causar insônia.

A insônia também tem sido associada a hábitos de sono e estilo de vida pouco saudáveis. Muitas pessoas adotam esses hábitos quando são mais jovens, o que os torna difíceis de abandonar quando adultos. Esses hábitos podem incluir ir para a cama em horários diferentes a cada noite ou cochilar muito durante o dia. A exposição a dispositivos com tela & # 8220 & # 8221 como computadores, televisores e telefones celulares também pode causar problemas de sono, assim como trabalhar à noite ou em turnos noturnos. Outros fatores podem causar dificuldade em adormecer ou permanecer dormindo, como exercícios inadequados durante o dia ou ruído e / ou luz excessivos no quarto de dormir.

Os sintomas mais comuns entre pacientes com insônia crônica incluem dificuldade em cair e / ou permanecer dormindo, acordar mais cedo do que o planejado e não se sentir cansado ou pronto para dormir nos horários programados. O comprometimento diurno é um componente necessário da insônia e também pode se manifestar de diferentes maneiras. Deficiências comuns incluem fadiga e mal-estar, dificuldades de memória e concentração, distúrbios de humor e irritabilidade e problemas de comportamento, como hiperatividade e agressão.


Capítulo 42 - Classificação dos distúrbios do sono

Este capítulo fornece uma visão geral da Segunda Edição da Classificação Internacional de Distúrbios do Sono (ICSD-2). Esta revisão do ICSD foi encomendada e supervisionada pelo Conselho da Academia Americana de Medicina do Sono. ICSD-2 abandonou a esperança de uma estrutura comum para classificar todos os distúrbios do sono. Algumas dessas oito categorias baseiam-se em queixas comuns, como insônia ou hipersonia. Outros são agrupados em torno do sistema de órgãos do qual surgem os problemas, como os distúrbios respiratórios relacionados ao sono e os distúrbios de movimento relacionados ao sono. Outros ainda são agrupados em torno de uma etiologia comum presumida, como os problemas com o relógio biológico que se acredita estarem subjacentes a distúrbios do ritmo circadiano. ICSD-2 distingue as seguintes oito categorias de distúrbios do sono: (1) insônias, (2) distúrbios respiratórios relacionados ao sono, (3) hipersonias de origem central não devidas a um distúrbio do sono de ritmo circadiano, distúrbio respiratório relacionado ao sono ou outro causa do sono perturbado, (4) distúrbios do sono do ritmo circadiano, (5) Parassonias, (6) distúrbios do movimento relacionados ao sono, (7) sintomas isolados, variantes aparentemente normais e problemas não resolvidos e (8) outros distúrbios do sono. Muitos distúrbios do sono são multifatoriais. De acordo com as normas desenvolvidas pela Organização Mundial da Saúde (OMS) para a Classificação Internacional de Doenças (CID), esses diferentes fatores são classificados separadamente.


Ciclo do sono, problemas de saúde e doenças

Existem vários problemas de saúde ligada a ciclos de sono interrompidos.

O ciclo de sono / vigília é guiado por um “relógio interno” do & # 8217s, que está no cérebro do & # 8217s. WebMD explica assim: “Este relógio é uma pequena parte do cérebro chamada núcleo supraquiasmático do hipotálamo. Ele fica logo acima dos nervos deixando a parte de trás de nossos olhos. Ilumine e faça exercícios para "zerar" o relógio e pode movê-lo para frente ou para trás. As anormalidades relacionadas a este relógio são chamadas de distúrbios do ritmo circadiano. ” Aqui estão alguns problemas de saúde do ciclo do sono as pessoas deveriam saber.

Transtorno do sono-vigília não 24 horas (não 24), também conhecido como distúrbio do sono de corrida livre (FRD)

A maioria das pessoas tem um ritmo circadiano (um relógio biológico natural) que ajuda a dizer quando acordar e quando é hora de descansar. Para a maioria das pessoas, este relógio biológico funciona em um ciclo de 24 horas e é guiado por indicadores ambientais, como luz do dia e pôr do sol.

Um distúrbio do sono menos conhecido, conhecido como Transtorno do Sono Não 24 ou de Corrida Livre, é um distúrbio do sono de ritmo circadiano em que um relógio biológico individual não consegue sincronizar com um dia de 24 horas, & # 8221 de acordo com o Organização Nacional para Doenças Raras. & # 8220 Em vez de dormir aproximadamente na mesma hora todos os dias, alguém com N24 normalmente descobrirá que seu tempo de sono atrasa gradualmente de minutos a horas todos os dias. & # 8221

Não 24 é mais comum em pessoas que são totalmente cegas porque a cegueira total significa que seus cérebros não podem processar os sinais de luz ambientais que os ajudam a dizer quando dormir e acordar. WebMD diz que não existe um tratamento único para o distúrbio, mas que “hormônios, medicamentos e terapia de luz podem ajudar a chegar mais perto de um padrão normal de sono”.

Síndrome da Fase do Sono Retardado (DSPS) ou Transtorno da Fase do Sono Retardado (DSPD)

Alguém com Síndrome da Fase do Sono Retardado tem um ritmo circadiano que não se alinha com os relógios biológicos típicos da maioria das pessoas. A Cleveland Clinic define o distúrbio como quando "o sono de uma pessoa é atrasado por duas ou mais horas além da hora de dormir socialmente aceitável ou convencional, ”Tornando difícil para eles acordarem na hora certa pela manhã.

Pessoas com Síndrome da Fase do Sono Retardado pode ter dificuldade para acordar na hora certa para um trabalho típico das 9h às 17h, e adolescentes com Síndrome da Fase do Sono Retardado podem ficar excessivamente sonolentos na escola durante o dia. O tratamento pode ser complicado porque as pessoas com DSPS muitas vezes podem dormir bem e regularmente se puderem seguir seus próprios ritmos de sono “naturais”, em vez do horário ditado pelo trabalho ou pela escola. Contudo, fototerapia ou melatonina podem ajudar pessoas com Síndrome da Fase do Sono Retardado que não conseguem dormir em seus próprios horários naturais.

Síndrome da fase avançada do sono

Este é o problema oposto do que as pessoas com Síndrome da Fase do Sono Retardado têm. Alguém com síndrome da fase avançada do sono adormece muito cedo e acorda muito cedo. Por exemplo, alguém com Síndrome da Fase do Sono Avançada pode adormecer às 17 horas. e acordar à 1h (enquanto alguém com Síndrome da Fase do Sono Retardado pode adormecer às 3h e acordar às 11h). Nenhum desses horários de sono se alinha com as horas normais de trabalho ou educação.

Desordem de turno de trabalho

O distúrbio do trabalho em turnos é um problema que afeta as pessoas que trabalham em horários atípicos, causando dificuldade para dormir e sonolência excessiva.

“Trabalhadores em turnos e noturnos muitas vezes estão cansados ​​e sonolentos por causa de seu horário de trabalho, & # 8221 diz o Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos Estados Unidos. & # 8220Ficar excessivamente cansado dificulta a concentração, o que aumenta a possibilidade de erros ou acidentes. Isso pode representar um risco tanto para o trabalhador quanto para o público. O estresse do trabalho por turnos também pode agravar as condições de saúde, como doenças cardíacas ou distúrbios digestivos. & # 8221

De acordo com a Cleveland Clinic, uma estimativa 10 a 40 por cento dos trabalhadores por turnos vão lutar com este problema, que pode aumentar a probabilidade de acidentes de trabalho e causar irritabilidade, problemas de concentração, funcionamento social prejudicado e muito mais.

Transtorno Irregular Sleep-Wake (ISWD)

A maioria das pessoas vai para a cama à noite, dorme por um período de várias horas e acorda pela manhã. Mas os indivíduos com Transtorno Sono-Vigilância Irregular irão dormir durante vários períodos diferentes ao longo de 24 horas, normalmente de 1 a 4 horas de cada vez. No geral, eles dormem uma quantidade adequada - isso só acontece durante períodos múltiplos e fragmentados.

De acordo com a Rede Circadiana de Distúrbios do Sono, a ISWD “é caracterizada por pelo menos três episódios de sono por período de 24 horas, irregularmente de um dia para o outro”. A pesquisa sugere que ISWD é mais comum em adultos que sofrem de doença de Alzheimer, demência ou lesão cerebral traumática. Como acontece com muitos distúrbios do ritmo circadiano, não existe um tratamento único, mas as terapias e as mudanças no estilo de vida podem ajudar.


O Ambiente do Sono

A luz e a temperatura afetam a qualidade e o descanso do seu sono.

O ambiente do quarto pode ter uma influência significativa na qualidade e quantidade do sono. Diversas variáveis ​​se combinam para compor o ambiente de sono, incluindo luz, ruído e temperatura. Ao estar em sintonia com os fatores do ambiente de sono que o deixam à vontade e eliminando aqueles que podem causar estresse ou distração, você pode se preparar para o melhor sono possível.

Já observamos que muita luz à noite pode mudar nosso relógio interno e torna difícil conseguir um sono reparador. Para minimizar esse efeito, podem ser usadas luzes noturnas em corredores e banheiros. Quanto ao ruído, embora os sons de fundo possam relaxar algumas pessoas, o nível de volume deve ser baixo. Caso contrário, o aumento da frequência de despertares pode impedir as transições para estágios mais profundos do sono. A pesquisa mostra que a faixa de temperatura ideal para dormir varia muito entre os indivíduos, tanto que não existe uma melhor temperatura ambiente prescrita para produzir padrões ideais de sono. As pessoas simplesmente dormem melhor na temperatura que lhe parece mais confortável. Dito isso, as temperaturas extremas em ambientes de dormir tendem a atrapalhar o sono. O sono REM é geralmente mais sensível a interrupções relacionadas à temperatura. Por exemplo, em temperaturas muito baixas, podemos ser totalmente privados do sono REM. Por fim, é importante ressaltar que as preferências do cônjuge ou companheiro de cama podem ter um efeito significativo no sono, principalmente quando os horários de sono e vigília do parceiro variam, ou se ele ronca ou sofre de distúrbios respiratórios do sono.

Para obter dicas sobre como melhorar o sono, apesar de todos esses fatores, consulte a seção Superando os fatores que interferem no sono.

Você encontrará mais informações sobre os padrões típicos de sono em Padrões Naturais do Sono.

Este conteúdo foi revisado pela última vez em 18 de dezembro de 2007

Um recurso da Divisão de Medicina do Sono da
Harvard Medical School


Mistérios do sono

Por que dormimos? E o que o sono tem a ver com memória, trauma e nossas emoções?

De moscas de fruta a baleias, praticamente todos os animais dormem. Mas por que? Por que precisamos passar quase um terço de nossas vidas nesse estado indefeso? Os cientistas estão perscrutando o cérebro adormecido mais profundamente do que nunca, descobrindo como o sono pode ser poderoso, desempenhando um papel em tudo, desde a retenção da memória e regulação emocional até a remoção de resíduos de nossos cérebros. Então, por que estamos obtendo tão pouco disso? (Estreado em 26 de fevereiro de 2020)

Mais maneiras de assistir

PBS Airdate: 26 de fevereiro de 2020

NARRADOR: Sono: todos nós fazemos isso, mas por quê?

MATTHEW WALKER (Neurocientista, Universidade da Califórnia, Berkeley): O sono continua sendo um desses enigmas notáveis. Conhecemos as funções de comer, beber e reproduzir há milhares de anos. No entanto, o sono permanece um mistério.

EUS VAN SOMEREN (Neurocientista, Instituto Holandês de Neurociência): Por que algumas pessoas ruminam a noite toda e outras pessoas veem o travesseiro e se foram?

NARRADOR: Pesquisas de ponta estão agora nos dando uma nova visão dentro do cérebro adormecido.

PHYLLIS C. ZEE (Neurologista, Northwestern University): Como podemos aumentar e melhorar a qualidade e a quantidade do sono? É realmente, agora, a ponta do iceberg.

NARRADOR: Se você já pensou em dormir como uma perda de tempo, pense novamente.

RAVI ALLADA (Neurobiologista, Northwestern University): Quanto mais aprendemos sobre o sono, mais percebemos que não podemos descartá-lo.

DAVID DINGES (Penn Medicine): Ter uma boa noite de sono é possivelmente a coisa mais importante que você pode fazer todos os dias.

NARRADOR: Mysteries of Sleep, a seguir, no NOVA.

RAVI ALLADA: Acho que dormir é um dos mistérios mais duradouros de toda a ciência. Passamos um terço de nossas vidas dormindo, nesse tipo de estado inconsciente, sem resposta e imóvel. Não podemos fazer nenhuma das coisas que consideramos importantes para nossas vidas, como comer, cuidar de nossos filhos, companheiro.

NARRADOR: Por que passamos um terço de nossas vidas em um estado tão improdutivo e indefeso?

ETI BEN SIMON (Universidade da Califórnia, Berkeley): O que é aquela coisa que o sono faz ao nosso cérebro e ao nosso corpo todas as noites é uma questão em aberto.

NARRADOR: Uma questão que confunde os cientistas há séculos.

YUVAL NIR (Sleep Investigator, Tel Aviv University): É como um grande buraco negro. Nós realmente não entendemos por que dormimos e o que acontece em nosso cérebro quando estamos dormindo.

NARRADOR: Mas na última década, os pesquisadores do sono começaram a desvendar os mistérios do sono, e o que eles estão descobrindo é estonteante.

EUS VAN SOMEREN: Muitas pessoas pensam que, quando dormimos, ficamos inconscientes, então o cérebro fica meio desligado, mas quanto mais o exploramos, mais fica claro que o cérebro não está desligado.

GINA POE (Universidade da Califórnia, Los Angeles): Na verdade, descobrimos que o cérebro é tão ativo quando estamos dormindo como quando estamos acordados. É apenas ativo de maneiras diferentes.

MICHEL CRAMER BORNEMANN (investigador principal, Sleep Forensics Associates): Você não está ciente ou não está ciente de que não está consciente ou inconsciente. É todo um espectro.

NARRADOR: Então, o que exatamente é o sono? E por que precisamos disso? Uma coisa é certa: quando se trata de dormir, temos muita companhia.

MATT WALKER: O que estamos aprendendo rapidamente é que o sono não é um luxo, o sono é uma necessidade biológica.

GINA POE: Acho fascinante, porque todo animal dorme, todo animal que estudamos, desde vermes até águas-vivas e lesmas do mar. Até o polvo, cujo genoma é tão diferente do nosso, dorme quase tanto tempo quanto nós.

ETI BEN SIMON: O sono é um dos elementos mais essenciais da vida. Na verdade, o sono e a vida evoluíram de mãos dadas.

NARRADOR: A evolução surgiu com uma variedade de maneiras de fechar os olhos.

JEROME SIEGEL (Neurocientista, Universidade da Califórnia, Los Angeles): Alguns animais são vulneráveis ​​quando dormem, e outros não. E os animais que são vulneráveis ​​quando dormem não dormem muito. Se os animais vivem ao ar livre, eles obviamente precisam estar alertas e não podem dormir tão profundamente. Você sabe, se uma girafa dormisse da mesma forma que um leão dormia, não haveria girafas.

Agora, por outro lado, existem animais como o grande morcego marrom, que é o campeão dorminhoco, que dorme 20 horas por dia. Ele dorme nas paredes da caverna, então é praticamente invulnerável lá.

NARRADOR: Mas talvez uma das soluções de sono mais inovadoras da natureza seja encontrada no fundo do mar.

RAVI ALLADA: Um dos animais realmente legais que as pessoas estudam é o golfinho, que na verdade tem um sono uni-hemisférico.

JERRY SIEGEL: Metade do cérebro tem um estado de sono e a outra metade tem um estado de vigília. Então, o animal tem que ter um hemisfério acordado. Na verdade, se você anestesiar os golfinhos, eles param de respirar. E nas focas, como as que nadam atrás de nós, quando o hemisfério direito está dormindo, a nadadeira esquerda, que é controlada pelo hemisfério direito, está inativa e a postura do corpo é assimétrica. Então, olhando para uma foca, você pode dizer qual hemisfério está adormecido.

NARRADOR: Lobos-marinhos e golfinhos não estão sozinhos. O sono humano é igualmente complexo, estranho e misterioso.

KETEMA PAUL (Neurobiólogo, Universidade da Califórnia, Los Angeles): Eu diria que meu animal favorito, em termos de como os animais dormem, são os humanos. O sono humano é muito amplo. Cada indivíduo tem suas próprias experiências pessoais com o sono.

NARRADOR: Então, o que exatamente está acontecendo dentro de nossos cérebros quando dormimos?

REBECCA SPENCER (Neurocientista, Universidade de Massachusetts, Amherst): Nós realmente entramos em um mundo diferente quando dormimos. Na verdade, acho que a noite toda é um evento realmente mágico.

NARRADOR: Com a ajuda de voluntários como Jaime Lopez, de cinco anos, a pesquisadora do sono Rebecca Spencer reúne pistas de como esse evento mágico se desenrola.

INVESTIGADOR: Coloque isso, assim.

REBECCA SPENCER: Para estudar o sono, equipamos Jaime com a touca de dormir ...

INVESTIGADOR: Agite, agite, agite, agite, agite, agite, agite.

REBECCA SPENCER: . com uma série de eletrodos para registrar a atividade cerebral.

INVESTIGADOR: Ai está.

YUVAL NIR: A maneira como nosso cérebro apóia tudo o que faz, desde controlar nosso corpo até regular as emoções, tendo memórias, é por meio da atividade elétrica dos neurônios.

São células cerebrais conectadas umas às outras por meio dessas pequenas passagens chamadas sinapses. Um neurônio emite um neuroquímico chamado neurotransmissor para esta passagem, e é captado pelo próximo neurônio, de forma semelhante a passar o bastão nas Olimpíadas.

NARRADOR: Este sinal, passado de neurônio para neurônio, pode ser captado pelos eletrodos no boné de Jaime, com uma das ferramentas mais poderosas na caixa de ferramentas de um pesquisador do sono, o E.E.G., o eletroencefalograma.

REBECCA SPENCER: O que esta tela mostra são as gravações de cada um desses eletrodos da tampa que colocamos no Jaime. Agora, na esteira, por exemplo, você pode ver as ondas cerebrais aqui.

NARRADOR: As linhas verticais no gráfico representam cinco segundos de sono de Jaime.

REBECCA SPENCER: O que é importante é que, conforme você fica sonolento, essas ondas diminuem e se tornam o que chamamos de ondas alfa.

YUVAL NIR: E à medida que o sono fica mais profundo, as ondas ficam cada vez mais lentas. E nas partes mais profundas do sono, a atividade é dominada por ondas lentas, essas ondas massivas, que ocorrem no cérebro, que são como um tsunami.

MATT WALKER: É quase como um estádio de futebol, onde todos os indivíduos no estádio antes do jogo estão todos, mais ou menos, falando uns com os outros em momentos diferentes, em momentos diferentes. Isso é o que parece acontecer quando você está acordado. Mas quando você entra nos estágios mais profundos do sono, de repente, a multidão começa a sincronizar sua atividade. Todos eles começam a cantar a tempo.

NARRADOR: Milhares de neurônios, disparando em uníssono.

REBECCA SPENCER: Esse é o seu sono profundo. É quando é difícil acordar você.

GINA POE: Quando você acorda alguém que está dormindo em ondas lentas e perguntamos o que ele está pensando, ele responde: "Não sei. Eu não estava pensando em nada. Eu estava dormindo. Me deixe em paz. Vá embora." E eles vão te empurrar.

NARRADOR: Mas Jaime, junto com o resto de nós, não fica em um sono profundo de ondas lentas a noite toda. A certa altura, suas ondas cerebrais mudam.

MATT WALKER: Depois de cerca de 50 ou 60 minutos, seu cérebro começará a crescer novamente. E então ele aparecerá e terá um curto período de sono REM.

Acontece que esses dois tipos de sono, não REM e REM, irão se travar em uma batalha pela dominação do cérebro durante a noite. E essa, uma espécie de guerra cerebral será vencida e perdida a cada 90 minutos.

NARRADOR: Passamos a maior parte da noite em sono não REM. O resto do tempo passamos no misterioso estágio do sono REM.

ETI BEN SIMON: É difícil investigar o sono REM sem investigar os sonhos, porque mais de 80 por cento dos períodos REM incluiriam um sonho.

REBECCA SPENCER: Os sonhos tendem a ser emocionais. Uma ideia é que sonhamos em simular eventos potencialmente negativos, para que estejamos preparados para eles. Quando minha filha era muito pequena, sonhei que ela caiu na piscina quando estava quase se afogando. Depois disso, coloquei minhas filhas em aulas de natação, e a segurança na água foi importante para mim.

EUS VAN SOMEREN: Não é que não sonhemos nos outros estágios do sono, sonhamos, mas os mais vívidos estão no sono REM.

NARRADOR: O sono REM tem esse nome devido aos movimentos rápidos dos olhos que fazemos quando sonhamos.

YUVAL NIR: Acreditamos que cada vez que os olhos se movem em um sonho, é um momento especial onde nós, de certa forma, mudamos para a próxima cena do sonho, se você quiser.

NARRADOR: Conforme mudamos de um sonho para o outro, nossas ondas cerebrais estão fazendo algo totalmente estranho.

REBECCA SPENCER: Com o sono REM, as ondas cerebrais parecem ondas de quando você está acordado.

PHILIP GEHRMAN (PENN Medicine): Temos este paradoxo de que é um estado de sono, mas ainda assim nosso cérebro está em um estado de ativação.

NARRADOR: Mas talvez a característica mais estranha desta fase do sono é o que está acontecendo em seu corpo.

YUVAL NIR: Durante o sono REM, nosso cérebro realmente envia as instruções aos diferentes músculos para mover nosso corpo, como se estivéssemos acordados. Porém, mais abaixo no tronco cerebral, essas instruções são interrompidas. Eles não são transmitidos ao corpo, e o corpo permanece paralisado. Caso contrário, se tivéssemos um sonho em que voamos acima da cidade, literalmente pularíamos pela janela.

NARRADOR: Dos sonhos do sono REM, voltamos ao sono não REM, incluindo o estágio mais profundo do sono, as ondas lentas.

MATT WALKER: Na primeira metade da noite, a maioria desses ciclos é composta por sono profundo não REM. No entanto, conforme você avança para a segunda metade da noite, agora, essa proporção de equilíbrio muda e, em vez disso, a maioria desses ciclos é composta por muito mais sono de movimento rápido dos olhos, sono de sonho e muito menos sono profundo. -O sono REM.

DAVID DINGES: O que é louco nisso é que o padrão é absolutamente confiável em praticamente todos, todas as noites. Trata-se de um programa fundamental, impulsionado pela genética, que é essencial para o ser humano. Você tem que passar por isso.

NARRADOR: Mas se cada um de nós precisa de uma noite cheia de ondas lentas e sono REM, por que é tão difícil para tantos de nós fechar os olhos?

A busca por respostas se tornou uma indústria multibilionária, vendendo-nos de tudo, desde pílulas para dormir a travesseiros ergonômicos. E se eles não funcionarem, existem mais de 3.000 clínicas do sono em todo o país, um número que não para de crescer.

DREW ACKERMAN (Podcaster, Durma Comigo): (No podcast) Você fica acordado a noite toda, revirando-se, girando, com a mente acelerada, dificuldade para dormir, dificuldade para continuar dormindo?

NARRADOR: Drew Ackerman criou um podcast para ajudar os privados de sono a obterem seus Zs.

DREW ACKERMAN: A ideia para o show realmente surgiu da minha insônia de infância. Quando eu era criança, perdi a capacidade de adormecer. Para mim, foi relacionado à ansiedade. Meus pais tentaram ajudar, mas como eles conseguiam dormir, acho que houve uma desconexão tipo, "Oh, tente relaxar. Tente apenas pensar em algo bom. ” E eu simplesmente não conseguia fazer isso.

(No podcast) O que quer que esteja mantendo você acordado, pensamentos, você sabe, coisas em que você está pensando.

NARRADOR: O objetivo de Drew é ser o mais chato possível.

DREW ACKERMAN: (On podcast) I’m going to tell you all a bedtime story. I want you to get comfortable.

The podcast is not straightforward, it’s full of nonsense.

(On podcast) I have a unique hobby. My dog and I, we listen to recordings of people knocking on doors.

It gives people permission not to listen or to only kind of listen. I want no social pressure on the listener to pay attention to me at all.

NARRATOR: And there’s no shortage of people eager to tune out.

DREW ACKERMAN: Each month the show gets downloaded a little bit over 3,000,000 times.

(on Podcast) What I’m going to do is I’m going to send my voice across the deep dark night.

People that listen to the podcast share that feeling, I don’t know if “desperation” might be a strong word, but that feeling where you’re just lying there in bed and you feel alone.

(on Podcast) How many people listen to the podcast because they have trouble falling asleep? Like, if you want, raise your hand.

NARRATOR: Having trouble falling asleep or staying asleep are symptoms of the most common sleep disorder on the planet. Ten percent of all people suffer from chronic insomnia.

EUS VAN SOMEREN: Insomnia is a 24-hour disorder. It’s not only sleep complaints. These persons also feel tense all day. It’s not that common that you’re a very happy completely un-anxious insomniac.

LAB ASSISTANT: Are you ready?

REINY METZ (Lab Participant): Right.

NARRATOR: Is there a way to decode what goes awry in an insomniac’s brain?

On the outskirts of Amsterdam, at the Netherlands Institute for Neuroscience, Eus Van Someren is trying to find out, with the help of lifelong insomniacs like Reiny Metz.

REINY METZ: I drop off to sleep very easily, but after two hours I wake up, and then it’s difficult to go back to sleep. If it’s one night, well, you can manage that two nights is okay. Well, when it’s five nights in a row, it’s a bit much. And then you get very, very tired. Not only physically, but also mentally. It makes me anxious or angry or, you know, frightened.

NARRATOR: Reiny sleeps in Eus’s lab, wearing a high-tech E.E.G. net that contains hundreds of more electrodes than you’ll find in the standard cap.

EUS VAN SOMEREN: We measure sleep overnight with a special E.E.G. net, with 256 E.E.G. channels, and they cover all of the head.

NARRATOR: The more electrodes he uses, the more activity he can record, more clues to what’s going on in Reiny’s brain.

EUS VAN SOMEREN: Okay, Reiny, we recorded your E.E.G. during your sleep.

NARRATOR: The next morning, he shows her the results.

EUS VAN SOMEREN: So, you go into REM sleep here. And REM sleep is the part of sleep where the most vivid dreams are. Now, what I wanted to show you is that you see that it’s not many seconds into REM sleep, and then already something is happening here. Well, you recognize it. I don’t have to explain that this looks different than this.

REINY METZ: Oh, yes, certainly.

EUS VAN SOMEREN: It’s just maybe two seconds or so that it’s, really, it’s off, it’s different. And this is what we call an “arousal,” where you exchange sleep for something that’s really wake-like.

And this is something that is so typical for people like you that sleep bad.

REINY METZ: You do see this in many patients?

EUS VAN SOMEREN: Sim.

EUS VAN SOMEREN: Usually, if you have a good sleep, if you “slept on it,” as we say, things feel a bit better. But if there is this profile that there is some restlessness occurring during REM sleep, then, for some reason, we tried to find out, and this whole process of feeling better the next day doesn’t work as well.

What we observed, which was fascinating, if we add up all the pieces of sleep as suggested by the E.E.G., many people with insomnia have about six-and-a-half maybe seven hours of sleep, but this is not how these people experience it. Maybe they just experience large parts of the night really as ongoing rumination, worrying, thinking. So, it may not feel like a good night of sleep, but it’s not the same as being completely sleep deprived.

NARRATOR: So is there a connection between these disruptions in REM sleep and the anxiety so many insomniacs feel when they’re awake?

To try to find out, Eus comes up with an “out of the box” idea, based on personal experience. Back in the 1990s, Eus played guitar in a popular Dutch rock band.

EUS VAN SOMEREN: I remembered a few things from being in the recording studio. I heard my own guitar playing, and even if it was a tiny little bit, you know, off tune, it made me shiver.

NARRATOR: Embarrassment is a powerful emotion. He decides to put it to a test…

REINY METZ: (Singing in Dutch)

NARRATOR: …a karaoke test.

EUS VAN SOMEREN: We asked people to sing along karaoke, but they couldn’t hear themselves sing. If you don’t hear yourself well, it’s also difficult to correct if you go out of tune.

You hear that over the headphone, you have the headphone.

NARRATOR: He does the same thing with good sleepers.

Next, Eus puts them in an f.M.R.I.

EUS VAN SOMEREN: So, in the M.R.I. scanner, we had them listen to their own embarrassing singing.

REINY METZ: (Singing in Dutch

NARRATOR: As Reiny listens to her singing, the f.M.R.I detects activity in a part of the brain called the amygdala. We have two, one in each hemisphere.

EUS VAN SOMEREN: I sometimes call the amygdala the “siren” of the brain or the “alarm bell” of the brain. So, if there is something that we should pay attention to, because it’s dangerous or important, then the amygdala activates.

REINY METZ: (Singing in Dutch)

EUS VAN SOMEREN: So, they heard themselves singing really, really out of tune, and their amygdala was very upset about that, so, you know, the alarms went off.

NARRATOR: The alarms go off for both insomniacs and good sleepers. This is no surprise for Eus, but his test isn’t over yet.

EUS VAN SOMEREN: We ask them to stay all night in a sleep lab, and we did the same the next morning.

REINY METZ: (Singing in Dutch)

EUS VAN SOMEREN: We again put them in the M.R.I. scanner. For good sleepers it was not that bad anymore.

NARRATOR: A good sleeper’s amygdala calms down, but that doesn’t happen in the insomniac.

EUS VAN SOMEREN: For them, the story was very different, because the more REM sleep they had, the worse it got. So, instead of the amygdala becoming adapted overnight, for many people with insomnia, the next morning, the amygdala could even ring much louder. You’re just loaded with distress that you take to the next day and the next day and the next day.

If we could change that restless REM sleep, maybe this would help people get rid of distress.

NARRATOR: But insomniacs aren’t the only ones to suffer from restless REM sleep researchers are also exploring its impact on post-traumatic stress disorder.

PHILIP GEHRMAN: P.T.S.D. is essentially a memory-based disorder. An individual has one or more very stressful traumatic experiences, and they become fearful of anything that reminds them of that trauma.

NARRATOR: Like the smell of a wildfire or the deafening sounds of combat, traumas so powerful they can even haunt us when we sleep.

GINA POE: People with post-traumatic stress disorder, they’re afraid to go to sleep, or they don’t sleep very well, because of the nightmares.

PHILIP GEHRMAN: Once these nightmares get established, they often can persist for decades.

NARRATOR: In her lab at U.C.L.A., Gina Poe is searching for ways to prevent these recurring nightmares from taking shape.

GINA POE: One of the things that we have to do to study the effects of trauma on sleep is we have to expose animals to a traumatic stressor. It’s the least favorite part of my job, but there’s no other way to study it.

NARRATOR: The rats are placed in a chamber where they hear a tone, followed by a shock.

GINA POE: It certainly is not a strong enough shock to cause them harm or blister their feet or anything, and it only lasts one second, but it’s enough to make them squeak and jump to say, “What? What was that?

NARRATOR: Over the next hour and a half, the rats hear the tone and receive the shock.

GINA POE: So, they associate that tone with the fear of being shocked.

NARRATOR: Then they’re taken back to their nests to get some Zs. But their sleep is anything but restful.

GINA POE: We’ve found that the REM dream state of sleep after a rat has experienced a trauma can be hyperactive. It’s kind of like REM sleep on steroids, in the way that it is in people with post-traumatic stress disorder.

NARRATOR: So, Gina comes up with a novel idea. After the shock, half the rats go right to sleep, the other half are kept awake for about six hours. In that time they eat, they play, and get a chance to calm down, before they, too, get some shuteye.

GINA POE: And the next day we bring them back into a slightly different environment. So, it smells different. It has different colors, different lighting.

NARRATOR: In fact, the only thing that remains the same, is the tone that came before the shock. When the rat that went straight to sleep hears the tone, it freezes.

GINA POE: As soon as they hear the sound, animals with P.T.S.D. will freeze.

NARRATOR: But what happens to the rat that’s been allowed to calm down before going to sleep? Will it have the same response? When it hears the tone, it also freezes, at first, but then, it seems to realize the shock isn’t coming.

GINA POE: And it will start walking around and sniffing and exploring, as rats normally do, because they realize they’re not going to be shocked here.

NARRATOR: Delaying sleep after a trauma may lessen the impact of disturbing experiences and even prevent the nightmares of P.T.S.D. from taking shape, that is, in rats.

But will it help us humans?

Gina is taking her work outside the lab, conducting a study with firefighters, asking them to delay sleep after a traumatic event.

GINA POE: With firefighters, we can ask them to do whatever it is that they do to best relax and calm themselves after trauma. For some, it might be meditation or prayer. For others, it might be listening to music that they love or going for a run. We’re going to see if that helps us prevent post-traumatic stress disorder.

PHYLLIS ZEE: I used to be asked a lot, “Why do you sleep? What’s the function of sleep?” But I think we should be asking the question, “What are the functions of sleep?”

NARRATOR: We spend about 20 percent of the night in REM sleep. The rest of the time, your brain is in non-REM sleep, part of which is spent producing those big slow waves. But, what are they for?

One of the first scientific experiments to find clues was conducted back in 1924, at Cornell University, by psychologists John Jenkins and Karl Dallenbach. Using a group of college students as guinea pigs, they found that when their students learned something new, they had a much better chance of remembering it, if they “slept on it.”

MATT WALKER: So, they found that sleep, rather than simply being a dormant state where nothing too much happens within the brain, sleep may be important for memory.

REBECCA GOMEZ (Experimental Psychologist, University of Arizona): But then it raised all sorts of questions about why, and so we’ve been trying to answer the question of why, since then.

NARRATOR: At the University of Arizona, experimental psychologist Rebecca Gomez, along with grad student Katherine Esterline, search for the “why” with the help of a younger generation of students, toddlers.

KATHERINE ESTERLINE (University of Arizona): Are you ready?

NARRATOR: How does sleep help them learn and remember new words?

KATHERINE ESTERLINE: Wow, a zet.

REBECCA GOMEZ: We’re teaching children novel words for a completely novel objects.

KATHERINE ESTERLINE: Look at these.

REBECCA GOMEZ: We use this completely new information, so we can measure the brain’s ability to form completely novel, completely new memories.

KATHERINE ESTERLINE: Hey, a beev.

REBECCA GOMEZ: So, in essence, we’re measuring brute force memory.

TODDLER #1: What’s this?

NARRATOR: The kids are shown four objects they’ve never seen before, that have been given nonsense names, like zet.

KATHERINE ESTERLINE: Wow, a zet. Cool.

KATHERINE ESTERLINE: A mup.

KATHERINE ESTERLINE: A beev.

KATHERINE ESTERLINE: A toap.

NARRATOR: They get a chance to look at the objects…

KATHERINE ESTERLINE: Look at these.

NARRATOR: …and even touch them. Then, half of the toddlers go home for their afternoon nap, while the other half don’t nap for hours or perhaps not at all.

KATHERINE ESTERLINE: Where’s the zet?

NARRATOR: How much do they remember?

REBECCA GOMEZ: What we found is that the children who nap soon after learning…

KATHERINE ESTERLINE: Mup?

REBECCA GOMEZ: …remember the words about 80 percent of the time.

KATHERINE ESTERLINE: Where’s the zet?

REBECCA GOMEZ: In contrast, the kids who went through a long period of time before they napped.

KATHERINE ESTERLINE: Where’s the zet?

REBECCA GOMEZ: …only remembered the words about 30 percent of the time.

KATHERINE ESTERLINE: Where’s the toap?

REBECCA GOMEZ: So you see a huge difference between 80 percent of the time and 30 percent of the time and that’s the difference the nap makes.

KATHERINE ESTERLINE: Where’s the mup?

TODDLER #3: Right here.

NARRATOR: Why did a nap make all the difference? The key lays inside a tiny organ found deep within the brain, the hippocampus. We have one in each hemisphere, and they play a critical role in helping us learn and remember.

REBECCA SPENCER: So, think of it this way. I have a little filing drawer beside my desk, and throughout the day, as papers come in, I toss them in this drawer. It’s my mail that came today it’s some papers that I had from a class that’s my temporary storage. The hippocampus is like that short-term filing drawer. A mishmash of information getting squeezed in, and there’s a limited amount of room there for that. But at the end of the day, I can take that information and turn around to my whole huge filing cabinet, which in this case is the cortex. The cortex, it’s bigger, and it has a really nice sorting mechanism. You can sort things by their visual components, by their auditory components. That memory becomes easier to find. So the role of slow-wave sleep is to take that information that’s been stuffed into the hippocampus and help move it to its more efficient filing system, out in the cortex.

MATT WALKER: Things that you learned yesterday are now transferred to a safer storage location. But second, when you wake up in the morning, your hippocampus has now been cleared out, and you have a refreshed capacity for new file acquisition, all over again.

NARRATOR: And that brings us back to our toddlers and the power of the midday nap. Why does it make such a big difference? Why is it so important for toddlers to clear out that short-term filing draw?

Researchers have a theory.

REBECCA GOMEZ: Young children, their brains are still developing, and, in fact, the hippocampus is still in the process of developing all across the childhood years.

REBECCA SPENCER: So, it does seem that the hippocampus, when it’s young and immature, such as in infancy and early childhood, perhaps those memories need to be stored more frequently or moved to the cortex more frequently.

NARRATOR: But that doesn’t mean naps are just for kids.

REBECCA SPENCER: It’s interesting to think that as you get older, you actually see napping start to return in a number of individuals.

NARRATOR: And there may be a good reason why.

REBECCA SPENCER: Most older adults report two frustrating things about aging: “I can’t remember things like I used to.” And “I can’t sleep like I used to.” Napping could be one way of helping maintain memories.

MATT WALKER: There are probably multiple different reasons why the aging brain simply can’t learn and remember as effectively. And I think we’re identifying that sleep is one of those critical ingredients.

REBECCA SPENCER: So, this is the sleep of an older adult. You should start seeing these waves slowing down and getting higher in amplitude. That would be what we’re looking for, for slow-wave sleep. And so far, I’m not seeing any, still looking. They’re asleep, but they’re not getting the slow wave that, in a young adult, you might expect to see by now.

MATT WALKER: And it seems to be that the quality of the sleeping brainwaves that you have, the depth of those brainwaves and the size of those brainwaves, accurately predicts how well you’re able to hit the save button on those memories.

NARRATOR: Is there a way to improve those big slow waves to increase our ability to hit that save button? Sleep researchers are exploring a radical idea.

PHYLLIS ZEE: One of the things that we’re most interested in is how can we boost and enhance sleep quality, sleep quantity by using, you know, not pharmacology, but sound?

NARRATOR: Eighty-year-old Marion Smith is participating in a sleep study. To track the quality of her slow waves, a single electrode is placed on her forehead. Marion will hear carefully timed pulses of sound through this headband, equipped with tiny speakers.

RALPH: Have a good night. I’ll see you tomorrow.

PHYLLIS ZEE: Our patient, Ms. Smith, is now clearly sleeping. She is now getting deeper sleep.

NARRATOR: By examining the brainwaves produced by a single electrode, Phyllis has all the information she needs to assess the quality of Marion’s slow waves.

PHYLLIS ZEE: These are these big slow waves, but there are very few of them. And this is quite typical of an older person who has low amplitude slow waves, and they don’t occur, like, in a train.

NARRATOR: Next, a specially designed computer algorithm measures the waves to determine the best time to deliver a particular sound, the pulsing of pink noise.

PHYLLIS ZEE: We do very brief, like, 50 milliseconds of this very short burst of pink noise. And we do it five on, five off, as long as the person is still in deep sleep.

NARRATOR: Think of the soundwaves produced by pink noise giving Marion’s brainwaves a little push, like a kid on a swing or the movement of a ball in a balance pendulum.

MATT WALKER: And what you try to do is sing in time with these brainwaves. But, by stimulating them, you’re trying to boost the size of those brainwaves.

PHYLLIS ZEE: It’s beautiful. This is what we want them all to look like, these very large, with strong upstate, waves. Even after you stopped stimulating you can see the increase in these slow waves.

NARRATOR: Phyllis is finding that a little push goes a long way.

PHYLLIS ZEE: What we’re seeing here is not only that we can increase the amplitude, that means the height of these slow waves, which is really important, but we can also increase the train. So, we could prolong the amount of slow waves, which is wonderful, because it’s hopeful that the brain, even if you’re old, is capable of boosting the slow waves.

NARRATOR: Not only might boosting slow waves improve memory, new research is revealing that during this stage of sleep the brain may be doing some critical housekeeping.

YUVAL NIR: It was discovered that the brain is actually actively flushing out cellular waste while we sleep. Just like when we visit Paris and we see them clean the streets at 5 a.m., our brain, it cleans out all the waste during this offline period.

REBECCA SPENCER: There could be a potential link between sleep and neurodegenerative diseases, like Alzheimer’s disease. And it could all come down to this brain-cleaning process that happens specifically during slow-wave sleep.

PHYLLIS ZEE: We have to do a lot more work in this area. It’s really, right now, the tip of the iceberg.

NARRATOR: While researchers explore new ways to help us get the sleep we need, millions of Americans fight the urge, staying up way past bedtime, lured by the trappings of technology.

DAVID DINGES: Nearly everyone, sooner or later, will experience some sleep loss in their life. The invasion of television into the home 50 years ago, and now computers and telephones—basically, we need to shut that stuff off.

MATT WALKER: Somewhere between infancy and even childhood, we, in western industrialized nations, we start to abandon the notion that sleep is useful, and, if anything, take the opposite approach and believe that sleep should be shortchanged.

NARRATOR: Back in 1964, 17-year-old Randy Gardner broke the Guinness World Record for staying awake 11 days straight.

JONNY OLSON (Announcer, To Tell the Truth, File Footage, May 11, 1964): One of these young men holds an unusual world record. What is your name please?

CONTESTANT #1 (Contestant, To Tell the Truth, File Footage, May 11, 1964): My name is Randy Gardner.

RANDY GARDNER (Contestant, To Tell the Truth, File Footage, May 11, 1964): My name is Randy Gardner.

CONTESTANT #3 (Contestant, To Tell the Truth, File Footage, May 11, 1964): My name is Randy Gardner.

NARRATOR: The experiment won him first place in his high school science fair and caught the attention of a nation.

BRUCE MCALLISTER (Author): He ended up on To Tell the Truth, you know, a T.V. show. It was supposedly the most written about story in the world after J.F.K. and the Beatles.

PEGGY CASS (Panelist, To Tell the Truth, File Footage, May 11, 1964): Number 2, how did you pass the time when the other people were sleeping?

RANDY GARDNER (File Footage, May 11, 1964): Well, there were always, there was always someone with me. The two boys that helped me, one would sleep, and one would stay awake.

NARRATOR: Bruce McAllister was one of those boys.

BRUCE MCALLISTER: It wasn’t the science of it that interested the world. The world was interested in the drama.

NARRATOR: The experiment moved beyond high school science, when sleep researcher William Dement joined the team.

BRUCE MCALLISTER: And he brought a portable E.E.G., which no one had ever seen before. They sent the E.E.G.s to a supercomputer, a Cray computer, in Arizona, and that computer concluded that parts of his brain were sleeping while others were awake. His brain was catnapping in pieces. That is how the human brain survived this.

NARRATOR: While Randy looked wide awake, parts of his brain weren’t what neuroscientists now call a “microsleep.”

YUVAL NIR: A microsleep is something that may happen after we’ve been awake for a very long time, and our brain needs sleep so desperately that we may fall for a very short interval of three to 15 seconds just…and we’ve all seen this when our eyes shut down, and we nod to sleep for just a few seconds like this.

DAVID DINGES: We’re all very polite and, sort of, pretend we don’t see it, but as we’re talking to someone, they start to fall asleep, we notice that they’re losing muscle tone, so they start to slump, and the head will start to fall over and the eye, the lids are coming down, and then we’ll see the eyes roll in the head. If you’re holding a steering wheel and driving, you might notice that your arms are starting to slack a little bit on the wheel.

ETI BEN SIMON: It only takes 200 milliseconds, when you’re not paying attention, that the car is going in the in the wrong direction.

NARRATOR: When you’re sleep deprived, your brain will fall asleep, whether you notice or not. That’s because biology takes the wheel. Two different processes drive you to sleep the first is your circadian rhythm, your biological clock.

RAVI ALLADA: One of the signals that’s keeping you awake during the day is the circadian clock. Think of the circadian clock as kind of an internal alarm clock.

NARRATOR: Back in 1938, in a landmark experiment, sleep researcher Nathaniel Kleitman takes one of his students to live in an underground cave. They spend a month without sunlight, testing the power of that internal alarm clock.

Even without light, the clock keeps ticking, but add light and the cycle can shift.

PHYLLIS ZEE: Every day, you get a little light in the morning, it moves your clock in one direction a little light in the evening, it moves your clock in the other direction. So, it can delay and advance, and by doing this, it maintains your internal clock in synchrony with that of your external environment.

NARRATOR: This clock controls the release of a key chemical that has the power to make you feel sleepy: melatonin, also known as the hormone of darkness.

PHYLLIS ZEE: Melatonin goes up at night and stays up during the entire night, until probably the early morning hours, and then begins its decline. By the time that we normally would be waking up, melatonin levels are very, very low.

NARRATOR: But sleepiness isn’t just controlled by melatonin. Another chemical, called adenosine, also may play a role. Some researchers believe it starts to build from the moment you wake up and, like an hourglass, fills with the passage of time, gradually increasing our need for sleep, called “sleep pressure.”

ETI BEN SIMON: We see a very strong association between the levels of adenosine and being sleepy, and between the level of sleep and reducing that adenosine. Sleep is the perfect way to clear adenosine from the brain and start fresh.

PHILIP GEHRMAN: Many of us are trying to block the effects of that adenosine every day by our consumption of caffeine. Caffeine binds to these adenosine receptors, so it, kind of, blocks the effects of sleep pressure, so that we’re not feeling it. It’s still there, but we’re just not feeling the effects of it.

NARRATOR: But drinking coffee will work for just so long.

KETEMA PAUL: If you choose not to go to sleep tonight, and you stay up all night, that sleep pressure will continue to build. And as that sleep pressure builds, it will impair your thought processes. It will impair your memory.

PHYLLIS ZEE: More than 60 percent of our population may not be getting sufficient amounts of sleep but also sufficient quality of sleep.

NARRATOR: For firefighter Matt Reinhold, who often works a 72-hour shift, a good night’s sleep is hard to come by.

MATT REINHOLD: The alarm will go off and the lights will come on. It’s a, it’s a startlement, you know, right off the bat, you’re woken up. There’s times where we’ll run five, six, seven, eight calls after midnight. I have never been in a deep sleep here at this firehouse. Fatigue starts to set in. All I want to go and do is lay down, but then the alarm’s going off again for a medical down the street.

Lack of sleep definitely makes you more snippy. You become more agitated, more irritated. The communication factor may go out the window, because you don’t want to talk, because you’re tired, because of what you’re afraid of what you might say. The irritability takes a toll.

ETI BEN SIMON: There was a study that compared a group of participants only allowed to sleep for five hours a night, and then there was another group that were allowed to sleep for the whole eight hours but were woken up every now and then and kept awake for an hour. And after four days like this, the effects on mood and anxiety were actually much stronger in the interrupted group.

NARRATOR: Sleeping in fits and starts wreaks havoc on your entire system.

DAVID DINGES: That fragmenting of sleep is extremely destructive for wake functioning and health. It is almost as though you didn’t get sleep. So, the consolidation of sleep is easily as important as the duration of the sleep.

NARRATOR: Quality is as important as quantity.

KETEMA PAUL: There’s something about the loss of sleep that breaks down your mind and your body. If you lose sleep, you will experience memory deficits, and you will experience cognitive deficits. However, there’s also an interesting caveat to that losing sleep may affect one person one way and another person another way. There are some individuals which tend to be resilient against the negative effects of sleep loss. One of the current focuses of our field is to understand the cause of that resilience and whether there is a genetic component.

NARRATOR: Could the ability to recover from sleep loss, be determined by our genes?

In 2017, the Nobel Prize in Physiology or Medicine was awarded to three scientists who discovered a group of genes that drive your biological clock.

KETEMA PAUL: There are genes such as the clock gene, the period gene, the cryptochrome gene.

NARRATOR: But the gene that intrigues neuroscientist Ketema Paul is called BMAL1.

KETEMA PAUL: For those of you that know that clocks used to have gears, BMAL1 is the primary gear of the clock.

NARRATOR: In his lab at U.C.L.A., Ketema is exploring the role BMAL1 may play in our ability to recover from sleep loss. To do it, he makes use of a classic memory test.

KETEMA PAUL: You put a mouse in an environment and present two objects.

NARRATOR: In this case two orange blocks. The mouse spends time getting familiar with them.

KETEMA PAUL: After that, we take them out, and we sleep deprive them for six hours.

NARRATOR: While the mouse is kept awake, one of the orange blocks is replaced with a new object, a blue cylinder. After six hours, the sleep-deprived mouse is put back in the chamber.

Like humans, mice are naturally curious, they’re drawn to new things. So a well-rested mouse will spend more time exploring the new object, the blue cylinder. But that doesn’t happen with this sleepy mouse.

KETEMA PAUL: If you sleep deprive a mouse, and you put it in the same environment, it will spend equal amounts of time between the familiar object and the novel object, because its memory of the familiar object was impaired by the sleep loss.

NARRATOR: It seems not to remember the orange block. But what happens if Ketema repeats the memory test with a mouse that has been genetically modified to express higher levels of BMAL1? Will this dialed up mouse have a better memory? Or will the results be the same?

KETEMA PAUL: The mouse is now exploring the area in which the novel object is in: another approach to the novel object, more exploration around the arena, a third approach to the novel object, sniffing, exploring the novel object. So, the mouse is clearly spending more time with the novel object, and it suggests that the sleep deprivation did not impair the memory of this mouse, which suggests that overexpressing BMAL1 does make that mouse resilient to sleep loss, and it preserves its memory after sleep deprivation.

NARRATOR: But this is not the only surprise, because it turns out BMAL1 works in mysterious ways.

KETEMA PAUL: So the B in BMAL1 stands for “brain.” M in BMAL1 stands for “muscle.”

NARRATOR: BMAL1 is a gene that’s found in the brain and in skeletal muscle. And the resilient mice were ones that had BMAL1 boosted in their muscles, not in their brains.

KETEMA PAUL: The result we got was really a surprise. Sleep is a mental process, and that’s, kind of, as a trained neurobiologist, how I had been looking at it before that.

NARRATOR: As Ketema continues his research, he will try to find out how genes in skeletal muscle could influence how we sleep and store memories.

KETEMA PAUL: Hopefully, this will lead to more effective therapies for people that are unable to get sufficient sleep and people that need to function in spite of not getting enough sleep.

NARRATOR: Because when it comes to not getting enough sleep, the people hardest hit are often the ones we depend on the most.

SUSAN FARREN (First Responders Resiliency, Inc.): Sleep deprivation of first responders leads to issues of increased isolation and depression and has enormous impacts, not on just your psychology, but on your physical wellbeing, as well.

NARRATOR: Former E.M.S. worker Susan Farren and retired firefighter Ron Shull are working with first responders, educating them on ways to manage their sleep, on and off the job.

RON SHULL (First Responders Resiliency, Inc.): I want to give you guys some tools and some techniques and modalities to kind of help you sleep better.

YUVAL NIR: In the last 10 or 20 years, we’ve discovered that sleep is essential for proper brain function. It’s important for our health, for our immunity, for our memory and for our wellbeing.

REBECCA SPENCER: I think that’s where the phrase “sleep on it” comes from, is that we wake up and we think differently about a problem. We think differently about that person that we were angry at. We just generally feel better about our day, if we’ve had a really good night’s sleep.

DAVID DINGES: I think sleep’s one of the sweetest things you can get. It’s like a great meal or seeing a good friend.

KETEMA PAUL: As a citizen in our society that wants people to be safe, the best thing I can say is don’t sacrifice your sleep. Protect your sleep like you protect your food, like you protect your resources, like you protect your environment. It may save your life.


Five Stages of Sleep

There are five stages of sleep and each distinct stage serves a different purpose. You cycle through all five stages several times (on average 4 to 6 times) each night, not always in the same order. Dreaming occurs in only one of the five stages. Following is a description of the sleep stages and what happens during each.

This is the lightest stage of sleep, the transition phase, where you feel yourself drifting off. If you were to forget about the alarm clock and allow yourself to wake up naturally, Stage 1 sleep would be the last stage before you fully wake up. You don't spend too much time in Stage 1 sleep, typically five to 10 minutes, just enough to allow your body to slow down and your muscles to relax.

The second stage of sleep is still considered light sleep. Your brain activity starts to slow down, as well as your heart rate and breathing. Your body temperature falls a little and you're beginning to reach a state of total relaxation in preparation for the deeper sleep to come.

Stage 3 sleep is the start of deep sleep, also known as slow wave sleep. During stage 3, your brain waves are slow "delta waves," although there may still be short bursts of faster of brain activity (also known as beta-waves). If you were to get awakened suddenly during this stage, you would be groggy and confused, and find it difficult to focus at first.

Of the five stages of sleep, this is the one when you experience your deepest sleep of the night. Your brain only shows delta-wave (slow wave) activity, and it's difficult to wake someone up when they're in Stage 4 of sleep.

It's during Stage 4 sleep that children are most likely to suffer from򠯭wetting or sleep terrors. Stages 3 and 4 can last anywhere from 5 - 15 minutes each, but the first deep sleep of the night is more likely to be an hour or so. This is the time when the body does most of it's repair work and regeneration.

This is the stage of sleep when you dream. It is also referred to as "active sleep" or REM sleep, which stands for the rapid eye movements that characterize Stage 5. During REM sleep, your blood flow, breathing, and brain activity increases. An EEG would show that your brain is about as active as it is when you're awake.

Another aspect of Stage 5 sleep is that the muscles in your arms and legs will go through periods of paralysis. Scientists speculate that this may be nature's way of protecting us from acting out our dreams.

The first period of REM sleep of the night usually begins about 90 minutes after you start drifting off, and lasts for about 10 minutes. As the night passes, the periods of REM sleep become longer, with the final episode lasting an hour or so.

Babies may spend as much as half of the time they're asleep in the REM phase. For a healthy adult, Stage 5 occurs for about 20 to 25% of the time you are sleeping, and decreases with age.

Scientists and researchers are continually learning more about the mechanics and physiological effects of sleep, and what happens during the five stages of sleep.


Suando

Cornelia Schauermann / Getty Images

Unless there is an overt fever, it is not normal for children to regularly wake up drenched in sweat. If pajamas, sheets, or blankets are soaked through in the morning, this may a sign that your child is struggling to breathe during sleep.

Sleep apnea is associated with decreased oxygen levels, spikes in blood pressure and heart rate, and increases in the stress hormone cortisol. When this occurs during sleep, excessive sweating is a common consequences.