Da quando l’uomo ha cercato di interpretare il misterioso fenomeno costituito dal sonno, le ipotesi prevalenti hanno seguito due opposti indirizzi. Per alcuni il sonno era analogo alla morte, e questo perché, apparentemente, le funzioni mentali venivano sospese. Per altri costituiva, al pari della veglia, una particolare attività mentale. Fu per questo che Esiodo, quasi otto secoli prima di Cristo, chiamò il sonno “fratello della morte”, mentre Shakespeare faceva dire ad Amleto di considerare il sonno alla stregua del sogno o come l’occasione per sperimentare forme particolari di attività mentale. All’inizio del Novecento, Freud sviluppo ulteriormente questo concetto pubblicando una serie di lavori destinati ad influenzare per decenni le ricerche sul sonno. Ma soltanto con la recente introduzione dell’elettroencefalogramma (EEG) nella clinica e nella ricerca ad opera di Berger nel 1929 (figura 1), e delle associate tecniche poligrafiche, è stato possibile approfondire i meccanismi bioelettrici che sottendono il sonno, aprendo il varco alla dimostrazione che il cervello durante questo stato di coscienza non è silente.

Figura 1. Dispositivo di registrazione EEG di H. Berger

L’architettura di una notte di sonno si manifesta infatti come una storia che inizia con l’addormentamento, si evolve nella notte e finisce con il risveglio. Il primo tentativo di sistematizzazione delle caratteristiche elettroencefalografiche (EEG) del sonno ha condotto all’individuazione di 5 stadi (A,B,C,D,E), ordinati in progressione da quello di veglia (A) caratterizzato dalla presenza predominante di ritmo alfa, a quello di sonno profondo (E), caratterizzato dalla predominanza di ritmo delta (Loomis et al., 1937).

Gli esperimenti di Moruzzi e Magoun (1949) hanno spianato la strada allo studio dell’attività elettrica cerebrale durante il sonno, sono stati infatti i primi a focalizzare l’attenzione sulle sue funzioni e sull’importanza dei diversi stati di coscienza del cervello, dimostrando l’esistenza di un processo di attivazione responsabile delle onde elettriche EEG e verificandone l’origine tronco encefalica. In seguito, fondamentali si sono dimostrate le osservazioni di Aserinsky, Kleitman e Dement i quali hanno iniziato nel 1950 uno studio sistematico sul sonno.

In particolare si distinguono due tipi di sonno:

La successiva registrazione dell’elettroculagramma (EOG), in aggiunta a quella dell’EEG (Aserinsky & Kleitman, 1953), ha condotto ad una descrizione più articolata delle fasi del sonno. Si propone quindi una nuova classificazione del sonno sulla base delle variazioni congiunte dei parametri elettroencefalografici ed elettroculografici. Qualche anno dopo Berger (1961) esegue la prima registrazione dell’attività elettromiografica (EMG) durante il sonno e osserva oltre ad un grande rilassamento nel sonno rispetto alla veglia, una drastica caduta del tono muscolare durante il sonno REM. Così nuovi riferimenti fisiologici contribuiscono alla siglatura del sonno ed al VII congresso dell’Association for Psychofisiological Study of Sleep emerge la necessità di creare un comitato scientifico per la definizione di una terminologia standard e di un sistema attendibile di siglatura degli stadi del sonno.

Nel 1968, il comitato di esperti presieduto da Rechtschaffen e Kales (R&K) ha stabilito i criteri per la siglatura del sonno in soggetti adulti normali sulla base delle variazioni contigue di tre parametri fisiologici: elettroencefalogramma (EEG), elettroculogramma (EOG), elettromiogramma (EMG).

In base a questa classificazione, vengono identificati 5 differenti stadi del sonno: uno stadio REM e quattro NREM. Ogni stadio è caratterizzato da un certo numero di variabili fisiologiche che compaiono congiuntamente ed i parametri standard polisonnografici così ottenuti riflettono la macrostruttura del sonno. Questo pattern macrostrutturale del sonno può variare a seconda di diversi fattori: fattori endogeni (come l’età) o fattori esogeni (come il rumore ambientale), ma anche a causa della forte incidenza di droghe e di disturbi del sonno.

In particolare i criteri proposti da R&K prevedono:

Questo sistema di classificazione è molto utile in quanto: la siglatura dello stadio per ogni epoca è data in riferimento ai fattori descrittivi che maggiormente caratterizzano quella data epoca; consente di avere uno strumento standard tra differenti laboratori; dà la possibilità di comparare le registrazioni di soggetti normali con quelle di pazienti con disturbi del sonno.

Per la preparazione del soggetto alla registrazione EEG del sonno si posizionano degli elettrodi sullo scalpo secondo le regole standard del Sistema Internazionale 10-20 (Jasper, 1958). Tale sistema consente l’individuazione delle varie regioni corticali in base a due assi di riferimento (figura 2), uno antero-posteriore (asse “nasion-inion”) ed uno trasversale (che congiunge i due meati uditivi). Ogni punto viene nominato con la lettera dell’area cerebrale a cui si riferisce (F, frontale; C, centrale; P, posteriore; O, occipitale; T, temporale) associata ad un numero pari per le regioni dell’emisfero destro, e ad un numero dispari per le regioni dell’emisfero sinistro. Differentemente, i punti situati sull’asse “nasino-inion” vengono denominati con la lettera dell’area cerebrale a cui fanno riferimento e associate alla lettera “z” invece che al numero. Infine con A1 (sinistra) e A2 (destra) vengono indicate delle regioni elettricamente neutre di riferimento (lobo auricolare o mastoide).

Figura 2. Montaggio secondo le regole del Sistema Internazionale 10-20 (Jasper, 1958)

L’intero insieme degli elettrodi utilizzato per la registrazione EEG viene definito “montaggio” e nel montaggio così descritto, i diversi elettrodi diventano delle “derivazioni di attività corticale” che possono essere combinate con una disposizione di tipo monopolare o bipolare. Nel montaggio monopolare l’attività di ogni zona viene riferita ad un elettrodo comune posto su una regione elettricamente inattiva, solitamente l’osso mastoide o il lobo dell’orecchio. Con il montaggio bipolare, invece, l’attività registrata da ogni coppia di elettrodi rappresenta la differenza di potenziale tra due regioni corticali attive.

Gli elettrodi (derivazioni corticali) così disposti, raccolgono sorgenti di potenziale con caratteristiche molto diverse l’uno dall’altra (tabella 1; figura 3).

Tabella 1. Principali ritmi EEG. Per ciascun ritmo sono riportati i parametri di frequenza ed ampiezza, le principali aree corticali dove il ritmo si registra in maniera più evidente, gli stati comportamentali maggiormente caratterizzat dalla presenza di ciascun ritmo (Casagrande e De Gennaro, 1998).

Figura 3. Esempi dei principali ritmi EEG.

Passiamo ora ad una breve descrizione delle caratteristiche poligrafiche delle diverse fasi del sonno, secondo la classificazione standard di Rechtschaffen e Kales (1968) e ad alcune caratteristiche fisiologiche generali associate a ciascuno stadio (figura 4).

Stadio W. Esso corrisponde allo stadio di veglia, caratterizzato da un EEG che si alterna fondamentalmente tra due pattern. Un pattern chiamato di 'attivazione' (o pattern desincronizzato) caratterizzato da onde a basso voltaggio (<20 µV) e ad alta frequenza (15-35 Hz); ed un secondo chiamato 'attività alfa' caratterizzato da onde sinusoidali di 8-12 Hz. L'attività alfa è tipicamente presente ed abbondante quando il soggetto è rilassato ad occhi chiusi, mentre il pattern di attivazione è presente invece quando il paziente è in stato di attenzione ad occhi aperti. I movimenti oculari sono presenti ed il tomo muscolare è medio-alto.

Stadio 1. Durante lo Stadio 1 l'attività alfa diminuisce, L'EEG è costituito principalmente da onde a basso voltaggio con frequenza mista tra i 4-7 Hz per più del 50% dell’intera epoca. I movimenti degli occhi sono ancora presenti ma lenti e oscillatori. L'EMG mostra una attività tonica persistente benché di intensità inferiore rispetto alla veglia.

Stadio 2. Nello stadio 2 l’attività EEG di fondo è caratterizzata da un voltaggio relativamente basso, con frequenza variabile nel range delle bande del theta (4-7 Hz). Questo stadio è connotato dalla presenza di due componenti estremamente caratteristiche, i cosiddetti Comlessi K ed i Fusi del Sonno. I movimenti degli occhi, in questo stadio, sono assenti mentre l' EMG presenta ancora un certo grado di attività tonica.

Stadio 3. Nello stadio 3 il 20% - 50% di ogni epoca deve contenere attività delta, ovvero onde EEG ad alto voltaggio (>75 µV) e bassa frequenza (0.5 – 3.5 Hz). Il tono muscolare in questo stadio è lievemente ridotto ed i movimenti degli occhi quasi assenti.

Stadio 4. Lo stadio 4 è caratterizzato dalla preponderante presenza di onde delta (0.5-3.5 Hz), infatti, in questo stadio, esse occupano più del 50% dell'epoca. I fusi e i complessi K, se presenti, non sono più facilmente distinguibili dal ritmo di fondo.

Figura 4. Illustrazione grafica dello stato poligrafico (EEG, EOG, EMG) di veglia e dei diversi stadi del sonno, con le caratteristiche morfologiche EEG ad essi associati.

Stadio REM. Lo stadio REM è caratterizzato da un EEG a basso voltaggio con frequenze miste. L'EEG del sonno REM ricorda molto quello dello stadio 1 se non per la presenza di caratteristiche onde, dette a “dente di sega” per la loro tipica morfologia; l’EOG mostra movimenti oculari rapidi (da cui appunto la denominazione dello stadio) e l’EMG dei muscoli sotto-mentonieri mostra una caratteristica caduta del tono muscolare (detta atonia).

Per lo studio della macrostruttura del sonno vengono infine brevemente elencati i seguenti parametri polisonnografici (Casagrande e De Gennaro, 1998), rilevabili sulla base della siglatura standard.