3.2 睡眠段階

1. 睡眠段階の概要

1.1 睡眠の二過程モデル

睡眠覚醒の調節は、二過程モデル（Two-Process Model）で説明される [1]。

• プロセスS（睡眠恒常性）：覚醒時間に比例して蓄積する「睡眠圧」。睡眠により解消される
• プロセスC（概日リズム）：約24時間周期で変動する覚醒促進シグナル

この2つのプロセスの相互作用により、適切な時刻に入眠し、十分な時間睡眠を維持し、適切な時刻に覚醒することが可能となる。

1.2 NREMとREMの発見

1953年、AserinskyとKleitmanは脳波と眼球運動の記録により、睡眠中に急速眼球運動（Rapid Eye Movement: REM）を伴う特殊な状態が周期的に出現することを発見した [2]。これにより、睡眠はREM睡眠とNREM（Non-REM）睡眠に大別されることが明らかになった。

1.3 睡眠段階の分類

現在の標準的な睡眠段階分類（AASM 2007）は以下の通りである [3]。

2. NREM睡眠

2.1 N1（ステージ1）

N1は覚醒から睡眠への移行期であり、最も浅い睡眠段階である [4]。

• 脳波：α波（8-13Hz）が減少し、θ波（4-7Hz）が出現
• 眼球運動：緩徐眼球運動（SEM）
• 筋電図：覚醒時より低下するが維持
• 特徴：容易に覚醒、入眠時幻覚、筋けいれん（入眠時ミオクローヌス）

N1が過度に多い場合は、睡眠の分断や睡眠障害の存在を示唆する。

2.2 N2（ステージ2）

N2は睡眠の大部分を占める中等度の睡眠段階である。

• 脳波：θ波が主体、睡眠紡錘波（12-14Hz）とK複合波が出現
• 眼球運動：なし
• 筋電図：さらに低下
• 特徴：外部刺激への反応性低下、覚醒閾値上昇

睡眠紡錘波は視床で生成され、記憶固定化との関連が示されている。K複合波は外部刺激に対する脳の反応であり、睡眠維持機能を持つと考えられている [5]。

2.3 N3（徐波睡眠）

N3は最も深い睡眠段階であり、徐波睡眠（Slow Wave Sleep: SWS）とも呼ばれる。

• 脳波：δ波（0.5-2Hz、高振幅75μV以上）が20%以上
• 眼球運動：なし
• 筋電図：低下
• 特徴：覚醒閾値最高、覚醒時の見当識障害（睡眠慣性）

N3からの覚醒は困難であり、無理に起こされると強い睡眠慣性（寝ぼけ、混乱）を生じる。睡眠時遊行症（夢遊病）や夜驚症はN3から生じることが多い。

3. REM睡眠

3.1 REM睡眠の特徴

REM睡眠は、生理学的に覚醒に近い特徴を持ちながら、行動的には睡眠状態にある「逆説睡眠」とも呼ばれる [6]。

• 脳波：低振幅、混合周波数（覚醒時に類似）、鋸歯状波
• 眼球運動：急速眼球運動（REM）が特徴的
• 筋電図：骨格筋の弛緩（REM atonia）
• 自律神経：心拍・呼吸の変動性増加、体温調節機能低下

3.2 REM睡眠の生理

REM睡眠中は以下の生理的変化が生じる [7]。

• 夢：鮮明で物語性のある夢がREM睡眠中に多く報告される
• 筋弛緩：橋の抑制性ニューロンにより骨格筋が弛緩（眼筋と横隔膜を除く）
• 脳血流増加：覚醒時と同等以上の脳代謝
• 性器充血：男性では勃起、女性では陰核充血

筋弛緩は夢の内容を行動化しないための保護機構である。この機構が障害されるとREM睡眠行動障害（RBD）を生じる。

3.3 Phasic REMとTonic REM

REM睡眠は、さらに相動性（Phasic）と緊張性（Tonic）に分けられる。

• Phasic REM：急速眼球運動、筋けいれん、心拍変動を伴う一過性の活動期
• Tonic REM：背景となる持続的な低活動状態

4. 睡眠構築

4.1 睡眠周期

一晩の睡眠は、NREM睡眠とREM睡眠が約90分（70〜120分）周期で繰り返す構造を持つ。成人では一晩に4〜6回の睡眠周期が生じる [8]。

4.2 一晩の睡眠構造

睡眠構築（Sleep Architecture）は、一晩の中で系統的に変化する [9]。

• 前半（睡眠初期）：N3（徐波睡眠）が多く、REM睡眠は短い
• 後半（睡眠後期）：REM睡眠が長くなり、N3は減少

この構造は、前半で身体の回復（成長ホルモン分泌のピーク）、後半で脳の回復（記憶処理）が優先されることを反映している可能性がある。

4.3 年齢による変化

加齢に伴い、N3（深睡眠）は著明に減少し、睡眠の分断が増加する。これは正常な老化過程であるが、睡眠の質の低下として自覚されることが多い [10]。

4.4 睡眠効率

睡眠効率（Sleep Efficiency）は、床上時間に対する実際の睡眠時間の割合である。

睡眠効率が低い（床上時間に比べて睡眠時間が短い）場合、不眠症の存在や睡眠習慣の問題が示唆される。

5. 各段階の機能

5.1 徐波睡眠（N3）の機能

N3（徐波睡眠）は以下の機能と関連している [11]。

• 身体回復：成長ホルモン分泌のピーク、組織修復
• 免疫機能：サイトカイン産生、免疫記憶の強化
• 代謝調節：グルコース代謝の調整
• 脳のクリアランス：グリンパティックシステムによる老廃物除去
• 陳述記憶の固定：海馬から新皮質への記憶転送

グリンパティックシステムは、睡眠中（特に徐波睡眠中）に活性化し、脳脊髄液の流れによってアミロイドβなどの代謝産物を除去する [12]。

5.2 REM睡眠の機能

REM睡眠は以下の機能と関連している [13]。

• 手続き記憶・情動記憶の固定：運動学習、感情的体験の処理
• 感情調節：ネガティブな記憶の情動負荷の軽減
• 創造性：異なる記憶の連合、問題解決
• 脳発達：乳児期のシナプス形成に重要

REM睡眠中の夢は、感情的体験の再処理と統合に寄与していると考えられている。

5.3 睡眠紡錘波の役割

N2で出現する睡眠紡錘波は、記憶固定化のゲートとして機能する。学習後に睡眠紡錘波の活動が増加し、その増加量が記憶成績と相関することが示されている [14]。

また、睡眠紡錘波は外部刺激から睡眠を保護する役割も持ち、紡錘波活動が高い人ほど騒音環境下でも睡眠が維持されやすい。

5.4 睡眠段階と恒常性

睡眠の各段階は独立した恒常性を持つ。徐波睡眠は睡眠圧（プロセスS）の蓄積に対して優先的に回復し、断眠後のリバウンド睡眠ではN3が増加する [15]。REM睡眠も選択的に剥奪されると、その後リバウンドが生じる。

6. 睡眠の測定

6.1 睡眠ポリグラフ検査（PSG）

睡眠ポリグラフ検査（Polysomnography: PSG）は、睡眠評価のゴールドスタンダードである。以下のチャンネルを同時記録する [16]。

• 脳波（EEG）：睡眠段階の判定
• 眼電図（EOG）：眼球運動の検出
• 筋電図（EMG）：筋緊張の評価
• 心電図（ECG）：心拍・不整脈
• 呼吸センサー：気流、胸腹部運動、SpO₂
• 下肢EMG：周期性四肢運動の検出

6.2 簡易検査・家庭用デバイス

6.3 消費者向けデバイスの限界

市販のスマートウォッチや睡眠トラッカーは、睡眠段階の判定精度に限界がある。これらは主に加速度計（体動）と心拍計から睡眠を推定するが、脳波を直接測定しないため、N3とN2の区別やREM睡眠の検出は正確ではない [17]。

消費者向けデバイスは、長期的なトレンドの把握やモチベーション維持には有用だが、数値を過度に信頼したり、睡眠障害の診断に用いたりすることは適切でない。

6.4 主観的睡眠評価

睡眠の主観的評価には、標準化された質問票が用いられる。

• ピッツバーグ睡眠質問票（PSQI）：過去1ヶ月の睡眠の質を評価
• エプワース眠気尺度（ESS）：日中の眠気を評価
• 不眠重症度質問票（ISI）：不眠症状の評価
• 睡眠日誌：日々の睡眠パターンを記録

7. 参考文献

1. [1] Borbély AA, et al. The two-process model of sleep regulation: a reappraisal. J Sleep Res. 2016;25(2):131-143.
2. [2] Aserinsky E, Kleitman N. Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant phenomena, during sleep. Science. 1953;118(3062):273-274.
3. [3] Berry RB, et al. The AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events. American Academy of Sleep Medicine; 2020.
4. [4] Carskadon MA, Dement WC. Normal Human Sleep: An Overview. In: Kryger M, et al., eds. Principles and Practice of Sleep Medicine. 6th ed. Elsevier; 2017:15-24.
5. [5] De Gennaro L, Ferrara M. Sleep spindles: an overview. Sleep Med Rev. 2003;7(5):423-440.
6. [6] Peever J, Fuller PM. The Biology of REM Sleep. Curr Biol. 2017;27(22):R1237-R1248.
7. [7] Siegel JM. REM sleep: a biological and psychological paradox. Sleep Med Rev. 2011;15(3):139-142.
8. [8] Feinberg I, Floyd TC. Systematic trends across the night in human sleep cycles. Psychophysiology. 1979;16(3):283-291.
9. [9] Dijk DJ. Regulation and functional correlates of slow wave sleep. J Clin Sleep Med. 2009;5(2 Suppl):S6-15.
10. [10] Ohayon MM, et al. Meta-analysis of quantitative sleep parameters from childhood to old age in healthy individuals. Sleep. 2004;27(7):1255-1273.
11. [11] Tononi G, Cirelli C. Sleep and the price of plasticity: from synaptic and cellular homeostasis to memory consolidation and integration. Neuron. 2014;81(1):12-34.
12. [12] Xie L, et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science. 2013;342(6156):373-377.
13. [13] Walker MP, van der Helm E. Overnight therapy? The role of sleep in emotional brain processing. Psychol Bull. 2009;135(5):731-748.
14. [14] Mednick SC, et al. The restorative effect of naps on perceptual deterioration. Nat Neurosci. 2002;5(7):677-681.
15. [15] Achermann P, Borbély AA. Sleep homeostasis and models of sleep regulation. In: Kryger M, et al., eds. Principles and Practice of Sleep Medicine. 6th ed. Elsevier; 2017:377-387.
16. [16] Iber C, et al. The AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events. American Academy of Sleep Medicine; 2007.
17. [17] de Zambotti M, et al. A validation study of Fitbit Charge 2 compared with polysomnography in adults. Chronobiol Int. 2018;35(4):465-476.