Il Sonno non è uno stato omogeneo. Sulla base di diversi « sintomi » qualitativi e quantitativi, che più avanti saranno discussi nei loro dettagli, si possono distinguere nell'Uomo due fasi nel Sonno: il Sonno NREM (= Sonno non-REM o Sonno inattivo, ortodosso) da una parte, e dall'altra il Sonno REM (o Sonno rapido, attivo, paradosso). Nel Sonno NREM, inoltre, si possono ancora distinguere diversi stadi. La maggior parte degli autori si è accordata su quattro stadi (NREM 1-4). In precedenza, ed oggi ancora in parte, nelle letteratura tedesca ed europea venivano distinti cinque stadi (da A ad E). Le due fasi ed i quattro stadi del Sonno sono essenzialmente definiti dalla forma dell'Elettroencefalogramma, dal grado di tensione muscolare (tono muscolare) e da determinati tipi. di movimenti degli occhi. Benché queste tre indicazioni non siano affatto le uniche modificazioni dell'attività accertabili nella transizione da una fase all'altra e da uno stadio all'altro, tuttavia noi vogliamo prima descrivere con un qualche maggiore dettaglio questi segni cardinali dei diversi tipi di Sonno nell'Uomo. Prima debbono però essere descritti questi tre tipi di ricerca nei loro aspetti tecnici e fenomenologici.  

L'Elettroencefalogramma (EEG), già descritto quasi cento anni fa in Scozia e più tardi in Russia, nella sua forma moderna fu introdotto nella clinica e nella ricerca da Berger (1929).

Per registrare l'EEG si fissano piccoli elettrodi di metallo nobile su diverse aree della pelle del capo in corrispondenza delle diverse aree della corteccia cerebrale. Si collegano questi elettrodi ad un potente amplificatore per aumentare il biopotenziale di per sé molto modesto (fino ad alcune centinaia di microvolt = 1/1.000.000 di Volt). Le oscillazioni di tensione vengono registrate per mezzo di un idoneo registratore multicanale, di solito un registratore a penna. L'EEG può essere registrato anche su animali; abitualmente si pongono allora gli elettrodi direttamente a contatto con la corteccia cerebrale attraverso fori praticati nel cranio; per mezzo di elettrodi aghiformi si può pure derivare la corrente da strutture poste a maggiore profondità, p. es. nel tronco dell'encefalo.

L'EEG si presenta - eccetto che nel coma profondo e nella « morte cerebrale » - come una linea con ondulazioni più o meno pronunciate. La dimensione, la frequenza, la regolarità e l'ampiezza (altezza) delle oscillazioni permettono di distinguere a (onde tipiche di diversa altezza e periodicità), b) complessi (consistenti di parecchie onde in parte diverse tra loro) e c) singole oscillazioni.

Per quel che riguarda le onde nell'EEG distinguiamo diversi tipi di onde, in corrispondenza della banda di frequenza, che sono indicati con lettere greche.  

1) Onde delta: onde da 1-4 sec, di ampiezza « più elevata » (cioè 75-150 uVolt = 150 x 10-' Volt); le « onde lente »;

2) Onde teta: onde da 4-7 sec (che nell'Uomo si presentano principalmente nell'età infantile);

3) Onde alfa: onde da 8-12 sec principalmente sulla parte posteriore del cranio;

4) Onde sigma: onde da 10-14 sec principalmente in forma di « fusi » (v. sotto);

5) Onde beta: onde da 15-35 sec, irregolari e di bassa ampiezza. Tra i « complessi » qui debbono esserne menzionati solo tre:

I. - 1 « fusi ». brevi treni d'onda di ampiezza crescente e poi decrescente; le onde all'interno di questi gruppi, che con il loro inviluppo ricordano un fuso, sono del tipo sigma (10-14 sec), e del resto ad un'analisi più precisa si presentano anche in altre fasi dell'EEG;

2. - Complessi K: alte onde singole bifasi seguite per lo più da un treno alfa; per lo più si registrano sulla sommità del capo;

3. - Onde sottili sulla sommità del capo (onde Vertex). Tra i « fenomeni isolati » siano menzionati qui gli « spikes », oscillazioni sottili, brevi ed in parte molto pronunciate, che si presentano da sole o come fenomeno ripetentesi e che nel Sonno sono importanti come PGO-spikes. Un altro tipo di fenomeni « isolati » sono i potenziali evocati. Ne dovremo parlare più tardi in connessione con i sistemi sensoriali afferenti.

Un altro indicatore importante per la diagnosi degli stadi del Sonno ed in particolare delle fasi del Sonno è il tono muscolare. Esso si può determinare mediante il palpeggiamento dei fasci muscolari o, meglio, mediante la valutazione della resistenza nel movimento passivo degli arti. il tono muscolare è determinato più precisamente (ed anche senza provocare fenomeni di risveglio nell'indagine sul Sonno) mediante l'Elettromiografia (EMG), cioè mediante registrazione dell'attività elettrica del muscolo che è correlata all'attività meccanica.

Per ricerche di routine si attaccano piccoli elettrodi metallici a disco sul muscolo da esaminare (per ricerche sul Sonno per lo più il muscolo sotto il mento, sub-mental areal), si amplifica il potenziale muscolare e lo si registra sull'apparecchio EEG. L'ampiezza della «banda» dà informazioni sulla misura del tono muscolare. Occasionalmente, ma in particolar modo in esperimenti su animali, gli elettrodi EMG vengono piantati nel muscolo da studiare (nel gatto p. es. la muscolatura della nuca).

I movimenti degli occhi possono essere osservati per lo più attraverso le palpebre chiuse. Per ricerche sul Sonno ci si serve dell'Elettroretinogramma (EOG).

Qui si fa uso del fatto che tra la cornea e la rètina dell'occhio sussiste una differenza di potenziale elettrico permanente (un cosidetto dipolo) che si trasferisce come campo elettrico sul tessuto circostante (osseo, dermico). I movimenti degli occhi modificheranno così il campo elettrico nei tessuti circostanti. Mediante elettrodi fissati ai lati o sopra e sotto gli occhi (o piantati nelle ossa negli animali da esperimento) queste modificazioni del campo possono essere rivelate come oscillazioni di potenziale e, dopo preamplificazione, possono pure essere registrate sull'apparecchio EEG.

Con queste tre indicazioni, dell'EFG, dell'EMG e dell'EOG, insieme all'osservazione della persona sottoposta ad esperimento ed alle sue esperienze soggettive (p. es. « io ho appena dormito » oppure « io ho appena sognato ») si possono chiaramente diagnosticare il Sonno, le sue fasi ed i suoi stadi   secondo le attuale rigide prescrizioni (v. Rechtschaffen e Kales, 1968). Con ciò si hanno pure gli elementi per determinare nel modo più preciso la successione delle singole fasi o stadi ed il  tempo che esse prendono sul totale del periodo di Sonno.

Come si distinguono ora gli stadi (1-4) e le fasi del Sonno sopranominati a confronto con lo stato di veglia?  

Stadio W (veglia tranquilla)

La coscienza si conserva pur con gli occhi chiusi; nell'EEG per lo più molte onde alfa, in particolare dal retro del capo. EMG: tono muscolare da medio ad elevato. EOG: saltuari lenti movimenti degli occhi, altrimenti niente attività EOG. (Per attivazione, p. es. per l'apertura degli occhi, il tipo alfa fa posto ad un tipo beta, cioè ad un tipo di attività, arousal-pattern).

Stadio 1 del Sonno NREM

Stadio di « sospensione » (floating) con alternarsi tra coscienza (più o meno offuscata) e perdita di coscienza. Nell'EEG graduale diminuzione dell'attività alfa; sostituita da uno spettro di frequenze miste di bassa ampiezza che comprende onde beta, cioè simile alla arousal-pattern. Onde Vertex nette. EMG: tono muscolare da medio ad elevato. EOG: singoli movimenti lenti degli occhi.  

Stadio 2 NREM

Sonno vero   e proprio con completa perdita di coscienza; EEG: comparsa di fusi (sigma) separati da tratti di attività beta; complessi K; EMG: tono muscolare medio-alto; EOG: di solito assenza di movimento degli occhi.

Stadio 3 NREM

« Sonno profondo » incipiente; EEG. onde lente medio-alte del tipo delta (più veloce), fusi occasionali; EMG: tono muscolare medio-alto; EOG: inattivo.

Stadio 4 NREM

« Sonno profondo »; EEG: onde delta alte ultralente, niente fusi; EMG: tono muscolare per lo più medio-alto, occasionalmente basso; EOG: nessun movimento degli occhi.

Gli stadi 1-4 nel loro insieme vengono indicati come Sonno non-REM (== NRE/M). Gli stadi 3 e 4 insieme costituiscono lo slow-wave-sleep (SWS).

Separata da questi abbiamo poi ancora la fase REM (spesso chiamata anche stadio 1-REM) che di solito inizia dallo stadio 2; EEG: diagramma misto a bassa ampiezza, simile allo stadio 1 NREM ma senza onde Vertex; EMG: di solito il tono muscolare è del tutto scomparso (basso EMG); EOG: rapidi movimenti degli occhi orizzontali o verticali coniugati, cioè entrambi gli occhi si muovono sincronicamente e concordemente (Rapid Eye Movements: REM's, da cui Sonno REM o fase REM). I REM's compaiono o isolati o però di solito a gruppi (bursts).  

Si possono distinguere all'interno del Sonno REM periodi con e senza REM's. Spesso insieme ai REM's, o indipendentemente da essi, compaiono anche movimenti (sussulti) nelle membra e nel tronco.

Risvegliate (spontaneamente o no) dal Sonno REM le persone sottoposte ad esperimento riferiscono di solito « di aver sognato », mentre al risveglio dal Sonno NREM di solito, ma non sempre, si dichiara di non aver sognato. Per cui oggi si assume che il Sonno REM è il Sonno del sogno, mentre nel Sonno NREM non si hanno sogni o si sogna poco (o che durante il Sonno NREM si « dimentica » il sogno). Di queste questioni se ne parlerà più avanti con maggiori dettagli.

3.1.2. Aspetti temporali e quantitativi

 Finora abbiamo descritto la fenomenologia del Sonno nei suoi aspetti generali fisiologici e comportamentali. Abbiamo potuto così riferirci ad una strutturazione dello stato di Sonno nel senso di una disomogeneità nella comparsa e nella misura di singoli sintomi del Sonno; una disomogeneità che necessariamente conduce ad una suddivisione del Sonno in diversi stadi e fasi del Sonno porta con sé già l'idea che il Sonno non è qualcosa di statico, bensì impone piuttosto, per mezzo di una certa dinamica, un'alternanza da uno stadio all'altro e da una fase all'altra. In effetti il Sonno dell'Uomo mostra, ad un esame più approfondito condotto per tutta una notte, una marcata struttura temporale. Per imparare a conoscere questa struttura vogliamo seguire una persona normale, adulta e giovane nel suo Sonno notturno, per cui, per poter fare una chiara « diagnosi » per quel che riguarda lo stadio G la fase, registriamo l'EEG e l'EMG ed osserviamo contemporaneamente la persona attraverso uno specchio unidirezionale. Un apparecchio rice-trasmittente permette di parlare con essa.

Dopo un tempo più o meno lungo da che la persona si è messa a letto, istante che viene indicato come l'inizio della « notte » (tempo 0), compare dopo lo stadio W lo stadio l. E quindi il dormiente passa con relativa rapidità attraverso gli stadi 2 e 3 per raggiunger lo stadio 4, il « più profondo ».

Dopo che per 20-30 minuti il dormiente è rimasto nello stadio 4 inizia il processo inverso, la « risalita » attraverso gli stadi 3 e 2 a partire dal quale infine, circa 70-90 minuti dopo l'inizio del Sonno, comincia la prima fase REM. Finita questa, o si arriva ad un breve risveglio (stadio W) o il dormiente ritorna direttamente nello stadio 2, poi nel 3, ed eventualmente ancora nello stadio 4. A questo segue di nuovo uno stadio 3 e poi 2, ed inizia quindi la seconda fase REM. Questo su e giù, con l'inserimento di una fase REM ogni volta, si ripete da quattro a cinque volte per notte. Possiamo distinguere per un periodo di Sonno di (ca.) otto ore da quattro a cinque sottoperiodi di circa 90 minuti di durata, dove ogni sottoperiodo consiste di una fase NREM (più lunga) e di una fase REM. Come è evidente dalla figura 2 la parte di Sonno NRFM all'inizio del Sonno è maggiore; verso la fine della notte la parte della fase REM diventa un po' più grossa a spese di quella della fase NREM, senza però raggiungere la durata di quest'ultima. Lo stadio 4 viene raggiunto in generale nel primo o forse ancora nel secondo sottoperiodo, raramente però nel terzo. La parte dei singoli stadi e fasi rispetto al Sonno totale è relativamente costante per il singolo individuo ed anche da individuo ad individuo. Da un gran numero di notti di molte persone sottoposte ad esperimento sono stati calcolati i valori medi riportati nella tabella riportata in fondo(da Williams et al. 1964):  

Risulta così che noi esseri umani durante le 24 ore della giornata « oscilliamo » per due terzi del tempo al disopra della soglia della coscienza e per un terzo al di sotto (o ai « limiti »). Inoltre abbiamo, sovrapposto a questo, un ritmo che corrisponde all'oscillazione secondo la 16.ma armonica o la 4-ta ottava. Questa « superoscillazione » è riconoscibile molto chiaramente durante il Sonno. Essa è stata definita nei suoi aspetti matematici p. es. da Globus (1970) mediante metodologia di autocorrelazione. Kleitman (1967) ed altri assumono che questa 16.ma armonica sia identificabile anche durante la veglia; si parla di un vero e proprio ciclo attività-riposo della durata di 90 minuti.

Le « costanti del Sonno » temporali e quantitative finora discusse sono - e di questo si deve essere consapevoli - valori largamente mediati. A prescindere dai veri e propri disturbi del Sonno (che saranno discussi più in là) ci sono però « buoni » e « cattivi » dormienti, persone che si addormentano rapidamente ed altre con una lunga latenza, « dormitori profondi » ed altri che si svegliano « al minimo fruscìo ». La posizione nel Sonno cambia da individuo a individuo.

Il Sonno si modifica anche con l'età. Nel tardo periodo intrauterino il Sonno REM occupa una larga percentuale (v. p. es. Astic & Jouvet-Mounier, 1969 e Ruckebusch, 1972). Feinberg (1969) ha studiato il tipo di Sonno EEG, cioè il comportamento dei diversi stadi e fasi di Sonno, nelle diverse età della vita umana tra i quattro ed i 90 anni. Egli trova - in accordo con molti altri Autori - che la media del totale del tempo dedicato al Sonno è di circa 10 ore all'età di tre anni e poi diminuisce con una certa rapidità fino all'età di 20 anni per raggiungere un plateau di circa sette-otto ore. Si arriva ad un'ulteriore diminuzione con l'inizio della   vecchiaia (all'incirca a 75 anni). Il Sonno REM diminuisce da ca. il 30% (del Sonno totale) all'età di sei anni fino al 24-25 % all'età di 20 anni. Con il 70.mo anno d'età inizia un ulteriore periodo, di ripida diminuzione, cosicché l'ultra 80.nne presenta circa il 20% di Sonno REM. Lo stadio 4 diminuisce esponenzialmente a cominciare dalla prima giovinezza e raggiunge un minimo di circa un quinto del valore iniziale all'età di circa 80 anni.

Di passaggio siano menzionati i risultati di un recente studio di Hartmann (1971). Da un gran numero di volontari egli scelse due gruppi di persone da sottoporre ad esperimento: dormitori di lunga durata (in media 470 minuti) e dormitori di breve durata (319 minuti); i due gruppi avevano un'eguale distribuzione per età. Un'analisi approfondita mostrò che nei due gruppi il Sonno lento (SWS = stadi 3 e 4) occupava all'incirca lo stesso tempo, mentre tra gli iperdormienti il Sonno REM era all'incirca il doppio (121 minuti) che tra gli ipodormienti (65 minuti). Anche lo stadio 2 era tra i primi più lungo che tra i secondi. Hartmann trovò inoltre che gli «ipodormienti erano in generale le personalità attive, efficienti, spesso ipomaniache, gli « iperdormienti » invece erano piuttosto le personalità ansiose, depresse e riservate.