La fisiología de los sueños se entendió por primera vez en 1953, cuando los investigadores caracterizaron el ciclo del sueño humano. Descubrieron que el sueño en los humanos se inicia por el estado hipnótico, un período de varios minutos en el que los pensamientos consisten en imágenes fragmentadas o minidramas.
El estado hipnogógico es seguido por el sueño de onda lenta, llamado así porque en ese momento las ondas cerebrales del neocórtex (el manto contorneado del cerebro) son de baja frecuencia y de gran amplitud. Estas señales se miden como grabaciones electroencefalográficas (EEG).
Los investigadores también descubrieron que el sueño nocturno se puntúa por períodos en los que las lecturas del EEG son irregulares en frecuencia y baja en amplitud, similares a las observadas en individuos despiertos. Estos períodos de actividad mental se llaman sueño REM. Los sueños ocurren solo durante estos períodos. Durante el sueño REM, las neuronas motoras se inhiben, lo que impide que el cuerpo se mueva libremente pero permite que las extremidades permanezcan ligeramente activas. Los ojos se mueven rápidamente al unísono bajo los párpados cerrados, la respiración se vuelve irregular y la frecuencia cardíaca aumenta.
La primera etapa REM de la noche sigue a 90 minutos de sueño de onda lenta y dura 10 minutos. El segundo y el tercer período REM siguen episodios de sueño de onda lenta más cortos, pero crecen progresivamente más largos ellos mismos. El cuarto y último intervalo REM dura de 20 a 30 minutos y es seguido por el despertar.
La figura ilustra una noche de sueño. Sueño sueño o sueño REM también se conoce como D (para la desincronización o el sueño), la etapa 1 del sueño, o “sueño de onda lenta”. El sueño no REM o NREM también se conoce como sueño S (para sueño sincronizado) o sueño estadio 4. A menudo al inicio del sueño nos despertamos con un tirón, a veces recordando algunas imágenes de ensueño. Esto se conoce como un período de sueño hipnótico o sueño ligero en el que ingresamos al sueño REM y lo despertamos nuevamente. Normalmente al inicio del sueño hay un movimiento rápido de la etapa 1 de sueño a la etapa 4, es decir, vamos directamente a la profundidad del sueño NREM.
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El pulso, la frecuencia respiratoria y la presión arterial disminuyen y no se observan movimientos oculares, faciales o corporales. Las ondas cerebrales son más regulares y de frecuencia más baja (de 1 a 4 ciclos por segundo). Los músculos se relajan, aunque se pueden observar movimientos bruscos en todo el cuerpo. En esta etapa de sueño profundo se vuelve más difícil despertar a la persona. Si se despiertan, los informes de sueños, si los hay, tienden a ser más pensados y carentes de imágenes.
Aproximadamente 90 minutos más tarde, el durmiente comenzará el sueño REM y los sueños vívidos. A medida que avanzamos durante la noche, entramos en el sueño profundo S con menos frecuencia, y después de unas 6 horas permanecemos entre las etapas 1 y 2. La etapa de sueño REM se caracteriza por: movimiento de los ojos, pequeños movimientos en los músculos de la cara, más rápido y más pulso y respiración irregulares, y presión arterial más alta. Una lectura de EEG, llamada spike PGO, a menudo marca el inicio de REM y muchos de estos picos aparecen durante REM. El potencial muscular en reposo es casi inexistente (no podemos movernos). Es más fácil despertar a alguien de esta etapa. Cuando se despiertan, los informes de los sueños están llenos de imágenes vívidas y contenido, más aún al final del período de sueño que al principio.
Además de las diferencias en los informes de sueños, existen diferencias en la actividad cerebral observadas entre NREM y el sueño REM. La médula del cerebro parece regular el sueño NREM, mientras que es el tallo cerebral pontino el que regula el REM. Se ha visto que las neuronas individuales en el cerebro reducen su actividad durante el sueño NREM y luego aumentan durante el REM a un nivel tan alto o más alto que cuando están despiertas. Durante el REM, una sección del prosencéfalo se encuentra en un estado similar al de la alerta de vigilia, y se encuentran altos niveles de actividad en la corteza visual asociativa y en las partes del cerebro responsables del procesamiento de la emoción.
La combinación única de centros cerebrales activos e inactivos durante REM se muestra en la figura.
