Postęp techniczny często przyspieszał skoki kwantowe w zrozumieniu procesów neurobiologicznych. Na przykład odkrycie Hansa Bergera w 1929 roku, że potencjały elektryczne rejestrowane przez ludzką skórę głowy przybierają postać fal sinusoidalnych, których częstotliwość jest bezpośrednio związana z poziomem czuwania badanego, doprowadziło do szybkiego postępu w zrozumieniu regulacji snu i czuwania, zarówno u zwierząt, jak i ludzi. 1 Do dnia dzisiejszego elektroenceflogram (EEG), w połączeniu z elektromiogramem (EMG), tj. aktywnością elektryczną wytwarzaną przez mięśnie szkieletowe, stanowi "szkielet" danych prawie każdej oceny eksperymentalnej i klinicznej, która ma na celu skorelowanie zachowania i fizjologii z aktywnością neuronów korowych u zachowujących się zwierząt, w tym ludzi. W większości podstawowych laboratoriów badań snu te zapisy EEG są wykonywane przy użyciu systemu opartego na (ryc. 1), w którym uzyskane dane są poddawane off-line analizie wzorców i widma [np. przy zastosowaniu algorytmu szybkiej transformaty Fouriera (FFT)] w celu określenia stanu czujności nagrywanego pacjenta. 2, 3 Sen składa się ze snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM) i snu bez fazy REM (NREM). Sen REM charakteryzuje się szybkim EEG o niskim napięciu, przypadkowymi ruchami gałek ocznych i atonią mięśniową, stanem, w którym mięśnie są skutecznie sparaliżowane. Sen REM jest również znany jako sen paradoksalny, ponieważ aktywność mózgu przypomina stan czuwania, podczas gdy ciało jest w dużej mierze odłączone od mózgu i wydaje się być w głębokim śnie. Natomiast neurony ruchowe są stymulowane podczas snu NREM, ale nie ma ruchu gałek ocznych. Sen człowieka NREM można podzielić na 4 etapy, przy czym etap 4 nazywany jest snem głębokim lub snem wolnofalowym i jest identyfikowany przez duże, wolne fale mózgowe o aktywności delta między 0,5 a 4 Hz w EEG. Z drugiej strony, podział między fazami snu NREM u mniejszych zwierząt, takich jak szczury i myszy, nie został ustalony, głównie dlatego, że nie mają one długich, skonsolidowanych okresów snu, jak to obserwuje się u ludzi.
Na przestrzeni lat, na podstawie interpretacji EEG, zaproponowano kilka modeli regulacji snu i czuwania, zarówno opartych na obwodzie, jak i humoralnym. Neuronalne i komórkowe podstawy potrzeby snu lub, alternatywnie, "popędu snu", pozostają nierozwiązane, ale zostały skonceptualizowane jako ciśnienie homeostatyczne, które narasta w okresie czuwania i jest rozpraszane przez sen. Jedna z teorii głosi, że endogenne czynniki somnogenne gromadzą się podczas czuwania i że ich stopniowa akumulacja jest podstawą ciśnienia homeostatycznego snu. Podczas gdy pierwsza formalna hipoteza, że sen jest regulowany przez czynniki humoralne, została przypisana pracy Rosenbauma opublikowanej w 1892roku4, to Ishimori5, 6 i Pieron7 niezależnie i ponad 100 lat temu wykazali istnienie substancji chemicznych wspomagających sen. Obaj naukowcy zasugerowali, a nawet udowodnili, że substancje hipnogenne lub "hipnotoksyny" są obecne w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF) psów pozbawionych snu. 8 W ciągu ostatniego stulecia zidentyfikowano kilka dodatkowych przypuszczalnych substancji hipnogennych zaangażowanych w proces homeostazy snu (przegląd, patrz odnośnik 9), w tym cytokiny prostaglandyny (PG) D2,10, adenozynę12, anandamid13 i peptyd urotensyny II. 14
Eksperymentalne prace Economo15, 16, Moruzzi i Magoun17 oraz innych na początku i w połowieXX wieku przyniosły odkrycia, które zainspirowały oparte na obwodach teorie snu i czuwania i, do pewnego stopnia, przyćmiły dominującą wówczas humoralną teorię snu. Do tej pory zaproponowano kilka "modeli obwodów", z których każdy opierał się na danych o różnej jakości i ilości (do wglądu, patrz odnośnik 18). Jeden z modeli, na przykład, sugeruje, że sen wolnofalowy jest generowany przez adenozynę hamowanie uwalniania acetylocholiny z neuronów cholinergicznych w podstawnej przodomózgowiu, obszarze składającym się głównie z jądra kończyny poziomej pasma ukośnego Broki i istoty inominata. 19 Inny popularny model regulacji snu i czuwania opisuje mechanizm przełącznika typu flip-flop na podstawie wzajemnie hamujących interakcji między neuronami wywołującymi sen w brzuszno-bocznym obszarze przedwzrokowym a neuronami wywołującymi czuwanie w podwzgórzu i pniu mózgu. 18, 20, 21 Co więcej, w przypadku przełączania się w i wyłączanie snu REM, zaproponowano podobną wzajemnie hamującą interakcję dla obszarów w pniu mózgu, tj. brzusznej szarości okołowodociągowej, bocznej nakrywki mostu i jądra podbocznego. 22 Łącznie modele te okazały się cennymi heurystykami i dostarczyły ważnych ram interpretacyjnych dla badań nad snem; Jednak jeszcze pełniejsze zrozumienie mechanizmów molekularnych i obwodów regulujących cykl snu i czuwania będzie wymagało pełniejszej wiedzy na temat jego składników. Opisany poniżej system rejestracji poligraficznej powinien pomóc w osiągnięciu tego celu.