睡眠は自然界のあらゆる種に広く見られる自然現象であり.あらゆるレベルで研究されてきた。 睡眠に関する研究は.主に次の3つの分野に焦点を当ててきた。 睡眠のメカニズムとは？ 睡眠の機能とは何か？ これらの疑問は.基礎および応用神経科学における最新の研究手法の助けを借りて初めて答えることができる。 さらに.睡眠研究は.睡眠によって誘発される脳活動の変化に応じて変化する意識の理解にも寄与する。
何十年もの間.人が睡眠状態にあるとき.脳の活動は大幅に低下するか.あるいは消失すると考えられてきた。
しかし.1950年代から1960年代にかけて.急速眼球運動（レム睡眠）と緩徐眼球運動（ノンレム睡眠）が交互に繰り返される現象が発見され.このような睡眠観は否定されました。 レム睡眠は幻覚的な夢を見ることと関連しているため.睡眠中にも確かに高いレベルの脳活動があることが証明されたのである。 この発見の直後.レム睡眠中に脳が「活性化」すると.感覚入力と運動出力が同時に中断されることに気づいた。
レム睡眠の90分間.脳は高い覚醒状態にある。 レム睡眠は睡眠全体の20％を占める。 この事実は.睡眠は脳の活動が停止した結果として形成されるという.以前広く受け入れられていた見解を否定するものである。 また.睡眠中も脳が活動していることを裏付ける証拠もある。 シーモア・S・ケティとそれに続くソコロフが行った脳血流（CBF）の初期の研究では.睡眠状態の間.脳の脳血流はわずか20％しか減少しないことが示された。 睡眠中は.神経細胞の活動が神経インパルスの発火率の上昇とほぼ同程度に低下することが判明している。 血流と神経細胞活動の相関関係を考えれば.このような現象が起こるのは驚くべきことではない。 意識が完全に失われるNREM睡眠中でさえ.脳はある程度の活動を維持している。
睡眠に関する初期の研究室では.脳画像や定量的脳波などの手法を用いて睡眠に関する記述的研究が行われ.有益な結果が得られている。 イメージング技術によって.脳の局所的な部位の活動レベルが.レム睡眠と覚醒状態という2つの脳波活性化状態の間で有意に異なること.脳波が低電圧の高速波ではなく高電圧の低速波を示す場合.両状態の脳活動レベルがNREM睡眠時のそれとは異なることが明らかになった。 また.脳波の定量的解析から.脳の領域間で異なる電気的活動も明らかになった。
これらの新しいデータは.脳波が主に紡錘波と高電圧徐波からなるNREM睡眠中は.脳が比較的静的であることを示唆している。 しかし.この脳の全体的な静止状態は相対的なものに過ぎないことを強調することが重要である。 意識は鈍くなっているが.脳はまだ約80％活動しており.微細な情報処理能力を持っている。 したがって.脳波の睡眠紡錘波や徐波は.脳の皮質や視床領域における電気活動の興奮性の変化を表しており.これらの波は主観的に「ノイズ」とみなすことはできず.脳が特定の機能を果たすために必要な信号でもある。
1.睡眠のメカニズムと機能
一般的に.すべての研究結果は2つの見解を支持している。 第一の見解によれば.哺乳類の睡眠は概日リズムの休息時に起こるが.実際には視床下部と脳幹による能動的な制御の結果であることは明らかである。
これまで研究されてきたほとんどすべての哺乳類が.睡眠中にNREMとREMの交替を示すことから.睡眠は普遍的なメカニズムであるだけでなく.その役割は決して想像されるような単純なエネルギーの節約ではないことが示唆される。 睡眠が連続的で細かく調整された調節機構を持つという発見は.さらに.睡眠にはさらなる機能があるはずだということを示唆している。 例えば.身体のエネルギー安定性をコントロールし.学習能力を高めるという睡眠の役割が最近発見された。 また.睡眠が手続き学習を高めるというスティックゴールドの示唆も想起される（詳細は「睡眠依存的な記憶の定着過程」を参照）。
今.睡眠と学習能力という分野に対する研究者の熱意が再燃している。 これは主に.睡眠が学習した運動技能を強化するのに役立つことが陸生哺乳類で観察されたためである。 非常に睡眠不足の状態でも学習できる動物もいるが.だからといって.睡眠と学習能力の向上との間に発見された関連性が存在しないわけではない。 一般的な現象としては.ほとんどの動物は.できることなら睡眠を学習に役立てたいと考えている。 睡眠がどのようにナラティブ記憶を助けるのか（あるいは助けないのか）という問題を解明するには.もっと手の込んだ実験デザインと大変な努力が必要であり.解決すべき難題がある。 次に考えるべき問題は.記憶とは学習したことを意識的に思い出し.整理することであるとするならば.睡眠は記憶をどのように助けるのかという問題を論じることができるということである。
生物種間や.同じ生物種でも異なる年齢層間での睡眠の違いを詳細に研究した結果.睡眠にはさまざまな機能があることがわかった。
これらの機能は.たとえある種で特定の機能が欠けていたとしても.種によって異なる。 同じ機能が覚醒状態の異なる段階で達成される可能性があるという事実は.睡眠が機能しないという意味ではなく.むしろ睡眠が比較的少ない種は.この要件を満たすための他のチャンネルを持っているに違いなく.この「可塑性」は明らかに多機能である。 脳には睡眠に関連する多くの機能とメカニズムがある。
睡眠系統学は長い間研究され.睡眠は通常.脳のサイズが比較的大きい獣脚類にのみ起こることがすぐに明らかになった。 アリソンとチケッティの研究によると.睡眠の回数.睡眠の深さ.睡眠時間の分布は.異なる生態学的ニッチに適応するために.種によって異なることが示唆されている。 一般的に.ライオンのような大型の肉食動物は野外の生息地を好み.採食や交尾をしないときはより長く.より深く眠る。対照的に.ウサギのような小型の草食動物は穴蔵を好み.採食や交尾のために多くの時間を必要とするため.睡眠時間は短い。 同時に.捕食を防ぐために起きていなければならない。 したがって.この研究は.動物が眠れるなら眠るだろうと結論付けている。
また.人間の睡眠に関する研究は.研究者が非常に複雑なタイプの睡眠障害を多数特定していることから.睡眠が非常に多様であることを示している。
睡眠が能動的に調節されたプロセスであると考えれば.なぜある人はあまり眠らず.ある人はたくさん眠り.またある人は平均的な人とは異なる時間に眠るのかを理解することができる。 これらの睡眠障害に関する総説を書いたMahowaldとSchenckは.睡眠と覚醒を分ける状態の多くが非常に邪魔になることを指摘している（詳細は「睡眠障害研究の進歩」を参照）。
睡眠に関する最新技術の進歩は.夢見に関する理論にどのような影響を与えるのでしょうか？ 夢は昼間の経験に対する記憶の反応であるというフロイトの見解に反して.最近の研究データでは.夢には6日前までの記憶の断片が多数あらかじめ混入していることが示唆されている。 しかし.体系的な再現が待たれるという知見は.夢の原因に関するどのような説も.たとえ根拠がなくても.寛容かつ非批判的に受け入れるべきであることを示唆している。 ニールセンの研究は.こうした現象の背後にある秘密を探ることを目的としている（詳細は「夢の記憶の源は何か」を参照）。
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2.睡眠と意識
おそらく現代の睡眠科学の最も重要な関心事の1つである.意識の性質の謎については.本稿では扱わない。 何世紀もの間.私たちは睡眠と脳の関係を誤解してきた。というのも.睡眠中に意識は停止し.目覚めたときに初めて再び活発になるという誤った判断を下してきたからである。 しかし.時折見る夢は上記の説を否定するが.ジークムント・フロイトを含む多くの偉大な科学者もまた.夢は起きている間にしか見られないと誤って思い込んできた。
確かにNREM睡眠中には意識は存在しないが.それでも入眠直後（夢のような精神活動があるとき）には脳の活動とともに変化する。
この活動は.NREM睡眠中の入眠の浅い段階と.夢が続くより長く顕著なREM睡眠中に起こる。 睡眠は記憶に大きな影響を与えるため.睡眠中の精神活動の状態を正確かつ確実に記述することは難しい。 しかし.現在では.睡眠中の脳はさまざまな睡眠段階にあり.それに応じて人の意識も変化することがわかっている。
このことは.意識状態仮説にさらなる裏付けを与えている。
この仮説は.睡眠と覚醒のサイクルで脳機能が変化するように.人の意識状態もテンプレートのような構造で変化することを示唆している。 意識を研究する1つの方法は.脳の変化と思考の変化の両方を記録し.それらのつながりを注意深く分析することである。 では.脳の活動はどのように意識を制御しているのだろうか？ 睡眠中の主観的体験を直接研究することは.現在本格化している意識研究の分野では非常に重要なアプローチである。 しかし.この主観体験へのアプローチには多くの問題点があり.最も勇敢な科学者たちをも挫折させてきた。 また.個人の主観的な意見は.この主観的なデータをふるいにかけ.フィルタリングすることに多大な労力を費やさない限り.研究材料としてまったく利用できないという点にも注意が必要である。
平均的なボランティアは.非常に起きている状態.起きている状態.ちょうど眠っている状態.NREM睡眠期.REM睡眠期の精神活動について報告するよう求められる。 研究者は.幻覚.思考.その時の脳との相互関係の記述についてボランティアを評価する。 幻覚は非常に覚醒した状態で最も少なく.レム睡眠時に最も多かった。
これらの現象は.脳が睡眠後に知覚と思考の両方を行えることを示唆している。 しかし.その両方を同時に行うことはできない。 この意味で.夢は精神疾患と呼ばれる幻覚や妄想のようなものである。
別の研究では.研究者はこの仮説を検証した。
研究者たちは.認知の不連続性と矛盾性の評価で高得点を取った統合失調症患者に.主題理解テスト（TAT）を実施した。
これらの知見は.統合失調症患者の認知の不連続性と矛盾を評価するTAT（Thematic Apprehensive Test）が高得点であったことを裏付けている。
これらの知見は.レム睡眠相が.独特の精神病的精神活動を生み出す脳の生理的状態であるという仮説を支持するものである。 しかし.脳のこの機能は覚醒状態では抑制されている。 言い換えれば.覚醒状態の脳には正常な夢見活動はない。 逆に言えば.正常な夢は.脳と精神の高度に異常な状態に対する正常な反応と考えることができる。
睡眠と脳の研究は.生物学と心理学の研究分野が融合した非常に珍しいものです。