การนอนหลับแบบเคลื่อนไหวลูกตาอย่างรวดเร็ว ( REM sleepหรือREMS ) เป็นระยะการนอนหลับ ที่ไม่เหมือนใคร ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ทั้งหมด (รวมถึงมนุษย์ ) และนกและในสัตว์เลื้อยคลาน บางชนิด ^{[ 1 ]}ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการเคลื่อนไหวของดวงตา อย่างรวดเร็วแบบสุ่ม พร้อมกับกล้ามเนื้อทั่วร่างกายที่อ่อนแรง และผู้ที่นอนหลับมักจะฝันอย่างชัดเจน อุณหภูมิแกนกลางของร่างกายและสมองจะเพิ่มขึ้นในระหว่างการนอนหลับแบบ REM และอุณหภูมิผิวหนังจะลดลงจนถึงค่าต่ำสุด^{[ 1 ] [ 2 ]}

ระยะ REM ยังเป็นที่รู้จักในชื่อการนอนหลับแบบขัดแย้ง ( PS ) และบางครั้งเรียก ว่า การนอนหลับที่ไม่ประสานกันหรือ การนอน หลับแบบฝัน^{[ 3 ]}เนื่องจากมีความคล้ายคลึงทางสรีรวิทยากับสภาวะตื่นตัว รวมถึงคลื่นสมอง ที่ไม่ประสานกันอย่างรวดเร็วและมีแรงดันต่ำ กิจกรรมทางไฟฟ้าและเคมีที่ควบคุมระยะนี้ดูเหมือนจะมีต้นกำเนิดมาจากก้านสมองและมีลักษณะเด่นที่สุดคือมีสาร สื่อ ประสาทอะเซทิลโคลีน จำนวน มาก ร่วมกับการขาดสารสื่อ ประสาท โมโนอะมีนอย่างฮิสตามีน เซโรโทนินและ นอร์ เอพิเนฟริน เกือบทั้งหมด ^{[ 4 ]}ประสบการณ์ของการนอนหลับ REM จะไม่ถูกถ่ายโอนไปยังความทรงจำถาวรเนื่องจากไม่มีนอร์เอพิเนฟริน^{[ 3 ]}

การนอนหลับแบบ REM มีความแตกต่างทางสรีรวิทยาจากระยะอื่นๆ ของการนอนหลับ ซึ่งโดยรวมเรียกว่าการนอนหลับแบบไม่ใช่ REM (NREM sleep, NREMS, synchronized sleep) การขาดการกระตุ้นทางสายตาและการได้ยิน ( การขาดการกระตุ้นทางประสาทสัมผัส ) ในระหว่างการนอนหลับแบบ REM อาจทำให้เกิดภาพหลอนได้ [ ^{5 ] การ}นอนหลับแบบ REM และไม่ใช่ REM จะสลับกันภายในหนึ่งรอบการนอนหลับ ซึ่งกินเวลาประมาณ 90 นาทีในมนุษย์ผู้ใหญ่ เมื่อรอบการนอนหลับดำเนินต่อไป สัดส่วนของการนอนหลับแบบ REM จะเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนไปสู่การนอนหลับแบบ REM นำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่เห็นได้ชัด เริ่มต้นด้วยการระเบิดของกระแสไฟฟ้าที่เรียกว่า "คลื่นพอนโต-เจนิคูโล-ออกซิปิตัล" ( คลื่น PGO ) ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากก้านสมองการนอนหลับแบบ REM เกิดขึ้น 4 ครั้งในการนอนหลับ 7 ชั่วโมง^{[ 6 ]} สิ่งมีชีวิตที่นอนหลับแบบ REM จะระงับ ภาวะสมดุลส่วนกลางทำให้เกิดความผันผวนอย่างมากในการหายใจการควบคุมอุณหภูมิและการไหลเวียนโลหิตซึ่งไม่เกิดขึ้นในโหมดการนอนหลับหรือการตื่นแบบอื่นๆ ร่างกายสูญเสียความตึงตัวของกล้ามเนื้ออย่างกะทันหัน ซึ่งเป็นสภาวะที่เรียกว่า REM atonia ^{[ 4 ] [ 7 ]}

ในปี พ.ศ. 2496 ศาสตราจารย์Nathaniel KleitmanและนักศึกษาของเขาEugene Aserinskyได้กำหนดการเคลื่อนไหวของดวงตาอย่างรวดเร็ว (REM) และเชื่อมโยงกับการฝัน นักวิจัยหลายคน รวมถึงWilliam DementและMichel Jouvet ได้อธิบายการนอนหลับ REM เพิ่มเติม การทดลองหลายครั้งเกี่ยวข้องกับการปลุกผู้ทดสอบเมื่อใดก็ตามที่พวกเขาเริ่มเข้าสู่ระยะ REM ซึ่งทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่าการขาด REM ผู้ทดสอบที่ได้รับอนุญาตให้นอนหลับตามปกติอีกครั้งมักจะประสบกับการฟื้นตัวของ REM ในระดับปานกลาง เทคนิคการผ่าตัดระบบประสาทการฉีดสารเคมี การตรวจคลื่น ไฟฟ้าสมองการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบโพซิตรอนและรายงานของผู้ฝันเมื่อตื่นนอน ล้วนถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาระยะการนอนหลับนี้^{[ 8 ]}

การนอนหลับแบบ REM เรียกว่า "แบบขัดแย้ง" เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับการตื่นตัวแม้ว่าร่างกายจะเป็นอัมพาต แต่สมองกลับทำงานราวกับว่ายังตื่นอยู่บ้าง โดย เซลล์ ประสาทในสมองทำงานด้วยความเข้มข้นโดยรวมเท่ากับตอนตื่น^{[ 9 ] [ 10 ]}การตรวจคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) ในระหว่างการนอนหลับแบบ REM เผยให้เห็นการสั่นของคลื่น ประสาท (คลื่นสมอง) ที่รวดเร็ว มีแอมพลิจูดต่ำ และไม่ประสานกันซึ่งคล้ายกับรูปแบบที่เห็นในระหว่างการตื่นตัว ซึ่งแตกต่างจาก รูปแบบ คลื่นเดลต้า (δ) ที่ช้า ของการนอนหลับลึกแบบ NREM ^{[ 4 ] [ 11 ] : §1.2 7–23} องค์ประกอบสำคัญของความแตกต่างนี้คือจังหวะเธต้า 3–10 Hz ในฮิปโปแคมปัส^{[ 11 ] : §7.2–3 206–208} และคลื่นแกมมา 40–60 Hz ในคอร์เท็กซ์รูปแบบกิจกรรม EEG ที่คล้ายกับจังหวะเหล่านี้ยังพบได้ในระหว่างการตื่นตัวด้วย^{[ 12 ]} เซลล์ประสาท คอร์ติคัลและทาลามัสในสมองขณะตื่นและขณะหลับ REM มีการลดขั้ว มากกว่า (ยิงได้ง่ายกว่า) เมื่อเทียบกับสมองขณะหลับลึก NREM ^{[ 11 ] : §8.1 232–243} กิจกรรมคลื่นธีตาของมนุษย์เด่นชัดในช่วงหลับ REM ทั้งในฮิปโปแคมปัสและคอร์เท็กซ์^{[ 13 ] [ 14 ]}

ในระหว่างการนอนหลับ REM การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของสมองจะแสดงออกมาต่างจากในขณะตื่น บริเวณส่วนหน้าและส่วนหลังมีความสอดคล้อง กันน้อยลง ในความถี่ส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ถูกอ้างถึงในความสัมพันธ์กับประสบการณ์ที่วุ่นวายของการฝัน อย่างไรก็ตาม บริเวณส่วนหลังมีความสอดคล้องกันมากขึ้น เช่นเดียวกับซีกสมองด้านขวาและด้านซ้าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่าง การ ฝันแบบรู้ตัว^{[ 15 ] [ 16 ]}

การใช้พลังงานของสมองในระหว่างการนอนหลับ REM ซึ่งวัดจากการเผาผลาญออกซิเจนและกลูโคส เท่ากับหรือมากกว่าการใช้พลังงานในขณะตื่น อัตราในระหว่างการนอนหลับที่ไม่ใช่ REM จะต่ำกว่า 11–40% ^{[ 17 ]}

กิจกรรมทางประสาทในระหว่างการนอนหลับ REM ดูเหมือนจะมีต้นกำเนิดมาจากก้านสมองโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พอ นไทน์เทกเมนตัมและโลคัสโคเอรูเลียสการนอนหลับ REM จะถูกขัดจังหวะและเกิดขึ้นทันทีหลังจากคลื่น PGO (ponto-geniculo-occipital)ซึ่งเป็นการระเบิดของกิจกรรมทางไฟฟ้าที่มีต้นกำเนิดมาจากก้านสมอง^{[ 11 ] : §9.1–2 263–282} (คลื่น PGO ได้รับการวัดโดยตรงในแมวมานานแล้ว แต่ไม่ได้วัดในมนุษย์เนื่องจากข้อจำกัดในการทดลอง อย่างไรก็ตาม ได้มีการสังเกตผลกระทบที่เทียบเคียงได้ในมนุษย์ในระหว่างเหตุการณ์ "เฟส" ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างการนอนหลับ REM และจึงอนุมานได้ว่ามีคลื่น PGO ที่คล้ายกัน) ^{[ 16 ]}คลื่นเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นกลุ่มๆ ประมาณทุกๆ 6 วินาที เป็นเวลา 1–2 นาที ในระหว่างการเปลี่ยนจากหลับลึกไปสู่การนอนหลับแบบพาราดอกซ์^{[ 11 ]}พวกมันแสดงแอมพลิจูดสูงสุดเมื่อเคลื่อนเข้าไปในคอร์เทกซ์การมองเห็นและเป็นสาเหตุของ "การเคลื่อนไหวของดวงตาอย่างรวดเร็ว" ในการนอนหลับแบบพาราดอกซ์^{[ 18 ] [ 19 ] [ 17 ]}กล้ามเนื้ออื่นๆ ก็อาจหดตัวภายใต้อิทธิพลของคลื่นเหล่านี้ได้เช่นกัน^{[ 20 ]}

งานวิจัยในช่วงทศวรรษ 1990 โดยใช้การตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบโพซิตรอน (PET) ยืนยันบทบาทของก้านสมองและชี้ให้เห็นว่าภายในสมองส่วนหน้าระบบลิมบิกและพาราลิมบิกแสดงการทำงานมากกว่าบริเวณอื่นๆ^{[ 9 ]}บริเวณที่ทำงานระหว่างการนอนหลับ REM นั้นตรงกันข้ามกับบริเวณที่ทำงานระหว่างการนอนหลับที่ไม่ใช่ REM โดยประมาณ^{[ 17 ]}และแสดงกิจกรรมมากกว่าในขณะตื่นอย่างสงบ "บริเวณการทำงาน REM ของพาราลิมบิกส่วนหน้า" (APRA) ประกอบด้วยบริเวณที่เชื่อมโยงกับอารมณ์ความทรงจำ ความกลัว และเพศ และอาจเกี่ยวข้องกับประสบการณ์การฝันระหว่างการนอนหลับ REM ^{[ 16 ] [ 21 ]}งานวิจัย PET ล่าสุดระบุว่าการกระจายตัวของกิจกรรมสมองระหว่างการนอนหลับ REM นั้นแตกต่างกันไปตามประเภทของกิจกรรมที่เห็นในช่วงตื่นก่อนหน้า^{[ 9 ]}

บริเวณสมองส่วนหน้าด้านบนบริเวณสมองส่วนหน้าตรงกลาง ร่องระหว่างสมองส่วนข้างและเปลือกสมองส่วนข้างด้านบนซึ่งเป็นบริเวณที่เกี่ยวข้องกับ กิจกรรม ทางจิต ที่ซับซ้อน แสดงให้เห็นกิจกรรมที่เท่ากันในระหว่างการนอนหลับ REM เช่นเดียวกับในขณะตื่นอะมิกดาลายังทำงานในระหว่างการนอนหลับ REM และอาจมีส่วนร่วมในการสร้างคลื่น PGO และการระงับอะมิกดาลาในการทดลองส่งผลให้การนอนหลับ REM น้อยลง^{[ 22 ]}อะมิกดาลายังอาจควบคุมการทำงานของหัวใจแทนที่เปลือกสมองส่วนอินซูลาร์ ที่ทำงานน้อยลง ^{[ 9 ]}

เมื่อเปรียบเทียบกับการนอนหลับแบบคลื่นช้าทั้งการตื่นและการนอนหลับแบบพาราดอกซ์เกี่ยวข้องกับการใช้สารสื่อประสาทอะเซทิลโคลีน ในปริมาณที่สูงกว่า ซึ่งอาจทำให้คลื่นสมองเร็วขึ้น สารสื่อประสาทโมโน อะมีน เช่นนอร์ เอพิ เนฟริน เซโรโทนินและฮิสตามีน จะไม่มีอยู่เลย การฉีดสารยับยั้งอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสซึ่งช่วยเพิ่มอะเซทิลโคลีนที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พบว่าสามารถกระตุ้นให้เกิดการนอนหลับแบบพาราดอกซ์ในมนุษย์และสัตว์อื่นๆ ที่อยู่ในภาวะการนอนหลับแบบคลื่นช้าอยู่แล้วคาร์บาโคลซึ่งเลียนแบบผลของอะเซทิลโคลีนต่อเซลล์ประสาท มีอิทธิพลที่คล้ายคลึงกัน ในมนุษย์ที่ตื่น การฉีดแบบเดียวกันนี้จะทำให้เกิดการนอนหลับแบบพาราดอกซ์ก็ต่อเมื่อสารสื่อประสาทโมโนอะมีนหมดไปแล้วเท่านั้น^{[ 4 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

สารสื่อประสาทอีกสองชนิดได้แก่โอเร็กซินและกรดแกมมาอะมิโนบิวทิริก (GABA) ดูเหมือนจะส่งเสริมการตื่นตัว ลดลงในระหว่างการนอนหลับลึก และยับยั้งการนอนหลับแบบพาราดอกซ์^{[ 4 ] [ 27 ]}

ต่างจากการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในรูปแบบไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสมองแสดงให้เห็นการแกว่งเป็นระยะอย่างต่อเนื่อง^{[ 28 ]}

ตามสมมติฐานการกระตุ้น-สังเคราะห์ที่เสนอโดยRobert McCarleyและAllan Hobsonในปี 1975–1977 การควบคุมการนอนหลับ REM เกี่ยวข้องกับเส้นทางของเซลล์ประสาท "REM-on" และ "REM-off" ในก้านสมอง เซลล์ประสาท REM-on ส่วนใหญ่เป็นโคลินเนอร์จิก (เช่น เกี่ยวข้องกับอะเซทิลโคลีน ) เซลล์ประสาท REM-off กระตุ้นเซโรโทนินและนอร์อะดรีนาลีน ซึ่งมีหน้าที่หลายอย่าง รวมถึงการยับยั้งเซลล์ประสาท REM-on McCarley และ Hobson แนะนำว่าเซลล์ประสาท REM-on กระตุ้นเซลล์ประสาท REM-off จริงๆ จึงทำหน้าที่เป็นกลไกสำหรับการหมุนเวียนระหว่างการนอนหลับ REM และ non-REM ^{[ 4 ] [ 23 ] [ 25 ] [ 29 ]}พวกเขาใช้สมการ Lotka–Volterraเพื่ออธิบายความสัมพันธ์ผกผันแบบวัฏจักรนี้^{[ 11 ] : §12.2 369–373} Kayuza Sakai และ Michel Jouvet ได้เสนอแบบจำลองที่คล้ายกันในปี 1981 ^{[ 27 ]}ในขณะที่อะเซทิลโคลีนปรากฏในคอร์เทกซ์อย่างเท่าเทียมกันระหว่างการตื่นตัวและ REM แต่ปรากฏในความเข้มข้นที่สูงกว่าในก้านสมองระหว่าง REM ^{[ 30 ]}การถอนตัวของโอเร็กซินและ GABA อาจทำให้ไม่มีสารสื่อประสาทกระตุ้นอื่นๆ^{[ 31 ] :} นักวิจัย 16 คนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้รวมการควบคุม GABA ไว้ในแบบจำลองของพวกเขามากขึ้นเรื่อยๆ^{[ 32 ]}

การเคลื่อนไหวของดวงตาส่วนใหญ่ในระหว่างการนอนหลับแบบ "การเคลื่อนไหวของดวงตาอย่างรวดเร็ว" นั้นช้ากว่าการเคลื่อนไหวของดวงตาที่เกิดขึ้นตามปกติในขณะตื่นนอน นอกจากนี้ยังมีระยะเวลาสั้นกว่าและมีแนวโน้มที่จะวนกลับไปยังจุดเริ่มต้น โดยเฉลี่ยแล้วจะเกิดการวนซ้ำประมาณเจ็ดครั้งในหนึ่งนาทีของการนอนหลับแบบ REM ในระหว่างการนอนหลับแบบคลื่นช้า ดวงตาอาจแยกออกจากกันได้ อย่างไรก็ตาม ดวงตาของผู้ที่นอนหลับแบบ REM จะเคลื่อนไหวไปพร้อมกัน^{[ 11 ] : §10.7.2 307–309} การเคลื่อนไหวของดวงตาเหล่านี้เป็นไปตามคลื่นพอนโต-เจนิคูโล-ออกซิปิตัลที่กำเนิดมาจากก้านสมอง^{[ 18 ] [ 19 ]}การเคลื่อนไหวของดวงตาเองอาจเกี่ยวข้องกับความรู้สึกในการมองเห็นที่เกิดขึ้นในความฝัน^{[ 33 ]}แต่ความสัมพันธ์โดยตรงยังคงต้องได้รับการพิสูจน์อย่างชัดเจน ผู้ที่ตาบอดแต่กำเนิด ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่มีภาพในความฝัน ก็ยังคงขยับดวงตาในระหว่างการนอนหลับแบบ REM ^{[ 17 ]}คำอธิบายทางเลือกอีกประการหนึ่งชี้ให้เห็นว่าวัตถุประสงค์เชิงหน้าที่ของการนอนหลับ REM คือ การประมวล ผลความจำเชิงกระบวนการและการเคลื่อนไหวของดวงตาอย่างรวดเร็วเป็นเพียงผลข้างเคียงของสมองในการประมวลผลความจำเชิงกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับดวงตา^{[ 34 ] [ 35 ]}

โดยทั่วไป ร่างกายจะระงับภาวะสมดุลในระหว่างการนอนหลับแบบพาราดอก ซ์ อัตราการเต้นของ หัวใจความดันโลหิตปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีด ความดันโลหิตและอัตราการหายใจจะผิดปกติอย่างรวดเร็วเมื่อร่างกายเข้าสู่การนอนหลับแบบ REM ^{[ 31 ] : 12–15} โดยทั่วไป ปฏิกิริยาตอบสนองทางระบบหายใจ เช่น การตอบสนองต่อภาวะขาดออกซิเจนจะลดลง โดยรวมแล้ว สมองจะควบคุมการหายใจน้อยลง การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าของบริเวณสมองที่เชื่อมโยงกับการหายใจจะไม่ส่งผลต่อปอด เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในระหว่างการนอนหลับแบบไม่ใช่ REM และในขณะตื่น^{[ 31 ] : 35–15}

การแข็งตัวของอวัยวะเพศชาย ( การแข็งตัวของอวัยวะเพศชายในเวลากลางคืนหรือ NPT) มักเกิดขึ้นพร้อมกับการนอนหลับแบบ REM ในหนูและมนุษย์^{[ 36 ] : 169–173} หากผู้ชายมี ภาวะ หย่อนสมรรถภาพทางเพศ (ED) ขณะตื่น แต่มี NPT เกิดขึ้นระหว่างการนอนหลับแบบ REM แสดงว่า ED นั้นมีสาเหตุมาจากด้านจิตใจมากกว่าด้านสรีรวิทยา ในผู้หญิง การแข็งตัวของคลิตอริส ( การแข็งตัวของคลิตอริสในเวลากลางคืนหรือ NCT) ทำให้เกิดการขยายตัว พร้อมกับการไหลเวียนของเลือดในช่องคลอดและการซึมผ่าน (เช่น การหล่อลื่น) ในระหว่างการนอนหลับปกติ อวัยวะเพศชายและคลิตอริสอาจแข็งตัวเป็นเวลารวมตั้งแต่หนึ่งชั่วโมงถึงสามชั่วโมงครึ่งในระหว่างการนอนหลับแบบ REM ^{[ 37 ]}

อุณหภูมิร่างกายไม่ได้รับการควบคุมอย่างดีในระหว่างการนอนหลับ REM ดังนั้นสิ่งมีชีวิตจึงไวต่ออุณหภูมิที่อยู่นอกช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม มากขึ้น แมวและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กที่มีขนอื่นๆ จะสั่นและหายใจเร็วขึ้นเพื่อควบคุมอุณหภูมิในระหว่างการนอนหลับ NRREM แต่ไม่ใช่ในระหว่างการนอนหลับ REM ^{[ 31 ] : 12–13} เมื่อสูญเสียความตึงตัวของกล้ามเนื้อ สัตว์จะสูญเสียความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิผ่านการเคลื่อนไหวของร่างกาย (อย่างไรก็ตาม แม้แต่แมวที่มีรอยโรคที่พอนส์ซึ่งป้องกันภาวะกล้ามเนื้ออ่อนแรงในระหว่างการนอนหลับ REM ก็ไม่ได้ควบคุมอุณหภูมิด้วยการสั่น) ^{[ 31 ] : 51–52} เซลล์ประสาทที่ปกติจะทำงานเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิที่เย็น ซึ่งเป็นตัวกระตุ้นสำหรับการควบคุมอุณหภูมิของระบบประสาท จะไม่ทำงานในระหว่างการนอนหลับ REM เหมือนกับที่เกิดขึ้นในระหว่างการนอนหลับ NREM และการตื่น^{[ 31 ] : 51–52}

ดังนั้น อุณหภูมิแวดล้อมที่ร้อนหรือเย็นจัดสามารถลดสัดส่วนของการนอนหลับแบบ REM รวมถึงปริมาณการนอนหลับทั้งหมดได้^{[ 38 ] [ 31 ] : 57–59} กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากในตอนท้ายของระยะการนอนหลับลึก ตัวบ่งชี้อุณหภูมิของสิ่งมีชีวิตอยู่นอกช่วงที่กำหนด มันจะไม่เข้าสู่การนอนหลับแบบพาราด็อกซี เกรงว่าการควบคุมที่ไม่เหมาะสมจะทำให้อุณหภูมิเบี่ยงเบนไปจากค่าที่ต้องการมากขึ้น^{[ 31 ] : 45} กลไกนี้สามารถ 'หลอก' ได้โดยการทำให้สมองอุ่นขึ้นอย่างประดิษฐ์^{[ 31 ] : 61}

REM atoniaซึ่งเป็นอัมพาตเกือบสมบูรณ์ของร่างกาย เกิดขึ้นจากการยับยั้งเซลล์ประสาทสั่งการ เมื่อร่างกายเข้าสู่การนอนหลับ REM เซลล์ประสาทสั่งการทั่วร่างกายจะผ่านกระบวนการที่เรียกว่าhyperpolarization : ^{[ 39 ]}ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ที่เป็นลบอยู่แล้วจะลดลงอีก 2–10 มิลลิโวลต์ทำให้เกณฑ์ที่ต้องเอาชนะเพื่อกระตุ้นเซลล์ประสาทเพิ่มสูงขึ้น การยับยั้งกล้ามเนื้ออาจเกิดจากการขาดสารสื่อประสาทโมโนอะมีน (จำกัดปริมาณของอะเซทิลโคลีนในก้านสมอง) และอาจเกิดจากกลไกที่ใช้ในการยับยั้งกล้ามเนื้อขณะตื่น^{[ 11 ] : §10.8–9.1 309–324} เมดุลลาออบลองกาตาซึ่งตั้งอยู่ระหว่างพอนส์และกระดูกสันหลัง ดูเหมือนจะมีศักยภาพในการยับยั้งกล้ามเนื้อทั่วร่างกาย^{[ 7 ]}การกระตุกและการสะท้อนกลับเฉพาะที่บางอย่างยังคงเกิดขึ้นได้^{[ 31 ] : 17} รูม่านตาหดตัว^{[ 20 ]}

การขาดภาวะกล้ามเนื้ออ่อนแรงในระยะ REM ทำให้เกิดความผิดปกติทางพฤติกรรม ในระยะ REM ซึ่งผู้ที่ได้รับผลกระทบจะแสดงออกทางกายภาพตามความฝันของตน^{[ 40 ]} หรือในทางกลับกัน "ฝันถึงการกระทำของตน" ภายใต้ทฤษฎีทางเลือกเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างแรงกระตุ้นของกล้ามเนื้อในระหว่าง REM และ ภาพในจิตใจ ที่เกี่ยวข้อง (ซึ่งจะใช้ได้กับผู้ที่ไม่มีภาวะนี้เช่นกัน ยกเว้นว่าคำสั่งไปยังกล้ามเนื้อของพวกเขาถูกระงับ) ^{[ 11 ] : §13.3.2.3 428–432} นี่แตกต่างจากการเดินละเมอ แบบทั่วไป ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างการนอนหลับแบบคลื่นช้า ไม่ใช่ REM ^{[ 36 ] : 102} ในทางตรงกันข้ามโรคนอนหลับผิด ปกติดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับภาวะกล้ามเนื้ออ่อนแรงในระยะ REM ที่มากเกินไปและไม่พึงประสงค์: อาการกล้ามเนื้ออ่อนแรงฉับพลันและ อาการง่วง นอนมากเกินไปในเวลากลางวันขณะตื่นการเห็นภาพหลอนก่อนเข้าสู่การนอนหลับแบบคลื่นช้า หรืออัมพาตขณะตื่น^{[ 11 ] : §13.1 396–400} ความผิดปกติทางจิตเวชอื่นๆ รวมถึงภาวะซึมเศร้ามีความเชื่อมโยงกับการนอนหลับในระยะ REM ที่ไม่สมดุล^{[ 11 ] : §13.2 400–415} ผู้ป่วยที่สงสัยว่ามีภาวะนอนไม่หลับมักจะได้รับการประเมินด้วยการตรวจการนอนหลับแบบโพลีซอมโนแกรม^{[ 41 ] [ 42 ]}

การทำลายพอนส์เพื่อป้องกันภาวะอะโทเนียทำให้เกิด "ความผิดปกติทางพฤติกรรม REM" ในสัตว์^{[ 31 ] : 87}

การนอนหลับแบบเคลื่อนไหวลูกตาอย่างรวดเร็ว (REM) นับตั้งแต่การค้นพบนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการฝันการปลุกผู้ที่กำลังนอนหลับในระหว่างช่วง REM เป็นวิธีการทดลองทั่วไปในการรับรายงานความฝัน โดย 80% ของผู้คนสามารถให้รายงานความฝันได้ภายใต้สถานการณ์เหล่านี้^{[ 43 ] : 10, 34 [ 16 ]}ผู้ที่ถูกปลุกจาก REM มักจะให้คำอธิบายความฝัน ที่ยาวกว่าและ เป็นเรื่องราว มากกว่า และประเมินระยะเวลาของความฝันของพวกเขาว่ายาวนานกว่า ^{[ 17 ] [ 44 ]} มีการรายงาน ความฝันที่รู้ตัวบ่อยกว่ามากในระหว่างการนอนหลับแบบ REM ^{[ 45 ]} (อันที่จริง ความฝันเหล่านี้อาจถือได้ว่าเป็นสถานะลูกผสมที่รวมองค์ประกอบสำคัญของการนอนหลับแบบ REM และจิตสำนึกในขณะตื่น) ^{[ 17 ]}เหตุการณ์ทางจิตที่เกิดขึ้นในระหว่าง REM มักจะมีลักษณะเด่นของความฝัน ได้แก่ โครงสร้างการเล่าเรื่อง ความน่าเชื่อถือ (เช่น ความคล้ายคลึงกับประสบการณ์ในชีวิตจริง) และการรวมเอาธีมตามสัญชาตญาณ^{[ 17 ]}บางครั้ง ความฝันจะรวมถึงองค์ประกอบจากประสบการณ์ล่าสุดของผู้ฝันที่นำมาจากความทรงจำแบบเป็นตอนโดยตรง^{[ 9 ]}จากการประมาณการหนึ่ง พบว่าร้อยละ 80 ของความฝันเกิดขึ้นในช่วง REM ^{[ 46 ]}

ฮอบสันและแมคคาร์ลีย์เสนอว่าคลื่น PGO ที่เป็นลักษณะเฉพาะของ REM แบบ "เฟสิก" อาจส่งกระแสไฟฟ้ากระตุ้นไปยังคอร์เทกซ์การมองเห็นและสมองส่วนหน้า ซึ่งจะขยายลักษณะภาพหลอนของการฝัน^{[ 24 ] [ 29 ]}อย่างไรก็ตาม ผู้ที่ตื่นขึ้นระหว่างการนอนหลับไม่ได้รายงานว่ามีความฝันแปลกประหลาดมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในช่วง REM แบบเฟสิก เมื่อเทียบกับ REM แบบโทนิก^{[ 44 ]}ความสัมพันธ์ที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งระหว่างสองปรากฏการณ์นี้อาจเป็นเพราะเกณฑ์ที่สูงขึ้นสำหรับการขัดจังหวะประสาทสัมผัสในระหว่างการนอนหลับ REM ช่วยให้สมองสามารถเดินทางไปตามกระบวนการคิดที่ไม่สมจริงและแปลกประหลาดได้ไกลขึ้น^{[ 44 ]}

ความฝันบางอย่างสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการนอนหลับแบบไม่ REM “ผู้ที่นอนหลับไม่สนิท” อาจประสบกับความฝันในระหว่างการนอนหลับแบบไม่ REM ระยะที่ 2 ในขณะที่ “ผู้ที่นอนหลับสนิท” เมื่อตื่นขึ้นในระยะเดียวกัน มักจะรายงานว่า “กำลังคิด” มากกว่า “กำลังฝัน” ความพยายามทางวิทยาศาสตร์บางอย่างในการประเมินลักษณะที่แปลกประหลาดเฉพาะตัวของความฝันที่เกิดขึ้นขณะหลับ จำเป็นต้องสรุปว่าความคิดในขณะตื่นอาจแปลกประหลาดไม่แพ้กัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่ ขาดการรับรู้ ทางประสาทสัมผัส^{[ 44 ] [ 47 ]} เนื่องจาก การฝันแบบไม่ REM นักวิจัยด้านการนอนหลับบางคนจึงโต้แย้งอย่างหนักแน่นถึงความสำคัญของการเชื่อมโยงความฝันกับระยะการนอนหลับแบบ REM ความเป็นไปได้ที่ลักษณะทางประสาทวิทยาที่รู้จักกันดีของ REM ไม่ได้ทำให้เกิดความฝันนั้น ชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นในการตรวจสอบชีววิทยาประสาทของความฝันอีกครั้ง^{[ 43 ] : 54–57} นักวิจัยบางคน (เช่น Dement, Hobson, Jouvet) มักจะต่อต้านแนวคิดเรื่องการแยกความฝันออกจาก การนอนหลับแบบ REM ^{[ 17 ] [ 36 ] : 104}

งานวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าสารยับยั้งการดูดซึมเซโรโทนินแบบเลือก (SSRIs) มีผลสำคัญต่อระบบประสาทชีววิทยาของการนอนหลับ REM และการฝัน^{[ 48 ]}การศึกษาที่ Harvard Medical School ในปี 2000 ได้ทดสอบผลของparoxetineและfluvoxamineในผู้ชายและผู้หญิงวัยหนุ่มสาวที่มีสุขภาพดีเป็นเวลา 31 วัน: สัปดาห์พื้นฐานที่ปราศจากยา 19 วันที่ใช้ paroxetine หรือ fluvoxamine ในปริมาณเช้าและเย็น และ 5 วันที่หยุดยาโดยสิ้นเชิง^{[ 49 ]}ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการรักษาด้วย SSRI ลดความถี่ในการจำความฝันโดยเฉลี่ยเมื่อเทียบกับการวัดค่าพื้นฐานอันเป็นผลมาจากการระงับ REM ของเซโรโทนิน^{[ 49 ]} Fluvoxamine เพิ่มความยาวของการรายงานความฝัน ความแปลกประหลาดของความฝัน รวมถึงความเข้มข้นของการนอนหลับ REM ผลกระทบเหล่านี้มีมากที่สุดในช่วงการหยุดยาอย่างเฉียบพลันเมื่อเทียบกับวันที่ได้รับการรักษาและวันพื้นฐาน^{[ 49 ]}อย่างไรก็ตามความเข้มข้นของการฝันตามความรู้สึกส่วนตัว เพิ่มขึ้น ^{[ 49 ]}และความโน้มเอียงที่จะเข้าสู่การนอนหลับ REM ลดลงในระหว่างการรักษาด้วย SSRI เมื่อเทียบกับช่วงเริ่มต้นและวันที่หยุดยา^{[ 49 ]}

หลังจากตื่นจากการนอนหลับแบบ REM จิตใจดูเหมือนจะ "เชื่อมโยงกันอย่างมาก"—ตอบสนองต่อ ผลกระทบ ของการกระตุ้นความหมาย ได้ดีขึ้น ผู้ที่ตื่นจากการนอนหลับแบบ REM จะทำผลงานได้ดีขึ้นในงานต่างๆ เช่นการเรียงตัวอักษรและการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์^{[ 50 ] : 688}

การนอนหลับช่วยกระบวนการที่ความคิดสร้างสรรค์สร้างองค์ประกอบที่เชื่อมโยงกันเป็นชุดใหม่ที่มีประโยชน์หรือตรงตามข้อกำหนดบางประการ^{[ 51 ]}สิ่งนี้เกิดขึ้นในระหว่างการนอนหลับแบบ REM มากกว่าการนอนหลับแบบ NREM ^{[ 52 ] [ 53 ]}แทนที่จะเกิดจากกระบวนการความจำ สิ่งนี้ได้รับการอธิบายว่าเกิดจากการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการนอนหลับแบบ REM ในการปรับ^{เปลี่ยนระบบประสาทโคลินเนอร์จิกและนอร์อะดรีเนอร์จิก [ 52 ]}ระดับอะเซทิลโคลีนที่สูงในฮิปโปแคมปัสจะยับยั้งการป้อนกลับจากฮิปโปแคมปัสไปยังนีโอคอร์เทกซ์ ในขณะที่ระดับอะเซทิลโคลีนและนอร์เอพิเนฟริน ที่^{ต่ำกว่า}ในนีโอคอร์เทกซ์จะกระตุ้นการแพร่กระจายที่ไม่สามารถควบคุมได้ของกิจกรรมการเชื่อมโยงภายในบริเวณนีโอคอร์เทกซ์^{[ 54 ]}ซึ่งแตกต่างจากสภาวะตื่นตัวที่ระดับนอร์เอพิเนฟรินและอะเซทิลโคลีนที่สูงขึ้นจะยับยั้งการเชื่อมต่อแบบวนซ้ำในนีโอคอร์เทกซ์ การนอนหลับ REM ผ่านกระบวนการนี้เพิ่มความคิดสร้างสรรค์โดยการอนุญาตให้ "โครงสร้างนีโอคอร์เทกซ์จัดระเบียบลำดับชั้นการเชื่อมโยงใหม่ ซึ่งข้อมูลจากฮิปโปแคมปัสจะถูกตีความใหม่โดยสัมพันธ์กับการแสดงความหมายหรือโหนดก่อนหน้า" ^{[ 52 ]}

ในวงจรการนอนหลับแบบอัลตราเดียนสิ่งมีชีวิตจะสลับระหว่างการนอนหลับลึก (คลื่นสมองช้า ใหญ่ และซิงโครไนซ์กัน) และการนอนหลับแบบพาราดอกซ์ (คลื่นเร็วขึ้น และไม่ซิงโครไนซ์กัน) การนอนหลับเกิดขึ้นในบริบทของจังหวะเซอร์คาเดียน ที่ใหญ่กว่า ซึ่งมีอิทธิพลต่อความง่วงนอนและปัจจัยทางสรีรวิทยาโดยอาศัยตัวจับเวลาภายในร่างกาย การนอนหลับอาจกระจายไปตลอดทั้งวันหรือรวมกลุ่มกันในช่วงใดช่วงหนึ่งของจังหวะ: ใน สัตว์ กลางคืน การนอนหลับ จะเกิดขึ้นในเวลากลางวัน และใน สัตว์ กลางวัน การนอนหลับจะเกิดขึ้นในเวลากลางคืน^{[ 31 ] : 9–1} สิ่งมีชีวิตจะกลับสู่การควบคุมแบบโฮมีโอสแตติกเกือบจะทันทีหลังจากสิ้นสุดการนอนหลับแบบ REM ^{[ 31 ] : 17}

ในระหว่างการนอนหลับในเวลากลางคืน มนุษย์มักจะประสบกับช่วงการนอนหลับแบบ REM ประมาณสี่หรือห้าช่วง โดยช่วง REM จะสั้นกว่า (~15 นาที) ในช่วงต้นคืน และยาวกว่า (~25 นาที) ในช่วงท้ายคืน สัตว์หลายชนิดและบางคนมักจะตื่นขึ้น หรือประสบกับช่วงเวลาของการนอนหลับที่ไม่ลึกมากนัก เป็นช่วงเวลาสั้นๆ ทันทีหลังจากช่วง REM ปริมาณการนอนหลับแบบ REM ที่แตกต่างกันอย่างมากตามอายุ ทารกแรกเกิดใช้เวลามากกว่า 80% ของเวลาการนอนหลับทั้งหมดอยู่ในช่วง REM ^{[ 55 ]}

โดยทั่วไปแล้ว การนอนหลับแบบ REM จะกินเวลา 20–25% ของการนอนหลับทั้งหมดในผู้ใหญ่: ประมาณ 90–120 นาทีของการนอนหลับในหนึ่งคืน การนอนหลับแบบ REM ครั้งแรกจะเกิดขึ้นประมาณ 70 นาทีหลังจากหลับไป จากนั้นจะมีวงจรการนอนหลับแบบ REM ประมาณ 90 นาที โดยแต่ละวงจรจะมีสัดส่วนของการนอนหลับแบบ REM มากขึ้น^{[ 28 ]} (การนอนหลับแบบ REM ที่เพิ่มขึ้นในช่วงท้ายของคืนนั้นเกี่ยวข้องกับจังหวะชีวภาพและเกิดขึ้นแม้ในคนที่ไม่ได้นอนหลับในช่วงแรกของคืน) ^{[ 56 ] [ 57 ]}

ในช่วงหลายสัปดาห์หลังจากที่ทารกเกิด ระบบประสาทของทารกจะเจริญเติบโตเต็มที่ และรูปแบบทางประสาทในระหว่างการนอนหลับจะเริ่มแสดงจังหวะของการนอนหลับแบบ REM และ non-REM (ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่พัฒนาได้เร็วกว่า กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นในครรภ์) ^{[ 58 ]}ทารกใช้เวลาในระยะ REM มากกว่าผู้ใหญ่ สัดส่วนของการนอนหลับแบบ REM จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในวัยเด็ก ผู้สูงอายุมีแนวโน้มที่จะนอนหลับน้อยลงโดยรวม แต่จะนอนหลับในระยะ REM เป็นเวลาประมาณเท่ากัน (และด้วยเหตุนี้จึงใช้เวลาส่วนใหญ่ในการนอนหลับในระยะ REM มากกว่า) ^{[ 59 ] [ 46 ]}

การนอนหลับแบบเคลื่อนไหวลูกตาอย่างรวดเร็ว (REM) สามารถแบ่งย่อยได้เป็นโหมดโทนิกและเฟสิก^{[ 60 ]} REM แบบโทนิกมีลักษณะเฉพาะคือจังหวะเธต้าในสมอง REM แบบเฟสิกมีลักษณะเฉพาะคือคลื่น PGO และการเคลื่อนไหวของลูกตาที่ "รวดเร็ว" จริงๆ การประมวลผลสิ่งเร้าภายนอกถูกยับยั้งอย่างมากในระหว่าง REM แบบเฟสิก และหลักฐานล่าสุดชี้ให้เห็นว่าผู้ที่นอนหลับจะตื่นจาก REM แบบเฟสิกได้ยากกว่าในระหว่างการนอนหลับแบบคลื่นช้า^{[ 19 ]}

การขาด REM ที่เลือกเฉพาะเจาะจงทำให้จำนวนครั้งในการพยายามเข้าสู่ระยะ REM ขณะนอนหลับเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในคืนพักฟื้น บุคคลมักจะเข้าสู่ระยะที่ 3 และการนอนหลับ REM ได้เร็วขึ้นและประสบกับREM reboundซึ่งหมายถึงเวลาที่ใช้ในระยะ REM เพิ่มขึ้นมากกว่าระดับปกติ ผลการค้นพบเหล่านี้สอดคล้องกับแนวคิดที่ว่าการนอนหลับ REM มีความจำเป็นทางชีววิทยา^{[ 61 ] [ 62 ]}อย่างไรก็ตาม การนอนหลับ REM แบบ "รีบาวด์" มักจะไม่ยาวนานเท่ากับระยะเวลาโดยประมาณของช่วง REM ที่ขาดหายไป^{[ 56 ]}

หลังจากการขาดการนอนหลับอย่างสมบูรณ์ อาจเกิดความผิดปกติทางจิตใจเล็กน้อย เช่นความวิตกกังวลความหงุดหงิด ภาพหลอนและสมาธิสั้น และความอยากอาหารอาจเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังมีผลดีจากการขาดการนอนหลับแบบ REM ด้วย พบว่าอาการซึมเศร้าบางอย่างถูกระงับโดยการขาดการนอนหลับแบบ REM ความก้าวร้าวอาจเพิ่มขึ้น และพฤติกรรมการกินอาจผิดปกติ^{[ 62 ] [ 63 ]}นอร์เอพิเนฟรินที่สูงขึ้นอาจเป็นสาเหตุของผลลัพธ์เหล่านี้^{[ 23 ]}ผลกระทบทางจิตใจจากการขาดการนอนหลับแบบ REM ในระยะยาวนั้นยังคงเป็นเรื่องที่ถกเถียงกันอยู่ รายงานหลายฉบับระบุว่าการขาดการนอนหลับแบบ REM เพิ่มความก้าวร้าวและพฤติกรรมทางเพศในสัตว์ทดลองในห้องปฏิบัติการ^{[ 62 ]}หนูที่ถูกจำกัดการนอนหลับแบบพาราด็อกซีจะตายภายใน 4-6 สัปดาห์ (สองเท่าของเวลาก่อนตายในกรณีของการอดนอนโดยสิ้นเชิง) อุณหภูมิร่างกายเฉลี่ยจะลดลงอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลานี้^{[ 57 ]}

มีการเสนอแนะว่าการอดนอน REM อย่างเฉียบพลันสามารถช่วยบรรเทาอาการซึมเศร้า บางประเภท ได้ —เมื่ออาการซึมเศร้าดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับความไม่สมดุลของสารสื่อประสาทบางชนิด แม้ว่าการอดนอนโดยทั่วไปจะสร้างความรำคาญให้กับคนส่วนใหญ่ แต่ก็มีการแสดงให้เห็นซ้ำแล้วซ้ำเล่าว่าสามารถบรรเทาอาการซึมเศร้าได้ แม้จะเป็นเพียงชั่วคราว ก็ตาม ^{[ 64 ]}มากกว่าครึ่งหนึ่งของผู้ที่ได้รับความบรรเทานี้รายงานว่าผลลัพธ์ดังกล่าวจะไม่ได้ผลหลังจากนอนหลับในคืนถัดไป ดังนั้น นักวิจัยจึงได้คิดค้นวิธีการต่างๆ เช่น การปรับเปลี่ยนตารางการนอนหลับเป็นเวลาหลายวันหลังจากช่วงเวลาที่อดนอน REM ^{[ 65 ]}และการผสมผสานการปรับเปลี่ยนตารางการนอนหลับกับการใช้ยา^{[ 66 ]}เพื่อยืดระยะเวลาของผลกระทบนี้ยาต้านเศร้า (รวมถึงสารยับยั้งการดูดซึมเซโรโทนินแบบเลือก , ไตรไซคลิกและสารยับยั้งโมโนอะมีนออกซิเดส ) และยากระตุ้น (เช่นแอมเฟตามีน , เมทิลเฟนิเดตและโคเคน ) รบกวนการนอนหลับ REM โดยการกระตุ้นสารสื่อประสาทโมโนอะมีน ซึ่งต้องถูกยับยั้งเพื่อให้เกิดการนอนหลับ REM หากใช้ยาเหล่านี้ในขนาดรักษา อาจทำให้การนอนหลับ REM หยุดลงอย่างสิ้นเชิงเป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน การหยุดยาจะทำให้เกิดการฟื้นตัวของการนอนหลับ REM ^{[ 46 ] [ 67 ]}การอดนอนกระตุ้นการสร้างเซลล์ประสาทในฮิปโปแคมปัสเช่นเดียวกับยาต้านเศร้า แต่ยังไม่ทราบว่าผลกระทบนี้เกิดจากการนอนหลับ REM โดยเฉพาะหรือไม่^{[ 68 ]}

แม้ว่าจะแสดงออกมาแตกต่างกันในสัตว์ต่างชนิดกัน แต่การนอนหลับแบบ REM หรือสิ่งที่คล้ายคลึงกันนั้นเกิดขึ้นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม บนบกทั้งหมด รวมถึงนกด้วย เกณฑ์หลักที่ใช้ในการระบุ REM คือการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมทางไฟฟ้าที่วัดโดย EEG และการสูญเสียโทนกล้ามเนื้อ สลับกับการกระตุกเป็นช่วงๆ ใน ​​REM แบบเฟสิก^{[ 70 ]}

ปริมาณการนอนหลับ REM และวงจรการนอนหลับแตกต่างกันไปในสัตว์ต่างๆ โดยผู้ล่าจะนอนหลับ REM มากกว่าเหยื่อ^{[ 23 ]}สัตว์ขนาดใหญ่มักจะนอนหลับ REM นานกว่า อาจเป็นเพราะความเฉื่อยทางความร้อน ที่สูงกว่า ของสมองและร่างกายทำให้พวกมันทนต่อการระงับการควบคุมอุณหภูมิได้นานขึ้น^{[ 31 ] : 13, 59–61} ระยะเวลา (วงจรเต็มของ REM และ non-REM) จะกินเวลาประมาณ 90 นาทีในมนุษย์ 22 นาทีในแมว และ 12 นาทีในหนู^{[ 11 ] : §12.1 363} ในครรภ์ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมใช้เวลามากกว่าครึ่ง (50–80%) ของวัน 24 ชั่วโมงในการนอนหลับ REM ^{[ 28 ]}

สัตว์เลื้อยคลานที่กำลังนอนหลับดูเหมือนจะไม่มีคลื่น PGO หรือการกระตุ้นสมองเฉพาะที่ที่พบใน REM ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อย่างไรก็ตาม พวกมันแสดงวงจรการนอนหลับที่มีระยะกิจกรรมทางไฟฟ้าคล้าย REM ที่วัดได้ด้วย EEG ^{[ 70 ]}การศึกษาล่าสุดพบการเคลื่อนไหวของดวงตาเป็นระยะในมังกรเครากลางของออสเตรเลีย ทำให้ผู้เขียนคาดการณ์ว่าบรรพบุรุษร่วมของแอมนิโอตอาจแสดงลักษณะเบื้องต้นของ REM บางอย่าง^{[ 71 ]}

การสังเกตแมงมุมกระโดดในท่าพักผ่อนตอนกลางคืนยังชี้ให้เห็นถึงสภาวะคล้ายการนอนหลับ REM ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการกระตุกและการเคลื่อนไหวของจอประสาทตา และสัญญาณของกล้ามเนื้ออ่อนแรง (ขาจะงอขึ้นเนื่องจากการสูญเสียแรงดันที่เกิดจากกล้ามเนื้ออ่อนแรงในส่วนหัว) ^{[ 72 ]}

การทดลองการอดนอนในสัตว์ที่ไม่ใช่มนุษย์สามารถจัดตั้งได้แตกต่างจากการทดลองในมนุษย์ วิธี "กระถางดอกไม้" เกี่ยวข้องกับการวางสัตว์ทดลองไว้เหนือน้ำบนแท่นขนาดเล็กมากจนมันจะตกลงมาเมื่อสูญเสียความตึงตัวของกล้ามเนื้อ การตื่นอย่างกะทันหันตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นอาจกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสิ่งมีชีวิตซึ่งจำเป็นต้องเกินกว่าการขาดช่วงการนอนหลับเพียงอย่างเดียว^{[ 50 ] : 686–687} วิธีนี้ก็หยุดทำงานหลังจากประมาณ 3 วันเช่นกัน เนื่องจากสัตว์ทดลอง (โดยทั่วไปคือหนู) สูญเสียความตั้งใจที่จะหลีกเลี่ยงน้ำ^{[ 57 ]}อีกวิธีหนึ่งเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบคลื่นสมองด้วยคอมพิวเตอร์ พร้อมด้วยการเขย่ากรงด้วยกลไกอัตโนมัติเมื่อสัตว์ทดลองเข้าสู่ช่วงหลับ REM ^{[ 73 ]}

นักวิจัยบางคนโต้แย้งว่าการคงอยู่ของกระบวนการสมองที่ซับซ้อน เช่น การนอนหลับ REM บ่งชี้ว่ามันทำหน้าที่สำคัญต่อการอยู่รอดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนก มันตอบสนองความต้องการทางสรีรวิทยาที่สำคัญซึ่งจำเป็นต่อการอยู่รอดถึงขนาดที่การขาดการนอนหลับ REM เป็นเวลานานนำไปสู่การตายในสัตว์ทดลอง ทั้งในมนุษย์และสัตว์ทดลอง การสูญเสียการนอนหลับ REM นำไปสู่ความผิดปกติทางพฤติกรรมและสรีรวิทยาหลายประการ การสูญเสียการนอนหลับ REM ได้รับการสังเกตในระหว่างการติดเชื้อตามธรรมชาติและการทดลองต่างๆ อัตราการรอดชีวิตของสัตว์ทดลองลดลงเมื่อการนอนหลับ REM ถูกลดทอนลงอย่างสิ้นเชิงในระหว่างการติดเชื้อ ซึ่งนำไปสู่ความเป็นไปได้ว่าคุณภาพและปริมาณของการนอนหลับ REM นั้นจำเป็นต่อสรีรวิทยาของร่างกายตามปกติ^{[ 74 ]}นอกจากนี้ การมีอยู่ของผลกระทบ "REM rebound" ชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของความต้องการทางชีววิทยาสำหรับการนอนหลับ REM

แม้ว่าหน้าที่ที่แท้จริงของการนอนหลับแบบ REM จะยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่ก็มีทฤษฎีหลายอย่างที่ถูกเสนอขึ้นมา

การนอนหลับโดยทั่วไปช่วยเสริมสร้างความจำ การนอนหลับแบบ REM อาจส่งเสริมการรักษาความจำ บางประเภท โดยเฉพาะความจำเชิงกระบวนการความจำเชิงพื้นที่และความจำเชิงอารมณ์ในหนู การนอนหลับแบบ REM จะเพิ่มขึ้นหลังจากการเรียนรู้อย่างเข้มข้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลายชั่วโมงหลังจากนั้น และบางครั้งอาจนานหลายคืน การอดนอนแบบ REM ในการทดลองบางครั้งอาจยับยั้งการรวมความจำโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับกระบวนการที่ซับซ้อน (เช่น วิธีการหลบหนีจากเขาวงกตที่ซับซ้อน) ^{[ 50 ] : 686} ในมนุษย์ หลักฐานที่ดีที่สุดสำหรับการปรับปรุงความจำของ REM เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้กระบวนการ เช่น วิธีการเคลื่อนไหวร่างกายแบบใหม่ (เช่น การกระโดดบนแทรมโพลีน) และเทคนิคการแก้ปัญหาแบบใหม่ การอดนอนแบบ REM ดูเหมือนจะทำให้ความจำเชิงประกาศ (เช่น ข้อเท็จจริง) บกพร่องเฉพาะในกรณีที่ซับซ้อนกว่า เช่น ความจำของเรื่องราวที่ยาวกว่า^{[ 50 ] : 687} การนอนหลับแบบ REM ดูเหมือนจะต่อต้านความพยายามที่จะระงับความคิดบางอย่าง^{[ 50 ]}

ตามสมมติฐานกระบวนการคู่ของการนอนหลับและความจำ ระยะการนอนหลับสองระยะหลักจะสอดคล้องกับความจำประเภทต่างๆ การศึกษา "ครึ่งคืน" ได้ทดสอบสมมติฐานนี้ด้วยงานความจำที่เริ่มต้นก่อนนอนและประเมินในช่วงกลางดึก หรือเริ่มต้นในช่วงกลางดึกและประเมินในตอนเช้า^{[ 50 ] : 689} การนอนหลับแบบคลื่นช้าซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการนอนหลับแบบไม่ REM ดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อความจำเชิงประกาศการเพิ่มประสิทธิภาพการนอนหลับแบบไม่ REM เทียมช่วยปรับปรุงการเรียกคืนคู่คำที่จำได้ในวันถัดไป^{[ 75 ]} Tucker และคณะได้แสดงให้เห็นว่าการงีบหลับในเวลากลางวันที่มีเฉพาะการนอนหลับแบบไม่ REM ช่วยเพิ่มความจำเชิงประกาศแต่ไม่ใช่ความจำเชิงกระบวนการ [ ^{76 ] ตาม}สมมติฐานเชิงลำดับการนอนหลับทั้งสองประเภททำงานร่วมกันเพื่อรวมความจำ^{[ 50 ]}

นักวิจัยด้านการนอนหลับ Jerome Siegel สังเกตว่าการขาด REM อย่างรุนแรงไม่ได้รบกวนความจำอย่างมีนัยสำคัญ กรณีศึกษาของบุคคลที่มีการนอนหลับ REM น้อยหรือไม่เลยเนื่องจากได้รับบาดเจ็บที่ก้านสมองจากสะเก็ดระเบิด ไม่พบว่าความจำของบุคคลนั้นบกพร่อง ยาต้านอาการซึมเศร้าซึ่งยับยั้งการนอนหลับ REM ไม่แสดงหลักฐานว่าทำให้ความจำบกพร่องและอาจช่วยให้ความจำดีขึ้นได้^{[ 67 ]}

ในปี 1983 Graeme MitchisonและFrancis Crickเสนอว่าด้วยกิจกรรมที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ หน้าที่ของการนอนหลับ REM คือ "การกำจัดรูปแบบปฏิสัมพันธ์ที่ไม่พึงประสงค์บางอย่างในเครือข่ายของเซลล์ในเปลือกสมอง" ซึ่งเป็นกระบวนการที่พวกเขาเรียกว่า " การเลิกเรียนรู้ " ผลที่ตามมาคือ ความทรงจำที่เกี่ยวข้อง (ซึ่งมีพื้นฐานทางประสาทที่แข็งแรงพอที่จะทนต่อการกระตุ้นที่เกิดขึ้นเองและวุ่นวายเช่นนี้) จะได้รับการเสริมความแข็งแกร่งยิ่งขึ้น ในขณะที่ร่องรอยความทรงจำที่อ่อนแอ ชั่วคราว และเป็น "เสียงรบกวน" จะสลายไป^{[ 77 ]}การรวมความทรงจำในระหว่างการนอนหลับแบบพาราดอกซ์มีความสัมพันธ์โดยเฉพาะกับช่วงเวลาของการเคลื่อนไหวของดวงตาอย่างรวดเร็ว ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง คำอธิบายหนึ่งสำหรับความสัมพันธ์นี้คือคลื่นไฟฟ้า PGO ซึ่งเกิดขึ้นก่อนการเคลื่อนไหวของดวงตา มีอิทธิพลต่อความทรงจำด้วย^{[ 18 ]}การนอนหลับ REM อาจมอบโอกาสพิเศษสำหรับการ "ลืม" ที่เกิดขึ้นในเครือข่ายประสาทพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับภาวะสมดุล ซึ่งได้รับการปกป้องจากผลกระทบ "การลดขนาดของไซแนปส์" นี้ในระหว่างการนอนหลับลึก^{[ 31 ] : 89}

การนอนหลับแบบ REM เกิดขึ้นมากที่สุดหลังคลอด และลดลงเมื่ออายุมากขึ้น ตาม "สมมติฐานเกี่ยวกับพัฒนาการ" การนอนหลับแบบ REM (หรือที่รู้จักในทารกแรกเกิดว่าเป็นการนอนหลับแบบแอคทีฟ ) ช่วยสมองที่กำลังพัฒนาโดยการกระตุ้นระบบประสาทที่ทารกแรกเกิดต้องการเพื่อสร้างการเชื่อมต่อประสาทที่สมบูรณ์^{[ 78 ]}การศึกษาเกี่ยวกับการอดนอนแสดงให้เห็นว่าการอดนอนในช่วงต้นของชีวิตอาจส่งผลให้เกิดปัญหาทางพฤติกรรม การนอนหลับถูกรบกวนอย่างถาวร และมวลสมองลดลง^{[ 79 ] [ 58 ]}หลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับสมมติฐานเกี่ยวกับพัฒนาการมาจากการทดลองเกี่ยวกับการอดนอนแบบ REM และจากการพัฒนาระบบการมองเห็นใน นิวเคลียส เจนิคิวเลตด้านข้างและคอร์เทกซ์การมองเห็น หลัก ^{[ 58 ]}

Ioannis Tsoukalas จากมหาวิทยาลัยสตอกโฮล์มได้ตั้งสมมติฐานว่าการนอนหลับ REM เป็นการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการของกลไกการป้องกันที่รู้จักกันดี นั่นคือ ปฏิกิริยา การหยุดนิ่งแบบโทนิคปฏิกิริยานี้เรียกอีกอย่างว่าการสะกดจิตสัตว์หรือการแสร้งตาย ทำหน้าที่เป็นแนวป้องกันสุดท้ายต่อผู้ล่าที่โจมตี และประกอบด้วยการทำให้สัตว์หยุดนิ่งอย่างสมบูรณ์จนดูเหมือนตาย Tsoukalas โต้แย้งว่าสรีรวิทยาประสาทและปรากฏการณ์ของปฏิกิริยานี้แสดงให้เห็นความคล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่งกับการนอนหลับ REM ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาทั้งสองแสดงให้เห็นการควบคุมก้านสมอง การส่งสัญญาณประสาทโคลินเนอร์จิก อัมพาตจังหวะเธต้าของฮิปโปแคมปัสและการเปลี่ยนแปลงการควบคุมอุณหภูมิ^{[ 80 ] [ 81 ]}

ตาม "สมมติฐานการสแกน" คุณสมบัติเชิงทิศทางของการนอนหลับ REM เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนทิศทางการมองในภาพฝัน สมมติฐานนี้ขัดแย้งกับข้อเท็จจริงที่ว่าการเคลื่อนไหวของดวงตาดังกล่าวเกิดขึ้นในผู้ที่เกิดมาตาบอดและในทารก ในครรภ์ แม้ว่าจะมองไม่เห็นก็ตาม นอกจากนี้ การ นอนหลับ REM แบบสองตาจะไม่ประสานกัน (กล่าวคือ ดวงตาทั้งสองข้างไม่ได้ชี้ไปในทิศทางเดียวกันในเวลาเดียวกัน) ดังนั้นจึงขาดจุดตรึงเพื่อสนับสนุนทฤษฎีนี้ งานวิจัยพบว่าในความฝันที่มีเป้าหมาย การมองของดวงตาจะมุ่งไปยังการกระทำในความฝัน ซึ่งพิจารณาจากความสัมพันธ์ในการเคลื่อนไหวของดวงตาและร่างกายของผู้ป่วยโรคความผิดปกติทางพฤติกรรมขณะนอนหลับ REM ที่แสดงพฤติกรรมตามความฝันของตน^{[ 82 ]}

ดร. เดวิด เอ็ม. มอริซผู้เชี่ยวชาญด้านจักษุวิทยาและอดีตศาสตราจารย์พิเศษประจำมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย เสนอว่าการนอนหลับแบบ REM เกี่ยวข้องกับการส่งออกซิเจนไปยังกระจกตา และน้ำหล่อเลี้ยงลูกตา ซึ่ง เป็นของเหลวระหว่างกระจกตาและม่านตา จะหยุดนิ่งหากไม่ได้รับการกวน^{[ 83 ]}ในบรรดาหลักฐานสนับสนุน เขาคำนวณว่าหากน้ำหล่อเลี้ยงลูกตาหยุดนิ่ง ออกซิเจนจากม่านตาจะต้องไปถึงกระจกตาโดยการแพร่ผ่านน้ำหล่อเลี้ยงลูกตา ซึ่งไม่เพียงพอ ตามทฤษฎี เมื่อสิ่งมีชีวิตตื่น การเคลื่อนไหวของดวงตา (หรืออุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่เย็น) จะช่วยให้น้ำหล่อเลี้ยงลูกตาไหลเวียน เมื่อสิ่งมีชีวิตนอนหลับ การนอนหลับแบบ REM จะช่วยกวนน้ำหล่อเลี้ยงลูกตาที่จำเป็นอย่างมาก ทฤษฎีนี้สอดคล้องกับการสังเกตว่าทารกในครรภ์ รวมถึงสัตว์แรกเกิดที่ปิดตา ใช้เวลาส่วนใหญ่ในการนอนหลับแบบ REM และในระหว่างการนอนหลับปกติ ช่วงเวลาการนอนหลับแบบ REM ของบุคคลจะยาวนานขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงดึก อย่างไรก็ตาม นกฮูกจะเข้าสู่ช่วงหลับฝัน (REM sleep) แต่จะไม่ขยับหัวมากไปกว่าช่วงหลับไม่ฝัน (non-REM sleep) ^{[ 84 ]}และเป็นที่ทราบกันดีว่าดวงตาของนกฮูกแทบจะไม่ขยับเลย^{[ 85 ]}

อีกทฤษฎีหนึ่งเสนอว่า การหยุดทำงานของโมโนอะมีนเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อให้ตัวรับโมโนอะมีนในสมองสามารถฟื้นตัวและกลับมามีความไวเต็มที่อีกครั้ง

สมมติฐานเซนติเนลของการนอนหลับ REM ถูกเสนอโดยเฟรเดอริค สไนเดอร์ในปี 1966 โดยอิงจากการสังเกตว่าการนอนหลับ REM ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด (หนู เม่น กระต่าย และลิงแรซัส) ตามมาด้วยการตื่นขึ้นสั้นๆ ซึ่งไม่เกิดขึ้นกับแมวหรือมนุษย์ แม้ว่ามนุษย์จะมีแนวโน้มที่จะตื่นจากการนอนหลับ REM มากกว่าการนอนหลับ NREM สไนเดอร์ตั้งสมมติฐานว่าการนอนหลับ REM กระตุ้นสัตว์เป็นระยะๆ เพื่อสแกนสภาพแวดล้อมเพื่อหาผู้ล่าที่อาจเกิดขึ้น สมมติฐานนี้ไม่ได้อธิบายถึงอัมพาตของกล้ามเนื้อในการนอนหลับ REM อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์เชิงตรรกะอาจชี้ให้เห็นว่าอัมพาตของกล้ามเนื้อมีอยู่เพื่อป้องกันไม่ให้สัตว์ตื่นขึ้นมาโดยไม่จำเป็น และช่วยให้มันกลับไปสู่การนอนหลับที่ลึกขึ้นได้ง่าย^{[ 86 ] [ 36 ] : 122–124 [ 87 ]}

จิม ฮอร์น นักวิจัยด้านการนอนหลับจากมหาวิทยาลัยลัฟโบโรห์ได้เสนอแนะว่า REM ในมนุษย์ยุคใหม่ชดเชยความต้องการที่ลดลงในการหา อาหารขณะตื่น ^{[ 12 ]}

ทฤษฎีอื่นๆ ระบุว่าการนอนหลับแบบ REM ช่วยให้สมองอบอุ่น กระตุ้นและทำให้วงจรประสาทที่ไม่ได้รับการกระตุ้นในขณะตื่น มีความเสถียร หรือสร้างการกระตุ้นภายในเพื่อช่วยในการพัฒนาระบบประสาทส่วนกลางในขณะที่บางคนโต้แย้งว่า REM ไม่มีจุดประสงค์ใดๆ และเป็นเพียงผลจากการกระตุ้นสมองแบบสุ่ม^{[ 82 ] [ 88 ]}

นอกจากนี้ ยังมีทฤษฎีที่ว่าการเคลื่อนไหวของดวงตาอาจมีบทบาทในจิตบำบัดบางประเภท เช่นการบำบัดด้วยการลดความไวต่อสิ่งเร้าและการประมวลผลซ้ำด้วยการเคลื่อนไหวของดวงตา (EMDR)

• ประสาทวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการนอนหลับ
• นิวเคลียสเพดุนคูโลพอนไทน์ (PPN)
• การนอนหลับและการเรียนรู้
• การศึกษาเกี่ยวกับการนอนหลับ

ลองค้นหาคำว่า "การนอนหลับแบบเคลื่อนไหวลูกตาอย่างรวดเร็ว"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

• วิดีโอและบทถอดเสียงจากรายการ NOVA ของ PBS ตอน "ความฝันคืออะไร?"
• LSDBase – ฐานข้อมูลวิจัยการนอนหลับแบบเปิดที่มีภาพบันทึกการนอนหลับช่วง REM