คลื่นสปินเดิลคือคลื่นกิจกรรมการสั่นของระบบประสาทที่เกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของนิวเคลียสเรติคูลาร์ของทาลามัส (TRN) และนิวเคลียสทาลามัส อื่นๆ ในระหว่าง การนอนหลับแบบ NREM ระยะที่ 2ในช่วงความถี่ประมาณ 11 ถึง 16 เฮิรตซ์ (โดยปกติ 12–14 เฮิรตซ์) โดยมีระยะเวลา 0.5 วินาทีหรือมากกว่า (โดยปกติ 0.5–1.5 วินาที) ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}หลังจากเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของเซลล์ประสาท TRN และเซลล์ทาลามัสคอร์ติคัล^{[ 4 ]}คลื่นสปินเดิลจะคงอยู่และส่งต่อไปยังคอร์เทกซ์โดยวงจรป้อนกลับทาลามัส-ทาลามัสและทาลามัส-คอร์เทกซ์ ซึ่งควบคุมโดยการส่งสัญญาณประสาทกลูตาเมตที่ควบคุมโดยตัวรับGABAergicและNMDA ^{[ 5 ]}มีรายงาน (ตามความเป็นจริง) ว่าพบคลื่นสปินเดิลในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกชนิดที่ได้รับการทดสอบ เมื่อพิจารณาสัตว์ที่มีการศึกษาคลื่นสปินเดิลในระหว่างการนอนหลับอย่างกว้างขวาง (และจึงไม่รวมผลลัพธ์ที่เข้าใจผิดจากคลื่นสปินเดิลเทียม^{[ 6 ]} ) พบว่ามีความถี่หลักที่คงที่ (ในทุกสายพันธุ์) ประมาณ 9–16 Hz อย่างไรก็ตาม มีเพียงในมนุษย์ หนู และสุนัขเท่านั้นที่ยืนยันความแตกต่างของความถี่ที่แท้จริงของคลื่นสปินเดิลด้านหน้าและด้านหลัง (คลื่นสปินเดิลที่บันทึกไว้เหนือส่วนหลังของหนังศีรษะมีความถี่สูงกว่า โดยเฉลี่ยสูงกว่า 13 Hz) ^{[ 7 ]}

งานวิจัยสนับสนุนว่าสปินเดิล (บางครั้งเรียกว่า "แถบซิกมา" หรือ "คลื่นซิกมา") มีบทบาทสำคัญทั้งในการประมวลผลทางประสาทสัมผัสและการรวมความทรงจำระยะยาว จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่าการแกว่งของสปินเดิลแต่ละครั้งจะถึงจุดสูงสุดในเวลาเดียวกันทั่วทั้งนีโอคอร์เทกซ์ แต่ต่อมาพบว่าการแกว่งจะกวาดไปในรูปแบบวงกลมรอบนีโอคอร์เทกซ์ โดยถึงจุดสูงสุดในบริเวณหนึ่ง แล้วอีกไม่กี่มิลลิวินาทีต่อมาก็ถึงจุดสูงสุดในบริเวณใกล้เคียง มีการเสนอแนะว่าการจัดเรียงสปินเดิลนี้ช่วยให้เซลล์ประสาทสามารถสื่อสารข้ามคอร์เทกซ์ได้ ช่วงเวลาที่คลื่นเดินทางนั้นมีความเร็วเท่ากับความเร็วที่เซลล์ประสาทใช้ในการสื่อสารกัน^{[ 8 ]}อย่างไรก็ตาม ยังคงมีข้อสงสัยว่ามีความเชื่อมโยงระหว่างสปินเดิลกับความทรงจำหรือไม่ โดยการทบทวนงานวิจัย 53 ชิ้นล่าสุดสรุปว่า "ไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างสปินเดิลกับความทรงจำ ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ที่สปินเดิลจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้และความยืดหยุ่นโดยทั่วไป" ^{[ 9 ]}

แม้ว่าหน้าที่ของคลื่นสมองแบบสปินเดิลจะยังไม่ชัดเจน แต่เชื่อกันว่าพวกมันมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการเสริมสร้างความทรงจำเชิงประกาศที่เกิดขึ้นในชั่วข้ามคืนผ่านกระบวนการเสริมสร้างความทรงจำใหม่ ความหนาแน่นของคลื่นสปินเดิลพบว่าเพิ่มขึ้นหลังจากการเรียนรู้ภารกิจความทรงจำเชิงประกาศอย่างกว้างขวาง และระดับการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมคลื่นสปินเดิลในระยะที่ 2 มีความสัมพันธ์กับประสิทธิภาพของความทรงจำ

ในบรรดาหน้าที่อื่นๆ สปินเดิลช่วยอำนวยความสะดวกในการพัฒนาประสาทสัมผัส การควบคุมการ รับรู้ ทางประสาทสัมผัสระหว่างทาลามัส และคอร์เทกซ์ ความยืดหยุ่นของไซแน ปส์ และการรวมความทรงจำ แบบออฟ ไลน์^{[ 10 ]} สปินเดิล ในระหว่างการนอนหลับจะปรับเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์ระหว่างสมองและสภาพแวดล้อมภายนอกอย่างใกล้ชิด โดยพื้นฐานแล้วมันจะควบคุมการตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางประสาทสัมผัสในระหว่าง การนอนหลับ ^{[ 11 ]} งานวิจัยล่าสุดได้เปิดเผยว่าสปินเดิลบิดเบือนการส่งผ่านข้อมูลการได้ยินไปยังคอร์เทกซ์ สปินเดิลจะแยกสมองออกจากสิ่งรบกวนภายนอกในระหว่างการนอนหลับ^{[ 12 ]}การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งพบว่าการสัมผัสกับสัญญาณกลิ่นอีกครั้งในระหว่างการนอนหลับจะกระตุ้นการทำงานใหม่ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของการรวมความทรงจำระยะยาวที่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเรียกคืนในภายหลัง^{[ 13 ]}สปินเดิลที่สร้างขึ้นในทาลามัสได้รับการแสดงให้เห็นว่าช่วยในการนอนหลับเมื่อมีเสียงรบกวนจากภายนอก พบความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณกิจกรรมคลื่นสมองในทาลามัสและความสามารถของผู้ที่นอนหลับในการรักษาความสงบ^{[ 14 ]}แกนหมุนมีบทบาทสำคัญทั้งในการประมวลผลทางประสาทสัมผัสและการรวมความทรงจำระยะยาว เนื่องจากถูกสร้างขึ้นใน TRN

ในระหว่างการนอนหลับ จะเห็นคลื่นสปินเดิลเหล่านี้ในสมองเป็นการระเบิดของกิจกรรมทันทีหลังจากกล้ามเนื้อกระตุก นักวิจัยคิดว่าสมอง โดยเฉพาะในเด็ก กำลังเรียนรู้เกี่ยวกับเส้นประสาทที่ควบคุมกล้ามเนื้อเฉพาะส่วนใดในขณะนอนหลับ^{[ 15 ] [ 16 ]}

นอกจากนี้ ยังพบว่ากิจกรรมสปินเดิลการนอนหลับมีความเกี่ยวข้องกับการบูรณาการข้อมูลใหม่เข้ากับความรู้ที่มีอยู่^{[ 17 ]}รวมถึงการจดจำและการลืมแบบมีทิศทาง (สปินเดิลการนอนหลับเร็ว) ^{[ 18 ]}

ในระหว่างการนอนหลับแบบ NREMคลื่นสมองที่เกิดขึ้นในผู้ป่วยโรคจิตเภทจะขาดรูปแบบปกติของสปินเดิลช้าและเร็ว^{[ 19 ]}การสูญเสียสปินเดิลยังเป็นลักษณะเฉพาะของ โรค นอนไม่หลับร้ายแรงทางพันธุกรรม ซึ่งเป็นโรคพรีออน^{[ 20 ]}มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของสปินเดิลในความผิดปกติ มีการศึกษาบางชิ้นที่แสดงให้เห็นถึงการลดลงของสปินเดิลในเด็กออทิสติก^{[ 21 ]}นอกจากนี้ การศึกษาบางชิ้นยังชี้ให้เห็นถึงการขาดสปินเดิลในโรคลมชัก^{[ 22 ] [ 23 ]}

ขณะนี้กำลังดำเนินการวิจัยเพื่อพัฒนาระบบตรวจจับสปินเดิลการนอนหลับอัตโนมัติบนเว็บโดยใช้เทคนิคการเรียนรู้ของเครื่อง ผลการศึกษาในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าระบบตรวจจับสปินเดิลการนอนหลับอัตโนมัติมีศักยภาพสูงในการนำไปใช้งานจริง^{[ 24 ]}

ยังไม่พบสปินเดิลการนอนหลับในสัตว์เลื้อยคลานและนกจนถึงปัจจุบัน^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่ สปินเดิลการนอนหลับได้รับการอธิบายตามความเป็นจริง แต่การมีอยู่ของสปินเดิลเทียม^{[ 6 ]}ทำให้เกิดความไม่แน่นอนเกี่ยวกับการสังเกตเหล่านี้ การสั่นแบบสปินเดิลที่แสดงความคล้ายคลึงเพิ่มเติม (เช่น การมีส่วนร่วมที่ชัดเจนในการเรียนรู้หรือการพึ่งพาของทาลามัส) ปัจจุบันเป็นที่รู้จักเฉพาะในมนุษย์ หนู หนูบ้าน แมว และสุนัข^{[ 7 ]}ในสายพันธุ์เหล่านี้ สปินเดิลจะสั่นอย่างสม่ำเสมอระหว่าง 9 ถึง 16 Hz โดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (เช่น 7–14 Hz ในแมว^{[ 28 ]} ) สปินเดิลการนอนหลับด้านหน้าและด้านหลังที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน (เช่น "ช้า" และ "เร็ว") ได้รับการยืนยันนอกมนุษย์เฉพาะในหนู^{[ 29 ]}และสุนัข^{[ 30 ]}

สปินเดิลการนอนหลับมีบทบาทสำคัญในการรวมความทรงจำเชิงประกาศ และทั้งเพศและการมีประจำเดือนส่งผลต่อการนอนหลับ^{[ 31 ]}และช่วงเวลาการเรียนรู้ออนไลน์^{[ 32 ]}การศึกษาแสดงให้เห็นว่าอิทธิพลของสปินเดิลการนอนหลับในระหว่างกระบวนการความทรงจำเชิงประกาศอาจได้รับผลกระทบจากผลของรอบประจำเดือนในเพศหญิง^{[ 33 ]}

พบความแตกต่างทางเพศที่คล้ายมนุษย์ในกิจกรรมสปินเดิลการนอนหลับและการเรียนรู้ที่ขึ้นอยู่กับการนอนหลับในสุนัข^{[ 30 ] [ 34 ]}ไม่สามารถสร้างความเชื่อมโยงโดยตรงกับฮอร์โมนเพศเฉพาะได้ แต่ผลกระทบจะรุนแรงกว่าในสัตว์ที่สมบูรณ์^{[ 30 ]}

โดยทั่วไปเพศหญิงจะมีคลื่นสมองขณะหลับมากกว่าเพศชาย 0.16 ครั้งต่อนาที^{[ 35 ]} (เช่น ประมาณ 9-10 ครั้งมากกว่าในหนึ่งชั่วโมง) พบว่าเพศหญิงมีความได้เปรียบในด้านความทรงจำแบบเหตุการณ์ ความทรงจำทางอารมณ์ และความทรงจำเชิงพื้นที่ รวมถึงการจดจำกลิ่น ใบหน้า และรูปภาพ^{[ 36 ]}เชื่อกันว่าความแตกต่างเหล่านี้เกิดจากอิทธิพลของฮอร์โมน โดยเฉพาะอย่างยิ่งฮอร์โมนเอสโตรเจน ฮอร์โมนเพศหญิงเอสโตรเจนมีอิทธิพลหลักต่อการเจริญเติบโตทางเพศและการสืบพันธุ์ แต่ยังพบว่าช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานของสมองด้านอื่นๆ รวมถึงการรับรู้และความจำ ในงานที่เกี่ยวข้องกับภาษาที่ผู้หญิงได้คะแนนสูงกว่าผู้ชาย ผู้หญิงได้คะแนนสูงกว่าในช่วงกลางระยะลูเตียล ซึ่งเป็นช่วงที่เพศหญิงมีระดับเอสโตรเจนสูงกว่า เมื่อเทียบกับช่วงมีประจำเดือน^{[ 31 ]}การศึกษาล่าสุดพบว่าการผลิตเอสโตรเจนในสมองเฉพาะที่ภายในวงจรการรับรู้อาจมีความสำคัญต่อการได้มาและการรวมความทรงจำ^{[ 37 ]} การทดลองล่าสุดเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างเอสโตรเจนและกระบวนการรวมความทรงจำแบบออฟไลน์ยังมุ่งเน้นไปที่สปินเดิลการนอนหลับด้วย Genzel และเพื่อนร่วมงานพบว่ามีผลกระทบจากรอบเดือนต่อประสิทธิภาพในการประกาศและการเคลื่อนไหว ซึ่งหมายความว่าผู้หญิงในช่วงกลางระยะลูเตียล (เอสโตรเจนสูง) มีประสิทธิภาพสูงกว่าผู้เข้าร่วมหญิงคนอื่นๆ^{[ 33 ]} ผู้หญิงในระยะลูเตียลยังเป็นผู้เข้าร่วมเพียงกลุ่มเดียวที่พบว่ามีสปินเดิลเพิ่มขึ้นหลังจากการเรียนรู้ ซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปว่าผลกระทบของรอบเดือนอาจถูกไกล่เกลี่ยโดยสปินเดิลและฮอร์โมนเพศหญิง^{[ 33 ]}