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Infra-slow oscillations during sleep, after acute sleep deprivation, and in patients with restless legs syndrome/periodic leg movements during sleep (RLS/PLMS)

English title Infra-slow oscillations during sleep, after acute sleep deprivation, and in patients with restless legs syndrome/periodic leg movements during sleep (RLS/PLMS)
Applicant Fulda Stephany
Number 160009
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Neurocentro della Svizzera Italiana Ospedale Civico
Institution of higher education Ente Ospedaliero Cantonale - EOC
Main discipline Neurology, Psychiatry
Start/End 01.11.2015 - 31.07.2017
Approved amount 110'399.00
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Keywords (5)

Infra-slow oscillations; Sleep; Sleep deprivation; Periodic leg movements during sleep; Restless legs syndrome

Lay Summary (German)

Lead
In diesem Projekt registrieren wir multi-sekunden Oszillationen der elektrischen Aktivität des Gehirns gemeinsam mit der Mikrostruktur des Schlafes und den Fluktuationen des autonomen und des motorischen Systems im Schlaf, um die Bedeutung dieser Oszillationen für den Schlaf zu erforschen.Dazu nutzen wir die Möglichkeit, diese multi-sekunden Oszillationen der elektrischen Aktivität des Gehirns direkt mit Hilfe einer speziellen, filter-freien Elektroenzephalographie (EEG) aufzuzeichnen.Dadurch wollen wir die Komplexität des Schlafes umfassender als bisher beschreiben und zu einer besseren Charakterisierung der dynamischen Regulierung des Schlafes beitragen.
Lay summary

Hintergrund und Ziel des Forschungsprojektes:

Der nächtliche Schlaf ist ein dynamischer Prozess mit einer charakteristischen Abfolge von Schlafstadien, die die Makrostruktur des Schlafes beschreiben. Auch innerhalb der einzelnen Schlafstadien finden sich prominente Fluktuation zwischen einem schlafstadien-spezifischen Hintergrund und verschiedenartigen, kurzen Ereignissen (z.B. kurzen Wachphasen), die die sogenannte Mikrostruktur des Schlafes ausmachen. Diese Mikrostruktur ist Teil der physiologischen Regulierung des Schlafes und zeigt charakteristische Veränderungen in verschiedenen Schlafstörungen. Von zentraler Bedeutung für dieses Projekt ist die Beobachtung, dass diese mikrostrukturellen Fluktuationen im multi-sekunden Bereich stattfinden, einem Frequenzbereich, in dem sich auch Fluktuationen des autonomen und des motorischen Systems während des Schlafes finden. Die Möglichkeit, auch multi-sekunden Oszillationen der elektrischen Aktivität des Gehirns mit Hilfe einer speziellen, filter-freien Elektroenzephalographie (EEG) aufzuzeichnen, wollen wir nutzen, um diese Oszillationen und die Mikrostruktur des Schlafes umfassender zu beschreiben.

Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es multi-sekunden EEG Oszillationen während des Schlafes in gesunden Schläfern, nach einer Schlafdeprivation und in Personen mit dem Syndrom der unruhigen Beine („Restless legs syndrome“) und/oder periodischen Bewegungen im Schlaf zu registrieren.

Wir werden diese multi-sekunden EEG Oszillationen während des Schlafes systematisch beschreiben und untersuchen, ob die Oszillationen oder ihre Beziehung zu anderen Fluktuationen während des Schlafes sich zwischen gesunden Schläfern und schlafgestörten Personen unterscheiden und sich nach Schlafdeprivation verändern.

Dadurch wollen wir die Komplexität des Schlafes umfassender als bisher beschreiben und die dynamischen Regulierung des Schlafes besser charakterisieren, was längerfristig zu einem besseren Verständnis von Schlafstörungen beitragen wird.


Direct link to Lay Summary Last update: 07.04.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
PD Dr. med. Dr. phil. Sampsa Vanhatalo Finland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Annual Meeting Swiss Society for Sleep Research, Sleep Medicine and Chronobiology SSSSC 2017 Talk given at a conference Infraslow oscillations in sleep in healthy subjects 12.05.2017 Lugano, Switzerland Fulda Stephany;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
179194 Infra-slow oscillations during sleep 01.09.2018 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Background: In the proposed project we plan to systematically characterise infra-slow EEG oscillations during sleep, explore their relationship to the microstructure of sleep, and investigate its role in the physiology and pathophysiology of sleep by co-registration of Full band EEG with polysomnography during wake and sleep in healthy subjects, after sleep deprivation, and in patients with restless legs syndrome/periodic leg movements during sleep (RLS/PLMS). Sleep is a highly dynamic process and during large parts of sleep the level of arousal fluctuates on a multi-second time scale between the sleep stage specific background and transient, phasic events that clearly arise from this background and constitute the microstructure of sleep. This microstructure is part of the dynamic physiological sleep regulation and at the same time reflects the instability of sleep, is critically involved in the pathophysiology of sleep and a determinant of the recuperative value of sleep and daytime performance. Intriguingly, these sleep microstructural fluctuations are in a multi-second range that corresponds closely to the so-called infra-slow oscillations that are ubiquitous in the central nervous system. Infra-slow oscillations (0.01 - 0.1 Hz) have been observed in both humans and animals across brain structures and spatial scales in the dynamics of single unit firing rates, direct electrical potential fluctuations and oscillation amplitude modulations. The possibility to record these infra-slow oscillations on the level of the surface EEG with direct current (DC) or Full band (Fb) EEG offers a new approach to study the microstructure of sleep and characterise the full range of sleep-related EEG oscillations.Objectives: (i) to record and systematically characterise infra-slow oscillations during wake and all stages of sleep, (ii) to explore the relationship between sleep infra-slow oscillations and microstructural events of sleep, in particular the cyclic alternating pattern, (iii) to explore the effect of acute sleep deprivation on sleep infra-slow EEG activity, (iv) to investigate infra-slow sleep EEG activity in patients with RLS/PLMS, common sleep disorders with prominent periodic arousals, heart rate activations, and leg movements, and (v) to explore the relationship between infra-slow EEG oscillations and periodic events in movement and autonomic system activity in patients with RLS/PLMS.Experimental design/Methods: Recording of infra-slow EEG activity with DC Fb EEG during a full night of sleep and standardised periods of pre- and post-sleep wakefulness in healthy subjects (work package (WP) 1), after acute 40 h sleep deprivation (WP 2), and in patients with RLS/PLMS (WP 3).Expected Value of the proposed Project: Results of this study will substantially contribute to the first systematic characterisation of infra-slow EEG activity during sleep and will be a first step towards elucidating its role in the physiology and pathophysiology of sleep. By combining the registration of infra-slow EEG activity and sleep microstructure analyses, we will generate new and important information about a wide range of arousal fluctuations and ultimately contribute to a more complete characterisation of sleep.
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