Khoa học thần kinh giấc ngủ
Giấc ngủ và sự phát sinh cá thể – chủng loại > Ngủ qua các giai đoạn phát triển và sự lão hóa > Giấc ngủ của thai nhi và giai đoạn sơ sinh

Giấc ngủ đã sớm có sự phát triển khoảng từ tuần 26 đến tuần 28 thai kỳ. Trong giai đoạn phát triển đó, đặc điểm của một giấc ngủ người lớn chưa thể nhận diện rõ ràng được. Từ tuần 30 trở đi, giấc ngủ thai nhi bắt đầu biệt hóa thành dạng tĩnh lặng và dạng hoạt động. Đối với dạng ngủ tĩnh lặng, người ta quan sát có các đặc trưng là hiện hữu sóng delta và sóng gián đoạn (trace alternant). Trace alternant mang hình thái của các sóng chậm trộn lẫn với sóng nhanh, sau đó sẽ được thay thế bằng giai đoạn SWS. Như vậy, giấc ngủ tĩnh này được xem là dạng chưa hoàn chỉnh của giai đoạn nREM ở người lớn. Bên cạnh đó, dạng ngủ hoạt động thể hiện sự thay đổi về tần số thở và nhịp tim, cùng với các cử động mắt nhanh và chậm; vì thế dạng này chính là giấc ngủ REM ở người trưởng thành nhưng chưa "chín mùi." Chuyển động mắt nhanh của trẻ trong bụng mẹ có thể quan sát được vào tuần thứ 30 của thai kỳ, và tăng biểu hiện liên tiếp đến tuần 40, sau đó giảm dần về tần suất. Khi đã đến tuần thứ 47, các giai đoạn của một giấc ngủ có thể được biệt hóa phù hợp với tiêu chuẩn của một giấc ngủ bình thường. Trong đó, các sóng gián đoạn chuyển đổi dần thành các sóng chậm.
Ở trẻ mới sinh ra, thời gian ngủ chiếm khoảng 16–18 giờ trong một ngày. Giấc ngủ có đặc tính khá là "phân mảnh," khi giai đoạn tĩnh lặng và hoạt động cạnh tranh nhau, và cứ luân phiên xuất hiện một cách nhanh chóng, dần về sau thường xuyên diễn ra sự chuyển dời từ trạng thái ngủ sang thức hơn. Phần não trước càng phát triển, tương đương khả năng kiểm soát chu kỳ ngủ - thức ngày càng hoàn thiện; ngay tại thời điểm 2 tháng tuổi, trẻ sơ sinh chỉ có thể ngủ trong vòng 4 tiếng. Khi trẻ gần tròn 1 tuổi, giấc ngủ tăng lên 7 tiếng. Quá trình ngủ cũng bắt đầu có khuynh hướng được kích hoạt vào ban đêm hơn là ban ngày. Và trong những ngày cuối cùng của năm đầu đời, toàn bộ thời gian dành cho việc ngủ ở trẻ có thể đạt tới 14 tiếng.
Các sóng EEG đặc trưng của giấc ngủ cũng bắt đầu xuất hiện khi trẻ 1 tuổi. Các thoi ngủ là các sóng đầu tiên quan sát được trong vòng 8 tuần sau sinh. 6 tháng đầu của cuộc đời, mật độ sóng thoi (số lần sóng thoi trên mỗi phút giai đoạn nREM) tăng nhanh chóng, với biên độ tăng và thời gian của sóng giảm (Tanguay và cộng sự, 1975). Những thay đổi cơ cấu sóng này được cho là phản ánh sự phát triển của hệ thống sinh lý thần kinh, bao gồm có mạng lưới các sợi đồi-vỏ, trong đó có sự tăng sinh sợi nhánh và myelin hóa nơron.
Tiến trình phát triển mạnh mẽ của não bộ gắn liền với những biến đổi đặc biệt trên giấc ngủ REM. Khi trẻ mới được sinh ra, những đứa bé này có thể từ trạng thái thức tỉnh đi vào trạng thái REM một cách trực tiếp; tuy nhiên là sau vài tháng đầu đời, giấc ngủ sóng chậm chiếm ưu thế trong giai đoạn đầu, trong khi đó giấc ngủ động (REM) chủ yếu ở giai đoạn sau của giấc ngủ. Sự phân bổ này phù hợp với loại giấc ngủ của người lớn. Tỷ lệ giai đoạn REM cũng không cố định, đối với trẻ sơ sinh thì tỷ lệ này chiếm 50% (Anders và Keener 1985) và giảm dần trong suốt quãng đời còn lại.
Tỷ lệ cực lớn của giấc ngủ REM trong giai đoạn phát triển sớm đã nói lên vai trò quan trọng của nó trong quá trình trưởng thành hóa não bộ. Roffwarg và cộng sự đã đề xướng rằng giấc ngủ REM là không thể thiếu cho sự sinh trưởng hệ thần kinh trung ương (CNS). Họ phát biểu rằng bởi vì hệ thần kinh bị giới hạn trong việc tiếp nhận các kích thích ngoại sinh khi đứa trẻ còn nằm trong bụng mẹ, cũng như là dành ít thời gian cho việc thức. Giấc ngủ REM là thực sự thiết yếu nhằm bù đắp các kích thích nội sinh để thúc đẩy sự phát triển. Nhiều nghiên cứu đã "chống đỡ" cho giả thuyết này (Mirmiran và cộng sự 2003). Chẳng hạn như là, khi dùng thuốc hay các công cụ để ức chế giấc ngủ REM trong vài tuần đầu sau sinh, kết quả thu được đó là có sự giảm sút một cách đáng kể khối lượng mô thần kinh tại vỏ não và hành não của con chuột con. Tuy nhiên rằng, với sự bổ túc của các nghiên cứu sau này, giả thuyết về sự phát triển cá thể đã được điều chỉnh lại cho phù hợp, để chứng minh giấc ngủ REM mang nhiều cơ chế quan trọng chứ không chỉ đơn giản là "bắt chước" trạng thái thức. Ức chế REM ở loài mèo con bị khuyết tật mắt một bên (monocular deprivation) sẽ gây ra tác động hủy hoại mang tính hệ thống, dù rằng là giấc ngủ này có sự tương đồng giống với lúc thức tỉnh. Hơn nữa, nhiều công trình nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng sự xuất hiện sớm của giai đoạn REM mục đích hạ thấp xác suất khởi động chu trình tự hủy tế bào (apoptosis) trong giai đoạn phát triển của não. Vì vậy, khi mà tiến trình "đâm chồi nảy lộc" của hệ thống thần kinh trung ương được dự đoán là sẽ bị ngừng trệ theo tuổi tác, điều này đã đặt ra sự cần thiết cho giấc ngủ này.
Song song với sự suy giảm hoạt động REM chính là tăng cường SWA (slow wave activity, tức giấc ngủ sóng chậm). Thông qua đó, phản ánh sự tăng hoạt hóa các quá trình tổng hợp synap gắn liền với giai đoạn phát triển. Chưa dừng lại ở đó, SWA được biết là gắn liền với khả năng học và củng cố ký ức trong suốt cả cuộc đời, đưa ra mối quan hệ với quá trình biến hóa synap và nặn hình cơ cấu thần kinh (synaptic plasticity). Điều quan trọng cần phải lưu ý rằng là hoạt động sóng theta (6.5–9 Hz), chứ không phải các dạng sóng chậm khác, thể hiện áp lực giấc ngủ (sleep pressure) đối với trẻ nhỏ. Trong một nghiên cứu dọc (longitudinal study) về điện não đồ của trẻ về đêm, Jenni và cộng sự đã chứng minh hoạt động theta giảm đi khi giai đoạn sóng chậm nREM diễn ra không có sự gián đoạn. Tại thời điểm 9 tháng tuổi, sự suy giảm này như phân rã theo cấp số mũ, khiến cho giấc ngủ càng có tính chất liên tục và theo chu kỳ. Vì thế tăng hoạt động sóng này có thể phản ánh sự phân tán đi khuynh hướng ổn định của một giấc ngủ bình thường.
Một cách tổng quát, những thay đổi quan trọng về cơ cấu giấc ngủ trong thời kỳ thơ ấu tương ứng với quá trình phát triển mãnh liệt của hệ CNS. Chính những biến chuyển linh động của SWA, các thoi ngủ, và giấc ngủ REM đã gắn liền với các thuộc tính sinh học như khả biến thần kinh, tăng cường dẫn truyền qua synap hiệu quả, và sản sinh ra nhiều synap hóa học. Với những điều kiện vô cùng ăn khớp và thích hợp như vậy, có thể nói rằng giấc ngủ mang vai trò cốt yếu trong việc củng cố ký ức (sleep-dependent memory consolidation, SDC) cho trẻ nhỏ.