Ultrashort sleep-waking schedule. II. Relationship between ultradian rhythms in sleepability and the REM-non-REM cycles and effects of the circadian phase

Abstract

Eight subjects aged 20–30 years spent two 24 h periods in the sleep laboratory after having an adaptation night. At 16.00 h subjects began a strict 15 min waking-5 min sleeping schedule until 24.00 h. At 24.00 subjects retired for an uninterrupted monitored nocturnal sleep. Subjects were awakened after 6–7 h of sleep, either from REM sleep (in one experimental period) or 25 min after the end of a REM period (in the other experimental period) in a counterbalanced order, and a second 8 h 15 min waking-5 min sleeping schedule was initiated. There were no significant differences between the percentages of sleep stages 1 and 2 in the afternoon, evening and morning experiments. In each, stage 1 occured in about 10 of the 24 'sleep attempts' and accounted for 15–19% of the total recording time; sleep stage 2 occurred in 2–5 sleep attempts and accounted for 3–8% of total recording time. Four of the 8 subjects showed REM sleep in 8 sleep 'attempts;' only one appeared during an evening period. Orthogonal spectral analysis revealed a dominant ultradian frequency of about 7.2 c/day during both experimental schedules. However, synchronizing the individual morning time series with the last nocturnal REM period resulted in the appearance of a single spectral peak at 14.4 c/day, which is the dominant ultradian frequency of the nocturnal REM-non-REM cycles. The present findings are interpreted to suggest that diurnal levels of vigilance, as manifested in the ability to fall asleep at different times of the day, are regulated by several cyclic processes including a circadian and at least two ultradian components. Huit sujets (20 á 30 ans) ont passé deux fois 24 h au laboratoire de sommeil aprés une nuit d'adaptation. A 16.00 h, ils ont été soumis à un horaire strict de 15 min de veille et 5 min de sommeil, jusqu'à 24.00 h. A 24.00 h, les sujets s'isolaient pour un sommeil nocturne continu (et monitoré). Ils étaient réveillés aprés 6 à 7 h de sommeil, soit au cours d'une phase REM (dans une période expérimentale) soit 25 min aprés la fin d'une telle phase (dans l'autre période expérimentale), ceci dans un ordre compensé, puis une seconde période de 8 h avec 15 min de veille et 5 min de sommeil était instituée. Aucune différence significative des pourcentages des stades 1 et 2 n'a été notée entre les sommeils de l'aprés midi, du soir ou du matin. Dans tous les cas, le stade 1 est apparu dans environ 10 des 24 'tentatives' de sommeil et a représenté 15–19% du temps total d'enregistrement; le stade 2 est apparu dans 2 á 5 tentatives de sommeil et a rendu compte de 3–8% du temps total d'enregistrement. Quatre des 8 sujets ont présenté un sommeil REM dans 8 tentatives de sommeil; un seul est apparu pendant une période de soir. Une analyse spectrale orthogonale a révélé une fréquence dominante ultradienne d'environ 7,2 cycles/jour, ceci avec les deux programmes expérimentaux. Toutefois, en synchronisant les séries temporelles individuelles du matin avec la dernière période REM nocturne, un seul pic spectral est apparu, à 14,4 cycles/jour, qui est la fréquence ultradienne dominante des cycles nocturnes REM/non-REM. Les présentes données suggèrent que les niveaux diurnes de vigilance, traduits par une capacité à s'endormir à différentes heures du jour, sont réglés par plusieurs processes cycliques, avec une composante circadienne et au moins deux composantes ultradiennes.