Does more sleep matter? Differential effects of NREM- and REM-dominant sleep on sleepiness and vigilance

SummaryWe investigated effects of NREM and REM predominant sleep periods on sleepiness and psychomotor performances measured with visual analog scales and the psychomotor vigilance task, respectively. After one week of stable sleep-wake rhythms, 18 healthy sleepers slept 3 hours of early sleep and 3 hours of late sleep, under polysomnographic control, spaced by two hours of sustained wakefulness between sleep periods in a within subjects split-night, sleep interruption protocol. Power spectra analysis was applied for sleep EEG recordings and sleep phase-relative power proportions were computed for six different frequency bands (delta, theta, alpha, sigma, beta and gamma). Both sleep periods presented with similar sleep duration and efficiency. As expected, phasic NREM and REM predominances were obtained for early and late sleep conditions, respectively. Albeit revealing additive effects of total sleep duration, our results showed a systematic discrepancy between psychomotor performances and sleepiness levels. In addition, sleepiness remained stable throughout sustained wakefulness during both conditions, whereas psychomotor performances even decreased after the second sleep period. Disregarding exchanges for frequency bands in NREM or stability in REM, correlations between outcome measures and EEG power proportions further evidenced directional divergence with respect to sleepiness and psychomotor performances, respectively. Showing that the functional correlation pattern changed with respect to early and late sleep condition, the relationships between EEG power and subjective or behavioral outcomes might however essentially be related to total sleep duration rather than to the phasic predominance of REM or NREM sleep.

RésuméNous avons étudié les effets de 2 périodes de sommeil, composées majoritairement de sommeil lent (SL) ou de sommeil paradoxal (SP), sur la somnolence et la vigilance en utilisant des échelles visuelles analogiques et une tache de vigilance psychomotrice. Dans le cadre d’un protocole intra-sujet d’interruption de sommeil, des 18 enregistrements polysomnographiques ont été effectués chez 18 sujets sains pendant 2 périodes de 3 heures en début et en fin de nuit entrecoupées par 2 heures d’éveil maintenu. Nous avons réalisé une analyse des puissances spectrales de l’EEG de sommeil et calculé les proportions de puissance relative par phase de sommeil pour 6 différentes bandes de fréquence (delta, theta, alpha, sigma, beta, et gamma). La durée et l’efficacité de sommeil étaient similaires dans les deux conditions. Nos résultats confirment la prédominance de SL et de SP en début et fin de nuit, respectivement et montrent des effets additifs de la durée totale de sommeil ainsi qu’une divergence systématique entre les performances psychomotrices et les niveaux de somnolence. En effet, la somnolence reste stable au cours de la veille soutenue dans les deux conditions alors que les performances psychomotrices diminuent après le second épisode de sommeil. Abstraction faite des changements de distribution des puissances spectrales en SL ou de la stabilité en SP, les corrélations entre les résultats et les proportions de puissance EEG montrent une divergence directionnelle entre la somnolence et les performances psychomotrices. En montrant que le pattern de corrélations fonctionnelles change en début et fin de nuit, la relation entre les puissances EEG et les données subjectives et comportementales semble essentiellement liée à la durée totale de sommeil plutôt qu’à la prédominance phasique de SP ou de SL.