Hacia 1897, Michelson dio en parte la razón a esta teoría, pues descubrió que si bien en las primeras tres horas hay un descenso desde la vigilia al sueño más profundo, a partir de la cuarta, se producían unas oscilaciones en las que el sueño experimentaba diferentes niveles de profundidad, por lo que no se trataba de un retorno uniforme desde el más profundo hasta el despertar, sino que manifestaba unas ondulaciones, aunque no volvía a un estado de letargo como el experimentado durante el primer descenso al nivel más profundo. Michelson no despertaba a los voluntarios mediante sonidos, sino que prefirió utilizar estímulos del sentido del tacto. Sin embargo, tanto unos como otros no podían aplicarse de manera continua, por lo que no era posible saber qué actividad se da en el cerebro entre estímulo y estímulo. Además, al provocar el despertar, el sujeto pasaba desde el nivel de reposo en el que se encontraba directamente a la conciencia, por lo que no se obtenía una idea precisa de lo que acaecía en el pensamiento de los durmientes mientras permanecían en reposo. Entrado el siglo pasado se produjo un apreciable avance cuando se empleó el registro electroencefalográfico para comprobar el ritmo cerebral durante todo el período del sueño.
Mediante el auxilio del electroencefalograma podemos conocer en qué nivel de sueño se encuentra el durmiente en cada momento y qué duración tiene cada uno de ellos. Loomis, en 1937, dividió el descanso en cinco niveles, que indicaría mediante las primeras letras del abecedario; así, la más somera sería la fase A y la más profunda la E. Dement y Kleitman, también mediante el registro de la actividad cerebral, determinaron cuatro fases del sueño, marcadas con numeración romana del i al iv, clasificación que es la que ha predominado hasta hoy, pues la fase I de Dement y Kleitman engloba las fases A y B de Loomis, por lo que la segunda distribución no deja de ser una mejora de la de este último.
Los niveles I y II pertenecen al sueño superficial y en ellos se desarrolla diferente actividad cerebral en función de si se trata de la fase i previa a la conciliación del sueño profundo, que se produce en los niveles III y IV, o si se refiere al nivel I al volver desde el nivel IV al sueño somero, pues al experimentar el sueño superficial previo al despertar es cuando se emprende el nivel de sueño paradójico, en el que se desarrollan los sueños más nítidos.
El nivel I posterior a la vigilia, al emprender el reposo, es también la duermevela, el período durante el que el durmiente confunde los pensamientos conscientes con las primeras ensoñaciones, algunas de las cuales amalgaman pensamientos con percepciones y los primeros episodios oníricos que si provocan una reacción desmesurada en la conciencia devuelven momentáneamente a la vigilia. Durante esta fase las ondas cerebrales pasan de las beta, propias de la vigilia más frecuentes y de menos voltaje, a las alfa, que se registran en la duermevela y son más lentas y amplias. Durante el trasvase desde el nivel I al II las ondas elevan la frecuencia hasta adoptar una uniformidad que sólo se ve detenida por la irrupción de ondas delta, que aparecen en el nivel III y se caracterizan por una frecuencia de entre tres y cuatro por segundo y una amplitud de 100 microvoltios.
Los niveles III y IV pertenecen al sueño profundo, caracterizado por las mencionadas ondas delta durante la fase III y las theta en el nivel iy mucho más amplias y esporádicas.
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