レム睡眠（レムすいみん、）は、急速眼球運動（）を伴う睡眠である。REM睡眠とも表記される。急速眼球運動を伴わない睡眠はノンレム睡眠（）と呼ばれ、この項ではノンレム睡眠についても記述する。レム睡眠は、鳥類と哺乳類にしかみられない。睡眠中の状態のひとつで、身体は骨格筋が弛緩して休息状態にあるが、脳が活動して覚醒状態にある。ただし眼球だけが急速に運動している。このとき脳波は 4 Hz から 7 Hz のシータ波が優勢で覚醒時と同様の振幅を示す。外見的には寝ているのに、脳は覚醒状態にあるため、逆説睡眠（ぎゃくせつすいみん）とも呼ばれる。レム睡眠の存在は、シカゴ大学のとの研究によって、1953年に明らかになった。ヒトでは新生児期に多く睡眠時間のおよそ半分を占めるが、加齢に従って徐々に減少し、小児期で 20％、大人ではの睡眠時間の約 15% になる。夢を見るのはレム睡眠中であることが多いとされている。この期間を経た直後に覚醒した場合、直前の夢の内容を覚えていたり、その記憶による事実錯誤の状態になっていたりすることがあり、問題行動はこのタイプが多い（RBD:レム睡眠行動障害）。急速眼球運動を伴わない睡眠のことをノンレム睡眠 (Non-rapid eye movement sleep,Non-REM sleep) または徐波睡眠（じょはすいみん）という。ノンレム睡眠は段階1から段階4までの4段階に分けられ、段階4が睡眠の最も深いレベルである。このとき、周波数が 1 Hz から 4 Hz のデルタ波と呼ばれる低周波、高振幅の脳波が高頻度で観測される。ノンレム睡眠は一般的には「脳の眠り」と言われる。しかし筋肉の活動は休止せず、体温は少し低くなり、呼吸や脈拍は非常に穏かになってきて血圧も下がる。脳が覚醒していないため記憶されず、この間に夢をみていたかどうかは確認が難しい。いわゆるぐっすり寝ている状態で、多少の物音がしたり、軽くゆさぶられても目が覚めることはない。もしノンレム睡眠の最中に強制的に起こされると、人体はすぐさま活動を開始することができない。大脳が休止状態から活動を開始するまではしばらくの時間が必要とされ、この状態に起こされてもしばらく次の行動に自覚的に移ることができない「寝惚け」の状態になる。入眠時にまずノンレム睡眠が現れ、約1時間以内に最も深い段階4にまで達し、やがて約1時間から2時間ほどで徐々に浅くなってレム睡眠になる。以後はノンレム睡眠とレム睡眠が交互に現れ、レム睡眠はほぼ1時間半おきに20 - 30分続く。一晩の平均的な 6 - 8 時間の睡眠では 4 - 5 回のレム睡眠が現れる。ノンレム睡眠中に観測されるデルタ波には、脳内での記憶形成（記憶の再構成）や脳機能回復の作用があることが知られているが、マウスによる実験でレム睡眠を消失させるとノンレム睡眠中のデルタ波が弱くなることが観測された。アルツハイマー病やうつ病などでは、睡眠中のデルタ波が減少することが知られており、レム睡眠の効果や病気の解明の可能性も期待されている。健康な男子学生の実験では、ミノサイクリン200mgの単回投与で徐波睡眠が明らかに減少し、偽薬に変更後2回の夜も持続した。レム睡眠は全ての夜で減少しなかった。ミノサイクリン、ドキシサイクリン、テトラサイクリンは、致死性家族性不眠症への有効性が動物研究で示されている。

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