Sleep disturbances: from insomnia to depression. From animals to humans

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This review presents data on the physiology of sleep, the pathophysiological basis of sleep disturbances, and the epidemiology of these disorders. Major hypotheses concerning the development of depressive disorders are discussed, including the monoamine, inflammatory, and neuroendocrine models. Current findings from clinical studies and meta-analyses are summarized, highlighting key factors by which sleep deprivation affects human somatic and mental functions. Sleep monitoring using electroencephalography has demonstrated a common pathophysiological link between rapid eye movement sleep behavior disorder in patients with depressive disorders and sleep deprivation. The role of sleep deprivation as an experimental and controversial method for treating depressive disorders is discussed.

The main preclinical models of disease in laboratory animals—total and paradoxical sleep deprivation—are presented and classified. Behavioral patterns observed in various paradigms, such as the Morris water maze and Y-maze tests, are analyzed. Changes in gene expression during disease modeling and alterations in neurometabolites following different sleep deprivation techniques are presented. The review outlines future directions in preclinical sleep disorder research, emphasizing unexplored areas, particularly the therapeutic potential of sleep deprivation in various depression models.

About the authors

Vladislav S. Yankovsky

The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Email: vld.s.yan567@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-3337-9048
SPIN-code: 1883-6337
Russian Federation, Moscow

Denis A. Borozdenko

The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Author for correspondence.
Email: borozdenko@phystech.edu
ORCID iD: 0000-0002-6797-9722
SPIN-code: 7351-6661

MD

Russian Federation, Moscow

Vadim V. Negrebetsky

The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Email: nmr_rsmu@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0001-6852-8942
SPIN-code: 3658-3258

Dr. Sci. (Chemistry)

Russian Federation, Moscow

References

  1. Patel AK, Reddy V, Shumway KR, Araujo JF. Physiology, sleep stages. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK526132/
  2. Payne JD, Schacter DL, Propper RE, et al. The role of sleep in false memory formation. Neurobiol Learn Mem. 2009;92(3):327–334. doi: 10.1016/j.nlm.2009.03.007
  3. Rosenwasser AM, Turek FW. Neurobiology of circadian rhythm regulation. Sleep Med Clin. 2015;10(4):403–412. doi: 10.1016/j.jsmc.2015.08.003
  4. Kerkhof GA. Epidemiology of sleep and sleep disorders in The Netherlands. Sleep Med. 2017;30:229–239. doi: 10.1016/j.sleep.2016.09.015
  5. Brunner DP, Dijk DJ, Borbély AA. Repeated partial sleep deprivation progressively changes in EEG during sleep and wakefulness. Sleep. 1993;16(2):100–113. doi: 10.1093/sleep/16.2.100
  6. Perotta B, Arantes-Costa FM, Enns SC, et al. Sleepiness, sleep deprivation, quality of life, mental symptoms and perception of academic environment in medical students. BMC Med Educ. 2021;21(1):111. doi: 10.1186/s12909-021-02544-8 EDN: MZPZXO
  7. Seoane HA, Moschetto L, Orliacq F, et al. Sleep disruption in medicine students and its relationship with impaired academic performance: A systematic review and meta-analysis. Sleep Med Rev. 2020;53:101333. doi: 10.1016/j.smrv.2020.101333 EDN: GIHDJX
  8. Tomaso CC, Johnson AB, Nelson TD. The effect of sleep deprivation and restriction on mood, emotion, and emotion regulation: three meta-analyses in one. Sleep. 2021;44(6):zsaa289. doi: 10.1093/sleep/zsaa289 EDN: IHZIGD
  9. Köhler CA, Freitas TH, Maes M, et al. Peripheral cytokine and chemokine alterations in depression: a meta-analysis of 82 studies. Acta Psychiatr Scand. 2017;135(5):373–387. doi: 10.1111/acps.12698
  10. Kim YK, Won E. The influence of stress on neuroinflammation and alterations in brain structure and function in major depressive disorder. Behav Brain Res. 2017;329:6–11. doi: 10.1016/j.bbr.2017.04.020
  11. Mulinari S. Monoamine theories of depression: historical impact on biomedical research. J Hist Neurosci. 2012;21(4):366–392. doi: 10.1080/0964704X.2011.623917
  12. Spencer RL, Deak T. A users guide to HPA axis research. Physiol Behav. 2017;178:43–65. doi: 10.1016/j.physbeh.2016.11.014
  13. Zajkowska Z, Gullett N, Walsh A, et al. Cortisol and development of depression in adolescence and young adulthood — a systematic review and meta-analysis. Psychoneuroendocrinology. 2022;136:105625. doi: 10.1016/j.psyneuen.2021.105625 EDN: NRVQQV
  14. Li X, Wu T, Yu Z, et al. Apocynum venetum leaf extract reverses depressive-like behaviors in chronically stressed rats by inhibiting oxidative stress and apoptosis. Biomed Pharmacother. 2018;100:394–406. doi: 10.1016/j.biopha.2018.01.137
  15. Kv A, Madhana RM, Js IC, et al. Antidepressant activity of vorinostat is associated with amelioration of oxidative stress and inflammation in a corticosterone-induced chronic stress model in mice. Behav Brain Res. 2018;344:73–84. doi: 10.1016/j.bbr.2018.02.009
  16. Roberts RE, Duong HT. The prospective association between sleep deprivation and depression among adolescents. Sleep. 2014;37(2):239–244. doi: 10.5665/sleep.3388
  17. Dong L, Xie Y, Zou X. Association between sleep duration and depression in US adults: A cross-sectional study. J Affect Disord. 2022;296:183–188. doi: 10.1016/j.jad.2021.09.075 EDN: GKCGSZ
  18. Crișan CA, Milhem Z, Stretea R, et al. A narrative review on REM sleep deprivation: a promising non-pharmaceutical alternative for treating endogenous depression. J Pers Med. 2023;13(2):306. doi: 10.3390/jpm13020306 EDN: PZUDFJ
  19. Landsness EC, Goldstein MR, Peterson MJ, et al. Antidepressant effects of selective slow wave sleep deprivation in major depression: a high-density EEG investigation. J Psychiatr Res. 2011;45(8):1019–1026. doi: 10.1016/j.jpsychires.2011.02.003
  20. Hu B, Liu C, Mou T, et al. Meta-analysis of sleep deprivation effects on patients with depression. Front Psychiatry. 2021;12:783091. doi: 10.3389/fpsyt.2021.783091 EDN: KYWCNT
  21. Chai Y, Gehrman P, Yu M, et al. Enhanced amygdala-cingulate connectivity associates with better mood in both healthy and depressive individuals after sleep deprivation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023;120(26):e2214505120. doi: 10.1073/pnas.2214505120
  22. Goldschmied JR, Boland E, Palermo E, et al. Antidepressant effects of acute sleep deprivation are reduced in highly controlled environments. J Affect Disord. 2023;340:412–419. doi: 10.1016/j.jad.2023.07.116 EDN: ZOYSPV
  23. Berro LF, Santos R, Hollais AW, et al. Acute total sleep deprivation potentiates cocaine-induced hyperlocomotion in mice. Neurosci Lett. 2014;579:130–133. doi: 10.1016/j.neulet.2014.07.028
  24. Fenzl T, Romanowski CP, Flachskamm C, et al. Fully automated sleep deprivation in mice as a tool in sleep research. J Neurosci Methods. 2007;166(2):229–235. Erratum in: J Neurosci Methods. 2008;170(1):179. doi: 10.1016/j.jneumeth.2007.07.007
  25. Lopez-Rodriguez F, Kim J, Poland RE. Total sleep deprivation decreases immobility in the forced-swim test. Neuropsychopharmacology. 2004;29(6):1105–1111. doi: 10.1038/sj.npp.1300406
  26. Lemons A, Saré RM, Beebe Smith C. Chronic sleep deprivation in mouse pups by means of gentle handling. J Vis Exp. 2018;(140):58150. doi: 10.3791/58150
  27. Youngblood BD, Zhou J, Smagin GN, et al. Sleep deprivation by the «flower pot» technique and spatial reference memory. Physiol Behav. 1997;61(2):249–256. doi: 10.1016/s0031-9384(96)00363-0
  28. Han C, Li F, Ma J, et al. Distinct behavioral and brain changes after different durations of the modified multiple platform method on rats: An animal model of central fatigue. PLoS One. 2017;12(5):e0176850. doi: 10.1371/journal.pone.0176850
  29. Chanana P, Kumar A. GABA-BZD receptor modulating mechanism of panax quinquefolius against 72-h sleep deprivation induced anxiety like behavior: possible roles of oxidative stress, mitochondrial dysfunction and neuroinflammation. Front Neurosci. 2016;10:84. doi: 10.3389/fnins.2016.00084
  30. Kumar A, Singh A. Possible involvement of GABAergic mechanism in protective effect of melatonin against sleep deprivation-induced behaviour modification and oxidative damage in mice. Fundam Clin Pharmacol. 2009;23(4):439–448. doi: 10.1111/j.1472-8206.2009.00737.x
  31. Chen D, Zhang Y, Wang C, et al. Modulation of hippocampal dopamine and synapse-related proteins by electroacupuncture improves memory deficit caused by sleep deprivation. Acupunct Med. 2020;38(5):343–351. doi: 10.1177/0964528420902147 EDN: KOSRRW
  32. da Silva Rocha-Lopes J, Machado RB, Suchecki D. Chronic REM sleep restriction in juvenile male rats induces anxiety-like behavior and alters monoamine systems in the amygdala and hippocampus. Mol Neurobiol. 2018;55(4):2884–2896. doi: 10.1007/s12035-017-0541-3 EDN: YEIASD
  33. Jansen PR, Watanabe K, Stringer S, et al. Genome-wide analysis of insomnia in 1,331,010 individuals identifies new risk loci and functional pathways. Nat Genet. 2019;51(3):394–403. doi: 10.1038/s41588-018-0333-3 EDN: KRPIJM
  34. Wang Z, Chen L, Zhang L, Wang X. Paradoxical sleep deprivation modulates depressive-like behaviors by regulating the MAOA levels in the amygdala and hippocampus. Brain Res. 2017;1664:17–24. doi: 10.1016/j.brainres.2017.03.022
  35. Rico-Rosillo MG, Vega-Robledo GB. Sleep and immune system. Rev Alerg Mex. 2018;65(2):160–170. doi: 10.29262/ram.v65i2.359
  36. Gonzalez-Castañeda RE, Galvez-Contreras AY, Martínez-Quezada CJ, et al. Sex-related effects of sleep deprivation on depressive- and anxiety-like behaviors in mice. Exp Anim. 2016;65(1):97–107. doi: 10.1538/expanim.15-0054 EDN: WUEMCT

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Pathophysiological mechanisms linking depressive disorder and sleep deprivation. HPA, hypothalamic-pituitary-adrenal axis; ACTH, adrenocorticotropic hormone; IL, interleukin; TNF-α, tumor necrosis factor α.

Download (202KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».