Vurdering | Biopsykologi | Sammenlignende | Kognitiv | Udvikling | Sprog | Individuelle forskelle | Personlighed | Filosofi | Sociale |
Metoder | Statistik | Klinisk | Uddannelse | Industriel | Professionelle genstande | Verdenspsykologi |

Biologisk: Adfærdsgenetik · Evolutionær psykologi · Neuroanatomi · Neurokemi · Neuroendokrinologi · Neurovidenskab · Psykoneuroimmunologi · Fysiologisk psykologi · Psykofarmakologi (Indeks, oversigt) )

Det retikulære aktiveringssystem (RAS) eller (ARAS for stigende retikulært system) er et område af hjernen (inklusive retikulær dannelse og dens forbindelser), der er ansvarlig for at regulere ophidselse og søvn-vågne overgange.

Historie og etmologi

Moruzzi og Magoun undersøgte først de neurale komponenter, der regulerede hjernens søvn-vågen-mekanismer i 1949. Fysiologer havde foreslået, at en eller anden struktur dybt inde i hjernen kontrollerede mental opmærksomhed. Tidligere troede man, at vågenhed var direkte afhængig af transmission af afferente sensoriske stimuli til hjernebarken.

Magoun demonstrerede først, at direkte elektrisk stimulering af to separate områder af en kats hjernestamme frembragte de forskellige elektrokortikale begivenheder, der findes i hjernen, når de vågner op fra søvn: For det første de opadgående somatiske og auditive stier; for det andet en række “stigende relæer fra retikulær dannelse af den nedre hjernestamme gennem mesencepahlic tegmentum, subthalamus og hypothalamus til den indre kapsel.” Sidstnævnte var af særlig interesse, da denne serie af relæer ikke svarede til nogen kendte anatomiske veje til signaltransduktion og blev opfundet det stigende retikulære aktiveringssystem (RAS).

Dernæst var betydningen af dette nyligt identificerede relæsystemet blev evalueret ved at placere læsioner i de mediale og laterale dele af den forreste del af midthjernen. Katte med mesancepahlic-afbrydelser til RAS gik ind i en dyb søvn og viste tilsvarende hjernebølger. Alternativt katte med lignende placerede afbrydelser til stigende auditive og somatiske stier udviste normal søvn og vågenhed og kunne vækkes med somatiske stimuli. Fordi disse eksterne stimuli ville blive blokeret af afbrydelserne, indikerede dette, at den stigende transmission skal bevæge sig gennem den nyopdagede RAS.

Endelig registrerede Magoun potentialer inden for den mediale del af hjernestammen og opdagede, at auditive stimuli direkte affyrede dele af retikulæren aktiverende system. Desuden aktiverede enkeltchokstimulering af iskiasnerven også den mediale retikulære dannelse, hypothalamus og thalamus. Excitation af RAS var ikke afhængig af yderligere signaludbredelse gennem cerebellære kredsløb, da de samme resultater blev opnået efter decerebellation og decortication. Forskerne foreslog, at en søjle af celler, der omgiver midbrain retikulær dannelse, modtog input fra alle de stigende områder i hjernestammen og videreformidlede disse afferenter til cortex og derfor regulerede vågenhed.

Placering og struktur

Anatomiske komponenter

RAS består af flere neuronale kredsløb, der forbinder hjernestammen med cortex. Disse veje stammer fra den øvre hjernestamme retikulære kerne og rager gennem synaptiske relæer i rostral intralaminar og thalamisk kerne til hjernebarken. Som et resultat er individer med bilaterale læsioner af thalamiske intralaminære kerner sløv eller døsig. Flere områder, der traditionelt er inkluderet i RAS er:

• Midbrain Reticular Formation
• Mesencephalic Nucleus (mesencephalon)
• Thalamic Intralaminar nucleus
• Dorsal Hypothalamus
• Tegmentum

RAS består af evolutionært gamle hjerneområder, som er afgørende for overlevelse og beskyttet i ugunstige perioder. Som et resultat fungerer RAS stadig i hæmmende perioder med hypnose.

Neurotransmittere

RAS’s neuronale kredsløb moduleres af komplekse interaktioner mellem nogle få hovedneurotransmittere. RAS indeholder både kolinerge og adrenerge komponenter, som udviser synergiske såvel som konkurrerende handlinger for at regulere thalamokortisk aktivitet og den tilsvarende adfærdstilstand.

Kolinerge

Shute og Lewis afslørede først tilstedeværelsen af en kolinerge komponent i RAS, sammensat af to stigende mesopontine tegmentveje rostralt beliggende mellem mesencephalon og centrum ovale (semioval center). Disse veje involverer kolinerge neuroner i den bageste mellemhjerne, den pedunculopontine kerne (PPN) og den laterodorsale tegmentale kerne (LDT), som er aktive under vågning og REM-sivning.Kolinerge fremspring ned gennem retikulær dannelse og stiger til substantia nigra, basal forhjerne, thalamus og cerebellum; kolinerge aktivering i RAS resulterer i øget frigivelse af acetylcholin i disse områder. Glutamat er også blevet foreslået at spille en vigtig rolle i bestemmelsen af fyringsmønstre for de tegmentale kolinerge neuroner.

Det er for nylig blevet rapporteret, at signifikante dele af posteriore PPN-celler er elektrisk koblet. Det ser ud til, at denne proces kan hjælpe med at koordinere og forbedre rytmisk affyring på tværs af store populationer af celler. Denne samlende aktivitet kan hjælpe med at lette signaludbredelse i hele RAS og fremme søvn-vågne overgange. Det anslås, at 10 til 15% af RAS-celler kan være elektrisk koblet.

Adrenerge

Den adrenerge komponent i det retikulære aktiveringssystem er tæt forbundet med de noradrenerge neuroner i locus coeruleus . Ud over noradrenerge fremspring, der er parallelle med de førnævnte kolinerge veje, er der også stigende fremspring direkte til hjernebarken og nedadgående fremspring til rygmarven. I modsætning til kolinerge neuroner er de adrenerge neuroner aktive under vågne og langsom bølgesøvn, men ophører med at skyde under REM-søvn. Derudover ødelægges adrenerge neurotransmittere meget langsommere end acetylcholin. Denne vedvarende aktivitet kan tegne sig for noget af tidsforsinkelsen under bevidsthedsændringer.

Nyere arbejde har vist, at den neuronale messenger nitrogenoxid (NO) også kan spille en vigtig rolle i at modulere aktiviteten af det noradrenerge neuroner i RAS. INGEN diffusion fra dendritter regulerer regional blodgennemstrømning i thalamus, hvor NO-koncentrationer er høje under opvågnen og REM-søvn og signifikant lavere under langsombølge-søvn. Desuden har injektioner af NO-hæmmere vist sig at påvirke søvn-vågecyklus og ophidselse.

Derudover ser det ud til, at hypocretin / orexin-neuroner i hypothalamus aktiverer både de adrenerge og kolinerge komponenter i RAS og kan koordinere hele systemets aktivitet.

Funktion

Regulering af søvn-vågne overgange

RAS ‘hovedfunktion er at modificere og forstærke thalamisk og kortikal funktion såsom at elektroencefalogram (EEG) desynkronisering følger. Der er tydelige forskelle i hjernens elektriske aktivitet i perioder med vågenhed og søvn: Lavspændingshurtige hjernebølger (EEG-desynkronisering) er forbundet med vågenhed og REM-søvn (som er elektro-fysiologisk identiske); store spændings langsomme bølger findes under ikke-REM-søvn. Generelt set synkroniseres EEG, når thalamiske relæneuroner er i burst-tilstand, og når de er i tonic-tilstand, desynkroniseres den. Stimulering af RAS producerer EEG-desynkronisering ved at undertrykke langsomme kortikale bølger (0,3-1 Hz), delta-bølger (1-4 Hz) og spindelbølgesvingninger (11-14 Hz) og ved at fremme gamma-bånd (20 – 40 Hz) svingninger .

Den fysiologiske ændring fra en tilstand af dyb søvn til vågenhed er reversibel og formidlet af RAS. Hæmmende indflydelse fra hjernen er aktiv ved søvnudbrud, sandsynligvis fra hypotalamusens præoptiske område (POA). Under søvn vil neuroner i RAS have en meget lavere affyringshastighed; omvendt vil de have et højere aktivitetsniveau under vågentilstanden. Derfor resulterer input med lav frekvens (under søvn) fra RAS til POA-neuroner i en excitatorisk indflydelse, og højere aktivitetsniveauer (vågen) vil have hæmmende indflydelse. For at hjernen kan sove, skal der være en reduktion i stigende afferent aktivitet, der når cortex ved undertrykkelse af RAS.

Opmærksomhed

Det retikulære aktiverende system hjælper også med at mediere overgange fra afslappet vågenhed til perioder med høj opmærksomhed. Der er øget regional blodgennemstrømning (formodentlig indikerer et øget mål for neuronal aktivitet) i midthjernen retikulær dannelse (MRF) og thalamiske intralaminar kerner under opgaver, der kræver øget opmærksomhed og opmærksomhed.

Klinisk relevans

Bedøvelseseffekter

En intuitiv hypotese, først foreslået af Magoun, er, at anæstetika kan opnå deres potente virkninger ved reversibelt at blokere neurale ledninger i det retikulære aktiverende system og derved mindske den samlede ophidselse. Imidlertid har yderligere forskning antydet, at selektiv depression af RAS kan være for forenklet til en forklaring til fuldt ud at tage højde for bedøvelseseffekter. Dette er fortsat et stort ukendt og stridspunkt mellem eksperter i det retikulære aktiveringssystem og har bestemt brug for yderligere forskning.

Smerter

Direkte elektrisk stimulering af det retikulære aktiveringssystem producerer smerterespons hos katte og uddanner verbale rapporter om smerter hos mennesker.Derudover kan stigende retikulær aktivering hos katte producere mydriasis, hvilket kan skyldes langvarig smerte. Disse resultater antyder en vis sammenhæng mellem RAS-kredsløb og fysiologiske smerteveje.

Udviklingspåvirkninger

Der er flere potentielle faktorer, der kan have en negativ indflydelse på udviklingen af det retikulære aktiveringssystem:

• Født fødsel

Uanset fødselsvægt eller graviditetsuge, inducerer for tidlig fødsel vedvarende skadelige virkninger på præ-opmærksomhed (ophidselse og søvn-vågne abnormiteter), opmærksomhed (reaktionstid og sensorisk gating) og kortikale mekanismer under hele udviklingen.

• Rygning under graviditet

Prænatal eksponering for cigaretrøg er kendt for at give varig ophidselse, opmærksomhed og kognitive mangler hos mennesker. Denne eksponering kan inducere opregulering af nikotinreceptorer på α4b2 underenhed på Pedunculopontine nucleus (PPN) celler, hvilket resulterer i øget tonisk aktivitet, hvilemembranpotentiale og hyperpolarisationsaktiveret kationstrøm. Disse store forstyrrelser af de iboende membranegenskaber af PPN-neuroner resulterer i øgede niveauer af ophidselse og sensoriske gatingunderskud (demonstreret af en mindsket mængde tilvænning til gentagne auditive stimuli). Det antages, at disse fysiologiske ændringer kan intensivere opmærksomhedsdysregulering senere i livet.

Patologier

I betragtning af vigtigheden af RAS for modulering af kortikale ændringer, bør lidelser i RAS resultere i ændringer i søvn-vågne cyklusser og forstyrrelser i ophidselse. Nogle patologier i RAS kan tilskrives alder, da der ser ud til at være et generelt fald i RAS reaktivitet med fremskridt år. Ændringer i elektrisk kobling er blevet foreslået for at tage højde for nogle ændringer i RAS-aktivitet: Hvis kobling var nedreguleret, ville der være et tilsvarende fald i højere frekvenssynkronisering (gammabånd). Omvendt ville opreguleret elektrisk kobling øge synkroniseringen af hurtige rytmer, der kunne føre til øget ophidselse og REM-søvndrev. Specifikt har afbrydelse af RAS været impliceret i følgende lidelser:

• Skizofreni

Intraktible skizofrene patienter har en signifikant stigning (> 60%) i antallet af PPN-neuroner og dysfunktion af NO-signalering involveret i modulering af kolinerg output af RAS.

• Posttraumatisk stresslidelse, Parkinsons sygdom, REM-adfærdsforstyrrelse

Patienter med disse syndromer udviser et signifikant (> 50%) fald i antallet af locus coeruleus (LC) neuroner, hvilket resulterer i øget disinhibering af PPN.

• Narkolepsi

Der er en betydelig nedregulering af PPN-output og et tab af orexinpeptider, hvilket fremmer den overdrevne søvnighed i dagtimerne, der er karakteristisk for denne lidelse.

• Progressiv supranuklear parese (PSP)

Dysfunktion af NO-signalering har været impliceret i udviklingen af PSP.

• Depression, autisme, Alzheimers sygdom, opmærksomhedsunderskudsforstyrrelse

Den nøjagtige rolle, RAS spiller i hver af disse lidelser, er endnu ikke identificeret. Det forventes imidlertid, at der i enhver neurologisk eller psykiatrisk sygdom, der manifesterer forstyrrelser i ophidselse og søvn-vågecyklusregulering, vil være en tilsvarende dysregulering af nogle elementer i RAS.