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Biológico: genética del comportamiento · Psicología evolutiva · Neuroanatomía · Neuroquímica · Neuroendocrinología · Neurociencia · Psiconeuroinmunología · Psicología fisiológica · Psicofarmacología (Índice, Esquema )

El sistema de activación reticular (RAS) o (ARAS para el sistema reticular ascendente) es un área del cerebro (incluida la formación reticular y sus conexiones) responsable de regular las transiciones de despertar y sueño-vigilia.

Historia y etimología

Moruzzi y Magoun investigaron por primera vez los componentes neuronales que regulan los mecanismos de sueño-vigilia del cerebro en 1949. Los fisiólogos habían propuesto que alguna estructura profunda dentro del cerebro controlaba el estado de alerta mental. Anteriormente, se pensaba que la vigilia dependía directamente de la transmisión de estímulos sensoriales aferentes a la corteza cerebral.

Magoun demostró por primera vez que la estimulación eléctrica directa de dos áreas separadas del tronco encefálico de un gato producía los diferentes eventos electrocorticales que se encuentran en el cerebro al despertar del sueño: primero, las vías ascendentes somáticas y auditivas; en segundo lugar, una serie de «relés ascendentes desde la formación reticular del tallo cerebral inferior a través del tegmento mesencefálico, el subtálamo y el hipotálamo hasta la cápsula interna». Este último fue de particular interés, ya que esta serie de relés no correspondía a ninguna vía anatómica conocida para la transducción de señales y se acuñó el sistema de activación reticular ascendente (RAS).

A continuación, la importancia de este recién identificado El sistema de retransmisión se evaluó colocando lesiones en las porciones medial y lateral de la parte frontal del mesencéfalo. Los gatos con interrupciones mesancéfalos del RAS entraron en un sueño profundo y mostraron las ondas cerebrales correspondientes. Alternativamente, los gatos con interrupciones colocadas de manera similar a la audición ascendente y somática Las vías mostraban sueño y vigilia normales y podían despertarse con estímulos somáticos. Debido a que estos estímulos externos serían bloqueados por las interrupciones, esto indicaba que la transmisión ascendente debe viajar a través del RAS recién descubierto.

Finalmente, Magoun registró potenciales dentro de la porción medial del tronco encefálico y descubrió que los estímulos auditivos disparaban directamente porciones del tronco reticular sistema de activación. Además, la estimulación de un solo choque del nervio ciático también activó la formación reticular medial, el hipotálamo y el tálamo. La excitación del RAS no dependió de una mayor propagación de la señal a través de los circuitos cerebelosos, ya que se obtuvieron los mismos resultados después de la descerebelización y decorticación. Los investigadores propusieron que una columna de células que rodeaba la formación reticular del mesencéfalo recibía información de todos los tractos ascendentes del tallo cerebral y transmitía estas aferencias a la corteza y, por lo tanto, regulaba la vigilia.

Ubicación y estructura

Componentes anatómicos

El RAS se compone de varios circuitos neuronales que conectan el tallo cerebral con la corteza. Estas vías se originan en el núcleo reticular superior del tronco del encéfalo y se proyectan a través de relés sinápticos en los núcleos rostral intralaminar y talámico hacia la corteza cerebral. Como resultado, los individuos con lesiones bilaterales de los núcleos intralaminares del tálamo están letárgicos o somnolientos. Varias áreas tradicionalmente incluidas en el RAS son:

• Formación reticular del mesencéfalo
• Núcleo mesencefálico (mesencéfalo)
• Núcleo intralaminar talámico
• Hipotálamo dorsal
• Tegmentum

El RAS consiste en áreas evolutivamente antiguas del cerebro, que son cruciales para la supervivencia y están protegidas durante períodos adversos. Como resultado, el RAS aún funciona durante los períodos inhibidores de la hipnosis.

Neurotransmisores

Los circuitos neuronales del RAS están modulados por interacciones complejas entre algunos neurotransmisores principales. El RAS contiene componentes colinérgicos y adrenérgicos, que exhiben acciones sinérgicas y competitivas para regular la actividad talamocortical y el estado de comportamiento correspondiente.

Colinérgico

Shute y Lewis primero revelaron la presencia de un componente colinérgico del RAS, compuesto por dos vías tegmentarias mesopontinas ascendentes situadas rostralmente entre el mesencéfalo y el centro oval (centro semioval). Estas vías involucran neuronas colinérgicas del mesencéfalo posterior, el núcleo pedunculopontino (PPN) y el núcleo tegmental laterodorsal (LDT), que están activas durante la vigilia y la filtración REM.Las proyecciones colinérgicas descienden a lo largo de la formación reticular y ascienden a la sustancia negra, el prosencéfalo basal, el tálamo y el cerebelo; La activación colinérgica en el RAS da como resultado una mayor liberación de acetilcolina en estas áreas. También se ha sugerido que el glutamato juega un papel importante en la determinación de los patrones de activación de las neuronas colinérgicas tegmentales.

Recientemente se ha informado que porciones significativas de las células NPP posteriores están acopladas eléctricamente. Parece que este proceso puede ayudar a coordinar y mejorar el disparo rítmico en grandes poblaciones de células. Esta actividad unificadora puede ayudar a facilitar la propagación de la señal en todo el RAS y promover las transiciones sueño-vigilia. Se estima que del 10 al 15% de las células RAS pueden estar acopladas eléctricamente.

Adrenérgico

El componente adrenérgico del sistema de activación reticular está estrechamente asociado con las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus . Además de las proyecciones noradrenérgicas que son paralelas a las vías colinérgicas antes mencionadas, también hay proyecciones ascendentes directamente a la corteza cerebral y proyecciones descendentes a la médula espinal. A diferencia de las neuronas colinérgicas, las neuronas adrenérgicas están activas durante la vigilia y el sueño de ondas lentas, pero dejan de dispararse durante el sueño REM. Además, los neurotransmisores adrenérgicos se destruyen mucho más lentamente que la acetilcolina. Esta actividad sostenida puede explicar parte del tiempo de latencia durante los cambios de conciencia.

Un trabajo más reciente ha indicado que el óxido nítrico (NO) mensajero neuronal también puede desempeñar un papel importante en la modulación de la actividad de los noradrenérgicos neuronas en el RAS. La difusión de NO de las dendritas regula el flujo sanguíneo regional en el tálamo, donde las concentraciones de NO son altas durante la vigilia y el sueño REM y significativamente más bajas durante el sueño de ondas lentas. Además, se ha descubierto que las inyecciones de inhibidores de NO afectan el ciclo de sueño-vigilia y la excitación.

Además, parece que las neuronas de hipocretina / orexina del hipotálamo activan los componentes adrenérgicos y colinérgicos del RAS y pueden coordinar la actividad de todo el sistema.

Función

Regulación de las transiciones sueño-vigilia

La función principal del RAS es modificar y potenciar la función talámica y cortical que sobreviene la desincronización del electroencefalograma (EEG). Existen claras diferencias en la actividad eléctrica del cerebro durante los períodos de vigilia y sueño: las ondas cerebrales de ráfagas rápidas de bajo voltaje (desincronización EEG) están asociadas con la vigilia y el sueño REM (que son electrofisiológicamente idénticos); Durante el sueño no REM se encuentran ondas lentas de gran voltaje. En términos generales, cuando las neuronas de retransmisión del tálamo están en modo ráfaga, el EEG está sincronizado y cuando están en modo tónico está desincronizado. La estimulación del RAS produce la desincronización del EEG al suprimir las ondas corticales lentas (0,3 a 1 Hz), las ondas delta (1 a 4 Hz) y las oscilaciones de las ondas del huso (11 a 14 Hz) y al promover las oscilaciones de la banda gamma (20 a 40 Hz) .

El cambio fisiológico de un estado de sueño profundo a la vigilia es reversible y está mediado por el RAS. La influencia inhibidora del cerebro está activa al inicio del sueño, probablemente proveniente del área preóptica (POA) del hipotálamo. Durante el sueño, las neuronas del RAS tendrán una tasa de activación mucho menor; a la inversa, tendrán un mayor nivel de actividad durante el estado de vigilia. Por lo tanto, las entradas de baja frecuencia (durante el sueño) desde el RAS a las neuronas POA dan como resultado una influencia excitadora y los niveles de actividad más altos (despierto) tendrán influencia inhibitoria. Para que el cerebro pueda dormir, debe haber una reducción en la actividad aferente ascendente que llega a la corteza por supresión del RAS.

Atención

El sistema de activación reticular también ayuda a mediar las transiciones desde vigilia relajada a períodos de alta atención. Hay un aumento del flujo sanguíneo regional (que presumiblemente indica una mayor medida de la actividad neuronal) en la formación reticular del mesencéfalo (MRF) y los núcleos intralaminares talámicos durante las tareas que requieren un mayor estado de alerta y atención.

Relevancia clínica

Efectos anestésicos

Una hipótesis intuitiva, propuesta por primera vez por Magoun, es que los anestésicos podrían lograr sus potentes efectos bloqueando reversiblemente la conducción neural dentro del sistema de activación reticular, disminuyendo así la excitación general. Sin embargo, investigaciones posteriores han sugerido que la depresión selectiva del RAS puede ser una explicación demasiado simplista para explicar completamente los efectos anestésicos. Esto sigue siendo un importante punto de discusión y desconocido entre los expertos en el sistema de activación reticular y ciertamente necesita más investigación.

Dolor

La estimulación eléctrica directa del sistema de activación reticular produce respuestas de dolor en gatos y genera informes verbales de dolor en humanos.Además, la activación reticular ascendente en gatos puede producir midriasis, que puede resultar de un dolor prolongado. Estos resultados sugieren alguna relación entre los circuitos RAS y las vías fisiológicas del dolor.

Influencias del desarrollo

Existen varios factores potenciales que pueden influir negativamente en el desarrollo del sistema de activación reticular:

• Parto prematuro

Independientemente del peso al nacer o de las semanas de gestación, el parto prematuro induce efectos deletéreos persistentes sobre la pre-atención (anomalías de la vigilia y sueño-vigilia), la atención (tiempo de reacción y gating) y los mecanismos corticales a lo largo del desarrollo.

• Fumar durante el embarazo

Se sabe que la exposición prenatal al humo del cigarrillo produce una excitación duradera, déficits de atención y cognitivos en los seres humanos. Esta exposición puede inducir una regulación positiva de los receptores nicotínicos en la subunidad α4b2 en las células del núcleo pedunculopontino (PPN), lo que da como resultado una mayor actividad tónica, potencial de membrana en reposo y corriente catiónica activada por hiperpolarización. Estas alteraciones importantes de las propiedades intrínsecas de la membrana de las neuronas PPN dan como resultado niveles aumentados de excitación y déficits de activación sensorial (demostrado por una menor cantidad de habituación a los estímulos auditivos repetidos). Se plantea la hipótesis de que estos cambios fisiológicos pueden intensificar la desregulación de la atención más adelante en la vida.

Patologías

Dada la importancia del RAS para modular los cambios corticales, los trastornos del RAS deberían resultar en alteraciones de los ciclos sueño-vigilia y alteraciones en la excitación. Algunas patologías del RAS pueden atribuirse a la edad, ya que parece haber una disminución general de la reactividad del RAS con el paso de los años. Se ha sugerido que los cambios en el acoplamiento eléctrico explican algunos cambios en la actividad de RAS: si el acoplamiento estuviera regulado a la baja, habría una disminución correspondiente en la sincronización de alta frecuencia (banda gamma). Por el contrario, el acoplamiento eléctrico regulado al alza aumentaría la sincronización de ritmos rápidos que podrían conducir a un aumento de la excitación y al impulso del sueño REM. Específicamente, la alteración del RAS se ha relacionado con los siguientes trastornos:

• Esquizofrenia

Los pacientes esquizofrénicos intratables tienen un aumento significativo (> 60%) en el número de neuronas PPN y disfunción de la señalización de NO implicada en la modulación de la salida colinérgica del RAS.

• Trastorno de estrés postraumático, enfermedad de Parkinson, trastorno de conducta REM

Los pacientes con estos síndromes presentan una disminución significativa (> 50%) en el número de neuronas del locus coeruleus (LC), el resultado es una mayor desinhibición del PPN.

• Narcolepsia

Existe una importante disminución de la producción de PPN y una pérdida de péptidos de orexina, lo que promueve la excesiva somnolencia diurna que es característica de este trastorno.

• Parálisis supranuclear progresiva (PSP)

La disfunción de la señalización del NO se ha implicado en el desarrollo de PSP.

• Depresión, autismo, enfermedad de Alzheimer, trastorno por déficit de atención

Aún no se ha identificado el papel exacto del RAS en cada uno de estos trastornos. Sin embargo, se espera que en cualquier enfermedad neurológica o psiquiátrica que manifieste alteraciones en la regulación del ciclo de vigilia y sueño-vigilia, habrá una desregulación correspondiente de algunos elementos del RAS.