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生物学：行動遺伝学・進化心理学・神経解剖学・神経化学・神経内分泌学・神経科学・精神神経免疫学・生理学的心理学・精神薬理学（索引、概要）

網様体活性化システム（RAS）または（上行網様体のARAS）は、覚醒および睡眠覚醒遷移の調節に関与する脳の領域（網様体とその接続を含む）です。

歴史と語源

MoruzziとMagounは、1949年に脳の睡眠覚醒メカニズムを調節する神経成分を最初に調査しました。生理学者は、脳の奥深くにある構造が精神的警戒を制御することを提案しました。以前は、覚醒は大脳皮質への求心性感覚刺激の伝達に直接依存すると考えられていました。

Magounは、猫の脳幹の2つの別々の領域を直接電気刺激すると、睡眠から目覚めたときに脳に見られるさまざまな電気皮質イベントが発生することを最初に示しました。第二に、一連の「下脳幹の網様体から中脳傍被蓋、腹側視床および視床下部を通って内包に至る上昇リレー」。この一連のリレーはシグナル伝達の既知の解剖学的経路に対応せず、上行網様体活性化システム（RAS）と呼ばれるため、後者は特に興味深いものでした。

次に、この新たに特定された重要性リレーシステムは、中脳の前部の内側と外側の部分に病変を配置することによって評価されました。RASに中脳障害のある猫は深い睡眠に入り、対応する脳波を示しました。あるいは、同様に配置された聴覚と体細胞の上昇に障害のある猫経路は正常な睡眠と覚醒を示し、体細胞刺激で目覚めることができました。これらの外部刺激は中断によってブロックされるため、これは、上昇する伝達が新たに発見されたRASを通過する必要があることを示しています。

最後に、Magounは記録しました脳幹の内側部分内の電位と、聴覚刺激が網状体の部分を直接発射することを発見しました起動システム。さらに、坐骨神経の単一ショック刺激はまた、内側網様体、視床下部、および視床を活性化した。 RASの興奮は、小脳回路を介したさらなる信号伝搬に依存しませんでした。これは、脱脳と剥皮の後に同じ結果が得られたためです。研究者らは、中脳網様体を取り巻く細胞の列が脳幹のすべての上行路から入力を受け取り、これらの求心性神経を皮質に中継し、したがって覚醒を調節することを提案しました。

場所と構造

解剖学的構成要素

RASは、脳幹と皮質を接続するいくつかの神経回路で構成されています。これらの経路は、上部脳幹網様体コアで始まり、吻側層内核および視床核のシナプスリレーを介して大脳皮質に投射します。その結果、視床の層内核の両側性病変を有する個体は、無気力または傾眠性である。 RASに伝統的に含まれているいくつかの領域は次のとおりです。

• 中脳網様体
• 中脳核（中脳）
• 視床層内核
• 背側視床下部
• 神経核

RASは、生存に不可欠で不利な時期に保護される、進化的に古代の脳の領域で構成されています。その結果、RASは催眠の抑制期間中も機能します。

神経伝達物質

RASの神経回路は、いくつかの主要な神経伝達物質間の複雑な相互作用によって調節されます。 RASには、コリン作動性成分とアドレナリン作動性成分の両方が含まれており、視床皮質活動とそれに対応する行動状態を調節する相乗作用と競合作用を示します。

コリン作動性

シュートとルイスは、最初にRASのコリン作動性成分であり、中脳と半卵円中心（半卵円中心）の間に吻側に位置する2つの上行中橋被蓋経路で構成されています。これらの経路には、中脳後部のコリン作動性ニューロン、脚橋被蓋核（PPN）、および後背側被蓋核（LDT）が含まれ、これらは覚醒およびレム睡眠中に活動します。コリン作動性突起は網様体全体に下降し、黒質、前脳基底部、視床、および小脳に上昇します。 RASでのコリン作動性活性化は、これらの領域でのアセチルコリン放出の増加をもたらします。グルタメートはまた、被蓋コリン作動性ニューロンの発火パターンを決定する上で重要な役割を果たすことが示唆されています。

最近、後部PPN細胞のかなりの部分が電気的に結合していることが報告されました。このプロセスは、細胞の大集団全体でリズミカルな発火を調整および強化するのに役立つ可能性があるようです。この統一された活動は、RAS全体の信号伝播を促進し、睡眠と覚醒の移行を促進するのに役立つ可能性があります。 RAS細胞の10〜15％が電気的に結合している可能性があると推定されています。

アドレナリン作動性

網様体活性化システムのアドレナリン作動性成分は、青斑核のノルアドレナリン作動性ニューロンと密接に関連しています。 。前述のコリン作動性経路に平行なノルアドレナリン作動性投射に加えて、大脳皮質への直接の上昇投射および脊髄への下降投射もあります。コリン作動性ニューロンとは異なり、アドレナリン作動性ニューロンは、覚醒および徐波睡眠中にアクティブになりますが、レム睡眠中に発火を停止します。さらに、アドレナリン作動性神経伝達物質は、アセチルコリンよりもはるかにゆっくりと破壊されます。この持続的な活動は、意識の変化中の時間潜時の一部を説明する可能性があります。

最近の研究では、ニューロンメッセンジャーの一酸化窒素（NO）もノルアドレナリン作動性の活動を調節する上で重要な役割を果たす可能性があることが示されていますRASのニューロン。樹状突起からのNO拡散は、視床の局所血流を調節します。視床では、覚醒時とレム睡眠時にNO濃度が高く、徐波睡眠時に著しく低くなります。さらに、NO阻害剤の注射は、睡眠覚醒サイクルと覚醒に影響を与えることがわかっています。

さらに、視床下部のヒポクレチン/オレキシンニューロンは、RASのアドレナリン作動性成分とコリン作動性成分の両方を活性化するようです。システム全体の活動を調整します。

機能

睡眠と覚醒の移行の調節

RASの主な機能は、視床下部と皮質の機能を変更および強化することです。その脳波（EEG）の非同期化が続きます。覚醒時と睡眠時の脳の電気的活動には明確な違いがあります。低電圧の高速バースト脳波（EEG非同期化）は、覚醒時とレム睡眠（電気生理学的に同一）に関連しています。ノンレム睡眠中に大電圧の徐波が見られます。一般的に言えば、視床リレーニューロンがバーストモードにあるとき、EEGは同期され、トニックモードにあるとき、それは非同期になります。 RASの刺激は、遅い皮質波（0.3–1 Hz）、デルタ波（1–4 Hz）、および紡錘波振動（11–14 Hz）を抑制し、ガンマバンド（20 – 40 Hz）振動を促進することにより、EEG非同期化を生成します。 。

深い睡眠状態から覚醒状態への生理学的変化は可逆的であり、RASによって媒介されます。脳からの抑制性の影響は、視床下部の視索前野（POA）から来る可能性が高い、睡眠開始時にアクティブです。睡眠中、RASのニューロンの発火率ははるかに低くなります。逆に、覚醒状態では活動レベルが高くなります。したがって、RASからPOAニューロンへの低周波入力（睡眠中）は興奮性の影響をもたらし、より高い活動レベル（覚醒）は抑制性の影響を及ぼします。脳が眠ることができるためには、RASの抑制によって皮質に到達する上行求心性活動が減少する必要があります。

注意

網様体活性化システムは、からの移行を仲介するのにも役立ちます注意力の高い時期へのリラックスした覚醒。覚醒と注意の強化を必要とする作業中、中脳網様体（MRF）と視床層内核の局所血流が増加します（おそらくニューロン活動の測定値の増加を示します）。

臨床的関連性

麻酔効果

Magounによって最初に提案された直感的な仮説の1つは、麻酔が網様体活性化システム内の神経伝導を可逆的に遮断することによって強力な効果を達成し、それによって全体的な覚醒を低下させる可能性があるというものです。しかし、さらなる研究により、RASの選択的鬱病は、説明が単純すぎて麻酔効果を完全に説明できない可能性があることが示唆されています。これは依然として主要な未知であり、網様体活性化システムの専門家間の論点であり、確かにさらなる研究が必要です。

痛み

網様体活性化システムの直接電気刺激は、猫に痛み反応を引き起こします人間の痛みについて口頭で報告します。さらに、猫の網様体の活性化が上行すると、散瞳が発生する可能性があります。これらの結果は、RAS回路と生理学的疼痛経路との間に何らかの関係があることを示唆しています。

発達への影響

網様体活性化システムの発達に悪影響を与える可能性のあるいくつかの潜在的な要因があります：

• 早産

早産は、出生時体重や妊娠週数に関係なく、注意力（覚醒および睡眠覚醒異常）、注意力（反応時間および感覚）に持続的な有害作用を引き起こします。ゲーティング）、および開発全体の皮質メカニズム。

• 妊娠中の喫煙

出生前の喫煙への曝露は、人間に持続的な覚醒、注意および認知障害を引き起こすことが知られています。この曝露は、脚橋被蓋核（PPN）細胞のα4b2サブユニット上のニコチン性受容体のアップレギュレーションを誘発し、強直性活性の増加、静止膜電位、および過分極活性化陽イオン電流をもたらす可能性があります。 PPNニューロンの固有の膜特性のこれらの主要な障害は、覚醒および感覚ゲーティング障害のレベルの増加をもたらします（繰り返される聴覚刺激に対する慣れの量の減少によって示されます）。これらの生理学的変化は、後年、注意の調節不全を強める可能性があるとの仮説が立てられています。

病状

皮質の変化を調節するためのRASの重要性を考えると、RASの障害は、睡眠覚醒サイクルの変化と覚醒の障害をもたらすはずです。 RASのいくつかの病状は、加齢に伴うRASの反応性の一般的な低下があるように見えるため、年齢に起因する可能性があります。電気的結合の変化は、RAS活動のいくつかの変化を説明するために提案されています。結合がダウンレギュレートされた場合、高周波同期（ガンマ帯域）の対応する減少があります。逆に、アップレギュレートされた電気的結合は、覚醒とレム睡眠ドライブの増加につながる可能性のある速いリズムの同期を増加させます。具体的には、RASの破壊は、以下の障害に関係しています。

• 統合失調症

難治性統合失調症患者は大幅に増加しています（> 60％）RASのコリン作動性出力の調節に関与するPPNニューロンの数とNOシグナル伝達の機能不全。

• 心的外傷後ストレス障害、パーキンソン病、レム行動障害

これらの症候群の患者は、有意な（> 50％）減少を示します青斑核（LC）ニューロンの数が増えると、PPNの脱抑制が増加します。

• ナルコレプシー

PPN出力の有意なダウンレギュレーションとオレキシンペプチドの喪失があり、この障害の特徴である日中の過度の眠気を促進します。

• 進行性核上性麻痺（PSP）

NOシグナル伝達の機能不全は、PSPの発症に関係しています。

• うつ病、自閉症、アルツハイマー病、注意欠陥障害

これらの各障害におけるRASの正確な役割はまだ特定されていません。しかし、覚醒および睡眠覚醒サイクル調節の障害を示す神経疾患または精神疾患では、RASのいくつかの要素の対応する調節不全があると予想されます。