Vurdering | Biopsykologi | Sammenlignende | Kognitiv | Utviklingsmessig | Språk | Individuelle forskjeller | Personlighet | Filosofi | Sosial |
Metoder | Statistikk | Klinisk | Pedagogisk | Industriell | Profesjonelle gjenstander | Verdenspsykologi |

Biologisk: Atferdsmessig genetikk · Evolusjonær psykologi · Neuroanatomi · Nevrokjemi · Nevroendokrinologi · Nevrovitenskap · Psykoneuroimmunologi · Fysiologisk psykologi · Psykofarmakologi (indeks, oversikt) )

Det retikulære aktiveringssystemet (RAS) eller (ARAS for stigende retikulært system) er et område av hjernen (inkludert retikulær formasjon og dens forbindelser) som er ansvarlig for å regulere opphisselse og søvnvåknende overganger.

Historie og etymologi

Moruzzi og Magoun undersøkte først nevrale komponenter som regulerte hjernens søvnvåknemekanismer i 1949. Fysiologer hadde foreslått at noen strukturer dypt inne i hjernen kontrollerte mental våkenhet. Tidligere ble det antatt at våkenhet var avhengig direkte av overføring av afferente sensoriske stimuli til hjernebarken.

Magoun demonstrerte først at direkte elektrisk stimulering av to separate områder av kattens hjernestamme produserte de forskjellige elektrokortikale hendelsene som ble funnet i hjernen når de våknet fra søvn: For det første de stigende somatiske og auditive banene; for det andre en serie «stigende reléer fra retikulær dannelse av nedre hjernestamme gjennom mesencepahlic tegmentum, subthalamus og hypothalamus til den indre kapsel.» Sistnevnte var av spesiell interesse, da denne serien av reléer ikke tilsvarte noen kjente anatomiske veier for signaltransduksjon og ble laget det stigende retikulære aktiveringssystemet (RAS).

Deretter betydningen av dette nylig identifiserte systemet relésystem ble evaluert ved å plassere lesjoner i de mediale og laterale delene av fronten av mellomhjernen. Katter med mesancepahlic avbrudd i RAS inngikk en dyp søvn og viste tilsvarende hjernebølger. Alternativt, katter med lignende plasserte forstyrrelser til stigende auditive og somatiske stier utviste normal søvn og våkenhet og kunne vekkes med somatiske stimuli. Fordi disse ytre stimuli ville bli blokkert av forstyrrelsene, indikerte dette at den stigende overføringen må reise gjennom den nylig oppdagede RAS.

Til slutt registrerte Magoun potensialer i den mediale delen av hjernestammen og oppdaget at auditive stimuli avfyrte deler av retikulæren direkte aktiveringssystem. Videre aktiverte enkeltstøtstimulering av isjiasnerven også den mediale retikulære formasjonen, hypothalamus og thalamus. Eksitasjon av RAS var ikke avhengig av videre signalutbredelse gjennom cerebellare kretser, da de samme resultatene ble oppnådd etter decerebellation og avortisering. Forskerne foreslo at en kolonne av celler som omgir midthjernen retikulær formasjon mottok innspill fra alle stigende hjernestammer og videreformidlet disse afferentene til cortex og derfor regulerte våkenhet.

Location and Structure

Anatomiske komponenter

RAS består av flere nevronale kretser som forbinder hjernestammen med hjernebarken. Disse banene har sin opprinnelse i den øvre hjernestammen retikulære kjerne og projiserer gjennom synaptiske reléer i rostrale intralaminære og thalamiske kjerner til hjernebarken. Som et resultat er individer med bilaterale lesjoner av thalamiske intralaminære kjerner sløv eller somnolente. Flere områder som tradisjonelt er inkludert i RAS er:

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

RAS består av evolusjonært gamle områder av hjernen, som er avgjørende for overlevelse og beskyttet i ugunstige perioder. Som et resultat fungerer RAS fortsatt under inhiberende perioder med hypnose.

Nevrotransmittere

RASs neuronale kretser moduleres av komplekse interaksjoner mellom noen få viktigste nevrotransmittere. RAS inneholder både kolinerge og adrenerge komponenter, som viser synergiske så vel som konkurransedyktige tiltak for å regulere thalamokortisk aktivitet og den tilsvarende atferdstilstanden.

Kolinerge

Shute og Lewis avslørte først tilstedeværelsen av en kolinerg komponent i RAS, sammensatt av to stigende mesopontine tegmentveier rostralt plassert mellom mesencephalon og centrum ovale (semioval center). Disse banene involverer kolinerge nevroner i den bakre midthjernen, pedunculopontin-kjernen (PPN) og den laterodorsale tegmentale kjernen (LDT), som er aktive under våkne og REM-siver.Kolinerge projeksjoner synker gjennom hele retikulærformasjonen og stiger opp til substantia nigra, basal forhjernen, thalamus og lillehjernen; kolinerg aktivering i RAS resulterer i økt frigjøring av acetylkolin i disse områdene. Glutamat har også blitt foreslått å spille en viktig rolle i å bestemme avfyringsmønstrene til de tegmentale kolinerge nevronene.

Det er nylig rapportert at signifikante deler av bakre PPN-celler er elektrisk koblet. Det ser ut til at denne prosessen kan bidra til å koordinere og forbedre rytmisk avfyring over store celler. Denne samlende aktiviteten kan bidra til å forenkle signalutbredelse gjennom hele RAS og fremme søvn-våkne-overganger. Det anslås at 10 til 15% av RAS-celler kan være elektrisk koblet.

Adrenerge

Den adrenerge komponenten i det retikulære aktiveringssystemet er nært forbundet med de noradrenerge nevronene i locus coeruleus . I tillegg til noradrenerge projeksjoner som er parallelle med de nevnte kolinerge banene, er det også stigende projeksjoner direkte til hjernebarken og synkende projeksjoner til ryggmargen. I motsetning til kolinerge nevroner er de adrenerge nevronene aktive under våken og langsom bølgesøvn, men slutter å skyte under REM-søvn. I tillegg ødelegges adrenerge nevrotransmittere mye saktere enn acetylkolin. Denne vedvarende aktiviteten kan utgjøre noe av tidsforsinkelsen under bevissthetsendringer.

Nyere arbeid har antydet at den neuronale messenger nitrogenoksid (NO) også kan spille en viktig rolle i å modulere aktiviteten til det noradrenerge nevroner i RAS. INGEN diffusjon fra dendritter regulerer regional blodstrøm i thalamus, der INGEN konsentrasjoner er høye under våkne og REM-søvn og betydelig lavere under langsombølgesøvn. Videre har injeksjoner av NO-hemmere blitt funnet å påvirke søvn-våknesyklusen og opphisselsen.

I tillegg ser det ut til at hypokretin / orexin-neuroner i hypothalamus aktiverer både de adrenerge og kolinerge komponentene i RAS og kan koordinere aktiviteten til hele systemet.

Funksjon

Regulering av søvnvåknende overganger

Hovedfunksjonen til RAS er å modifisere og potensere thalamisk og kortikal funksjon slik at elektroencefalogram (EEG) desynkronisering følger. Det er tydelige forskjeller i hjernens elektriske aktivitet i perioder med våkenhet og søvn: Lavspenningssnelle raske hjernebølger (EEG-desynkronisering) er assosiert med våkenhet og REM-søvn (som er elektro-fysiologisk identiske); store spenningssakte bølger blir funnet under ikke-REM-søvn. Generelt sett, når thalamiske reléneuroner er i burst-modus, blir EEG synkronisert, og når de er i tonic-modus, blir den desynkronisert. Stimulering av RAS produserer EEG-desynkronisering ved å undertrykke langsomme kortikale bølger (0,3–1 Hz), delta-bølger (1–4 Hz) og spindelbølgesvingninger (11–14 Hz) og ved å fremme gammabånd (20 – 40 Hz) svingninger .

Den fysiologiske endringen fra en tilstand av dyp søvn til våkenhet er reversibel og formidlet av RAS. Hemmende innflytelse fra hjernen er aktiv ved søvnstart, sannsynligvis fra det preoptiske området (POA) i hypothalamus. Under søvn vil nevroner i RAS ha en mye lavere skytefrekvens; omvendt vil de ha et høyere aktivitetsnivå under våken tilstand. Derfor resulterer lavfrekvente innganger (under søvn) fra RAS til POA-nerveceller i en eksitatorisk påvirkning og høyere aktivitetsnivå (våken) vil ha hemmende innflytelse. For at hjernen kan sove, må det være en reduksjon i stigende afferent aktivitet som når cortex ved undertrykkelse av RAS.

Oppmerksomhet

Det retikulære aktiveringssystemet hjelper også til å formidle overganger fra avslappet våkenhet til perioder med høy oppmerksomhet. Det er økt regional blodgjennomstrømning (antagelig indikerer et økt mål på nevronaktivitet) i midthjernen retikulær dannelse (MRF) og thalamisk intralaminar kjerner under oppgaver som krever økt årvåkenhet og oppmerksomhet.

Klinisk relevans

Anestetiske effekter

En intuitiv hypotese, først foreslått av Magoun, er at bedøvelsesmidler kan oppnå sine potente effekter ved reversibel å blokkere nevral ledning i det retikulære aktiveringssystemet, og derved redusere total opphisselse. Imidlertid har videre forskning antydet at selektiv depresjon av RAS kan være for enkel til å forklare anestetiske effekter. Dette er fortsatt et viktig ukjent og stridspunkt mellom eksperter i det retikulære aktiveringssystemet og trenger absolutt videre forskning.

Smerte

Direkte elektrisk stimulering av det retikulære aktiveringssystemet gir smerterespons hos katter og utdanner verbale rapporter om smerte hos mennesker.I tillegg kan stigende retikulær aktivering hos katter produsere mydriasis, som kan skyldes langvarig smerte. Disse resultatene antyder en viss sammenheng mellom RAS-kretser og fysiologiske smerteveier.

Utviklingspåvirkninger

Det er flere potensielle faktorer som kan ha negativ innvirkning på utviklingen av det retikulære aktiveringssystemet:

• For tidlig fødsel

Uavhengig av fødselsvekt eller uker med svangerskapet, for tidlig fødsel induserer vedvarende skadelige effekter på pre-oppmerksomhet (opphisselse og søvnvåkning), oppmerksomhet (reaksjonstid og sensorisk gating), og kortikale mekanismer gjennom hele utviklingen.

• Røyking under graviditet

Prenatal eksponering for sigarettrøyk er kjent for å gi varig opphisselse, oppmerksomhets- og kognitive underskudd hos mennesker. Denne eksponeringen kan indusere oppregulering av nikotinreseptorer på α4b2 underenhet på Pedunculopontine nucleus (PPN) celler, noe som resulterer i økt tonisk aktivitet, hvilemembranpotensial og hyperpolarisasjonsaktivert kationestrøm. Disse store forstyrrelsene i de indre membranegenskapene til PPN-neuroner resulterer i økte nivåer av opphisselse og sensoriske gatingunderskudd (demonstrert av en redusert mengde tilvenning til gjentatte auditive stimuli). Det antas at disse fysiologiske endringene kan forsterke oppmerksomhetsdysregulering senere i livet.

Patologier

Gitt betydningen av RAS for modulering av kortikale endringer, bør forstyrrelser i RAS resultere i endringer i søvn-våknesykluser og forstyrrelser i opphisselse. Noen patologier i RAS kan tilskrives alder, da det ser ut til å være en generell nedgang i RAS reaktivitet med fremrykkende år. Endringer i elektrisk kobling har blitt foreslått for å redegjøre for noen endringer i RAS-aktivitet: Hvis kobling var nedregulert, ville det være en tilsvarende reduksjon i høyere frekvenssynkronisering (gammabånd). Motsatt vil oppregulert elektrisk kobling øke synkroniseringen av raske rytmer som kan føre til økt opphisselse og REM-søvndrift. Spesifikt har forstyrrelse av RAS vært implisert i følgende lidelser:

• Schizofreni

Intraktive schizofrene pasienter har en signifikant økning (> 60%) i antall PPN-neuroner og dysfunksjon av NO-signalering involvert i modulering av kolinerg utgang fra RAS.

• Posttraumatisk stresslidelse, Parkinsons sykdom, REM atferdsforstyrrelse

Pasienter med disse syndromene viser en signifikant (> 50%) reduksjon i antall locus coeruleus (LC) nevroner, resulterer det i økt disinhibering av PPN.

• Narkolepsi

Det er en betydelig nedregulering av PPN-produksjon og tap av orexinpeptider, noe som fremmer overdreven søvnighet på dagtid som er karakteristisk for denne lidelsen.

• Progressiv supranukleær parese (PSP)

Dysfunksjon av NO-signalering har vært involvert i utviklingen av PSP.

• Depresjon, autisme, Alzheimers sykdom, oppmerksomhetsunderskuddsforstyrrelse

Den eksakte rollen til RAS i hver av disse lidelsene er ennå ikke identifisert. Imidlertid forventes det at i en hvilken som helst nevrologisk eller psykiatrisk sykdom som manifesterer forstyrrelser i opphisselse og søvn-våknesyklusregulering, vil det være en tilsvarende dysregulering av noen elementer i RAS.