Beoordeling | Biopsychologie | Vergelijkend | Cognitief | Ontwikkelings | Taal | Individuele verschillen | Persoonlijkheid | Filosofie | Sociaal |
Methoden | Statistieken | Klinisch | Educatief | Industrieel | Professionele artikelen | Wereldpsychologie |

Biologisch: Gedragsgenetica · Evolutionaire psychologie · Neuroanatomie · Neurochemie · Neuro-endocrinologie · Neurowetenschappen · Psychoneuro-immunologie · Fysiologische psychologie · Psychofarmacologie (Index, overzicht )

Het reticulaire activeringssysteem (RAS) of (ARAS voor ascenderend reticulair systeem) is een gebied van de hersenen (inclusief de reticulaire formatie en zijn verbindingen) dat verantwoordelijk is voor het reguleren van opwinding en slaap-waakovergangen.

Geschiedenis en etymologie

Moruzzi en Magoun onderzochten voor het eerst de neurale componenten die de slaap-waakmechanismen van de hersenen reguleren in 1949. Fysiologen hadden voorgesteld dat een bepaalde structuur diep in de hersenen de mentale alertheid regelde. Eerder werd gedacht dat waakzaamheid rechtstreeks afhing van de overdracht van afferente sensorische stimuli naar de hersenschors.

Magoun toonde voor het eerst aan dat directe elektrische stimulatie van twee afzonderlijke gebieden van de hersenstam van een kat de verschillende elektrocorticale gebeurtenissen veroorzaakte die in de hersenen worden aangetroffen bij het ontwaken uit de slaap: ten eerste de oplopende somatische en auditieve paden; ten tweede een reeks van “stijgende relais van de reticulaire vorming van de lagere hersenstam door het mesencepahlic tegmentum, subthalamus en hypothalamus naar het interne kapsel.” Dit laatste was van bijzonder belang, aangezien deze reeks relais niet overeenkwam met enige bekende anatomische paden voor signaaltransductie en werd bedacht als het oplopende reticulaire activeringssysteem (RAS).

Vervolgens de betekenis van dit nieuw geïdentificeerde Het relaissysteem werd geëvalueerd door laesies te plaatsen in de mediale en laterale delen van de voorkant van de middenhersenen. Katten met mesancepahlische onderbrekingen van de RAS gingen in een diepe slaap en vertoonden overeenkomstige hersengolven. paden vertoonden normaal slapen en waken en konden worden gewekt met somatische stimuli. Omdat deze externe stimuli zouden worden geblokkeerd door de onderbrekingen, gaf dit aan dat de oplopende transmissie door het nieuw ontdekte RAS moet gaan.

Ten slotte nam Magoun op. potentialen in het mediale gedeelte van de hersenstam en ontdekten dat auditieve stimuli direct delen van de reticulaire afvuurden activeringssysteem. Bovendien activeerde single-shock stimulatie van de heupzenuw ook de mediale reticulaire formatie, hypothalamus en thalamus. Excitatie van de RAS was niet afhankelijk van verdere signaalvoortplanting door de cerebellaire circuits, aangezien dezelfde resultaten werden verkregen na decerebellering en decorticatie. De onderzoekers stelden voor dat een kolom cellen rond de reticulaire formatie van de middenhersenen input ontving van alle opgaande trajecten van de hersenstam en deze afferenten doorgaf aan de cortex en daardoor de waakzaamheid reguleerde.

Locatie en structuur

Anatomische componenten

De RAS is samengesteld uit verschillende neuronale circuits die de hersenstam met de cortex verbinden. Deze paden vinden hun oorsprong in de reticulaire kern van de bovenste hersenstam en projecteren via synaptische relais in de rostrale intralaminaire en thalamische kernen naar de hersenschors. Als gevolg hiervan zijn individuen met bilaterale laesies van thalamische intralaminaire kernen lethargisch of slaperig. Verschillende gebieden die traditioneel in de RAS zijn opgenomen, zijn:

• Reticulaire formatie van de middenhersenen
• Mesencefale kern (mesencefalon)
• Thalamische intralaminaire kern
• Dorsale hypothalamus
• Tegmentum

De RAS bestaat uit evolutionair oude hersengebieden, die cruciaal zijn om te overleven en beschermd worden tijdens ongunstige periodes. Het resultaat is dat het RAS nog steeds functioneert tijdens remmende perioden van hypnose.

Neurotransmitters

De neuronale circuits van het RAS worden gemoduleerd door complexe interacties tussen enkele belangrijke neurotransmitters. De RAS bevat zowel cholinerge als adrenerge componenten, die zowel synergische als competitieve acties vertonen om de thalamocorticale activiteit en de bijbehorende gedragstoestand te reguleren.

Cholinergic

Shute en Lewis onthulden eerst de aanwezigheid van een cholinerge component van de RAS, bestaande uit twee oplopende mesopontine tegmentale paden die rostraal tussen het mesencephalon en het centrum ovale (semi-ovaal) liggen. Deze routes omvatten cholinerge neuronen van de posterieure middenhersenen, de pedunculopontine nucleus (PPN) en de laterodorsale tegmentale nucleus (LDT), die actief zijn tijdens het ontwaken en REM-sijpeling.Cholinerge projecties dalen door de reticulaire formatie en stijgen op naar de substantia nigra, basale voorhersenen, thalamus en cerebellum; cholinerge activering in het RAS resulteert in een verhoogde afgifte van acetylcholine in deze gebieden. Er is ook gesuggereerd dat glutamaat een belangrijke rol speelt bij het bepalen van de schietpatronen van de tegmentale cholinerge neuronen.

Recent is gerapporteerd dat significante delen van posterieure PPN-cellen elektrisch zijn gekoppeld. Het lijkt erop dat dit proces kan helpen bij het coördineren en versterken van ritmisch vuren over grote celpopulaties. Deze verenigende activiteit kan de signaalvoortplanting door de RAS vergemakkelijken en slaap-waakovergangen bevorderen. Geschat wordt dat 10 tot 15% van de RAS-cellen elektrisch kan worden gekoppeld.

Adrenergisch

De adrenerge component van het reticulaire activeringssysteem is nauw verbonden met de noradrenerge neuronen van de locus coeruleus . Naast noradrenerge projecties die parallel lopen aan de eerder genoemde cholinerge paden, zijn er ook opgaande projecties rechtstreeks naar de hersenschors en dalende projecties naar het ruggenmerg. In tegenstelling tot cholinerge neuronen zijn de adrenerge neuronen actief tijdens het waken en de langzame golfslaap, maar houden ze op met vuren tijdens de REM-slaap. Bovendien worden adrenerge neurotransmitters veel langzamer vernietigd dan acetylcholine. Deze aanhoudende activiteit kan een deel van de vertraging in de tijd verklaren tijdens bewustzijnsveranderingen.

Meer recent werk heeft aangetoond dat de neuronale boodschapper stikstofmonoxide (NO) ook een belangrijke rol kan spelen bij het moduleren van de activiteit van de noradrenerge stof. neuronen in het RAS. NO-diffusie van dendrieten reguleert de regionale bloedstroom in de thalamus, waar NO-concentraties hoog zijn tijdens waken en REM-slaap en significant lager tijdens langzame slaap. Bovendien bleken injecties met NO-remmers de slaap-waakcyclus en opwinding te beïnvloeden.

Bovendien blijkt dat hypocretine / orexine-neuronen van de hypothalamus zowel de adrenerge als de cholinerge componenten van het RAS activeren. coördineren de activiteit van het hele systeem.

Functie

Reguleren van slaap-waakovergangen

De belangrijkste functie van de RAS is het wijzigen en versterken van thalamische en corticale functies, zoals dat elektro-encefalogram (EEG) desynchronisatie volgt. Er zijn duidelijke verschillen in de elektrische activiteit van de hersenen tijdens perioden van waakzaamheid en slaap: snelle uitbarstingen van lage spanning hersengolven (EEG-desynchronisatie) worden geassocieerd met waakzaamheid en REM-slaap (die elektrofysiologisch identiek zijn); grote langzame spanningsgolven worden gevonden tijdens niet-REM-slaap. In het algemeen gesproken, wanneer thalamische relaisneuronen zich in burst-modus bevinden, wordt het EEG gesynchroniseerd en wanneer ze zich in tonische modus bevinden, wordt het gedesynchroniseerd. Stimulatie van de RAS produceert EEG-desynchronisatie door het onderdrukken van langzame corticale golven (0,3-1 Hz), deltagolven (1-4 Hz) en spilgolfoscillaties (11-14 Hz) en door gammaband (20-40 Hz) oscillaties te bevorderen .

De fysiologische verandering van een toestand van diepe slaap naar waakzaamheid is omkeerbaar en wordt gemedieerd door het RAS. Remmende invloed van de hersenen is actief bij het begin van de slaap, waarschijnlijk afkomstig van het preoptische gebied (POA) van de hypothalamus. Tijdens de slaap zullen neuronen in de RAS een veel lagere vuursnelheid hebben; omgekeerd zullen ze een hoger activiteitsniveau hebben tijdens de wakkere staat. Daarom resulteren laagfrequente inputs (tijdens slaap) van de RAS naar de POA-neuronen in een prikkelende invloed en zullen hogere activiteitsniveaus (wakker) een remmende invloed hebben. Om de hersenen te laten slapen, moet er een vermindering zijn van de stijgende afferente activiteit die de cortex bereikt door onderdrukking van het RAS.

Opgelet

Het reticulaire activeringssysteem helpt ook bij het mediëren van overgangen van ontspannen wakker zijn voor periodes van hoge aandacht. Er is een verhoogde regionale bloedstroom (vermoedelijk wijst op een verhoogde mate van neuronale activiteit) in de reticulaire formatie van de middenhersenen (MRF) en thalamische intralaminaire kernen tijdens taken die verhoogde alertheid en aandacht vereisen.

Klinische relevantie

Anesthetische effecten

Een intuïtieve hypothese, voor het eerst voorgesteld door Magoun, is dat anesthetica hun krachtige effecten zouden kunnen bereiken door omkeerbare neurale geleiding in het reticulaire activeringssysteem te blokkeren, waardoor de algehele opwinding afneemt. Verder onderzoek heeft echter gesuggereerd dat selectieve depressie van de RAS een te simplistische verklaring kan zijn om volledig rekening te houden met anesthetische effecten. Dit blijft een groot onbekend en twistpunt tussen experts van het reticulaire activeringssysteem en vereist zeker verder onderzoek.

Pijn

Directe elektrische stimulatie van het reticulaire activeringssysteem veroorzaakt pijnreacties bij katten en leidt verbale meldingen van pijn bij mensen op.Bovendien kan oplopende reticulaire activering bij katten mydriasis veroorzaken, die het gevolg kan zijn van langdurige pijn. Deze resultaten suggereren een verband tussen RAS-circuits en fysiologische pijnpaden.

Ontwikkelingsinvloeden

Er zijn verschillende potentiële factoren die de ontwikkeling van het reticulaire activeringssysteem nadelig kunnen beïnvloeden:

• Vroeggeboorte

Ongeacht het geboortegewicht of de weken van de zwangerschap, een vroeggeboorte veroorzaakt aanhoudende schadelijke effecten op pre-aandacht (opwinding en slaap-waakafwijkingen), aandacht (reactietijd en sensorische gating), en corticale mechanismen tijdens de ontwikkeling.

• Roken tijdens de zwangerschap

Van prenatale blootstelling aan sigarettenrook is bekend dat het bij mensen blijvende opwinding, aandachts- en cognitieve tekorten veroorzaakt. Deze blootstelling kan opwaartse regulatie van nicotinereceptoren op α4b2-subeenheid op Pedunculopontine nucleus (PPN) -cellen induceren, resulterend in verhoogde tonische activiteit, rustmembraanpotentieel en door hyperpolarisatie geactiveerde kationstroom. Deze belangrijke verstoringen van de intrinsieke membraaneigenschappen van PPN-neuronen resulteren in verhoogde niveaus van opwinding en sensorische poortstoornissen (aangetoond door een verminderde hoeveelheid gewenning aan herhaalde auditieve stimuli). Er wordt verondersteld dat deze fysiologische veranderingen later in het leven aandachtsdysregulatie kunnen versterken.

Pathologieën

Gezien het belang van de RAS voor het moduleren van corticale veranderingen, zouden stoornissen van de RAS moeten resulteren in veranderingen in slaap-waakcycli en verstoringen in opwinding. Sommige pathologieën van het RAS kunnen worden toegeschreven aan leeftijd, aangezien er een algemene afname van de reactiviteit van het RAS lijkt te zijn met het voortschrijden van de jaren. Er zijn veranderingen in elektrische koppeling voorgesteld om rekening te houden met enkele veranderingen in RAS-activiteit: als de koppeling naar beneden zou worden gereguleerd, zou er een overeenkomstige afname zijn in de synchronisatie met hogere frequenties (gammaband). Omgekeerd zou opwaarts gereguleerde elektrische koppeling de synchronisatie van snelle ritmes verhogen, wat zou kunnen leiden tot verhoogde opwinding en REM-slaapritme. Specifiek is een verstoring van de RAS betrokken bij de volgende aandoeningen:

• Schizofrenie

Onbehandelbare schizofrene patiënten hebben een significante toename (> 60%) in het aantal PPN-neuronen en disfunctie van NO-signalering die betrokken zijn bij het moduleren van de cholinerge output van de RAS.

• Posttraumatische stressstoornis, ziekte van Parkinson, REM-gedragsstoornis

Patiënten met deze syndromen vertonen een significante (> 50%) afname in het aantal locus coeruleus (LC) neuronen, resulterend in verhoogde ontremming van de PPN.

• Narcolepsie

Er is een significante verlaging van de PPN-output en een verlies van orexinepeptiden, wat de overmatige slaperigheid overdag bevordert die kenmerkend is voor deze aandoening.

• Progressieve supranucleaire verlamming (PSP)

Een disfunctie van NO-signalering is betrokken bij de ontwikkeling van PSP.

• Depressie, autisme, de ziekte van Alzheimer, aandachtstekortstoornis

De exacte rol van het RAS bij elk van deze aandoeningen is nog niet vastgesteld. Er wordt echter verwacht dat bij elke neurologische of psychiatrische ziekte die stoornissen in opwinding en slaap-waakcyclusregulatie manifesteert, er een overeenkomstige ontregeling van sommige elementen van het RAS zal zijn.