Ocena | Biopsychologia | Porównawcze | Poznawcze | Rozwojowe | Język | Różnice indywidualne | Osobowość | Filozofia | Społeczne |
Metody | Statystyki | Kliniczne | Edukacyjne | Przemysł | Przedmioty zawodowe | Psychologia świata |

Biologiczne: genetyka behawioralna · Psychologia ewolucyjna · Neuroanatomia · Neurochemia · Neuroendokrynologia · Neuronauka · Psychoneuroimmunologia · Psychologia fizjologiczna · Psychofarmakologia (indeks, zarys )

Siatkowy układ aktywujący (RAS) lub (ARAS dla wstępującego układu siatkowatego) to obszar mózgu (w tym formacja siatkowata i jej połączenia) odpowiedzialna za regulację pobudzenia i przejść sen-czuwanie.

Historia i etymologia

Moruzzi i Magoun po raz pierwszy zbadali komponenty neuronalne regulujące mechanizmy snu i czuwania w mózgu w 1949 roku. Fizjolodzy zaproponowali, że pewna struktura w głębi mózgu kontroluje czujność umysłu. Wcześniej sądzono, że czuwanie zależy bezpośrednio od przekazywania aferentnych bodźców czuciowych do kory mózgowej.

Magoun po raz pierwszy wykazał, że bezpośrednia stymulacja elektryczna dwóch oddzielnych obszarów pnia mózgu kota wywoływała różne zdarzenia elektrokortykalne występujące w mózgu podczas wybudzania się ze snu: po pierwsze, wstępująca ścieżka somatyczna i słuchowa; po drugie, seria „przekaźników wznoszących się od formacji siatkowatej dolnego pnia mózgu, poprzez śródmózgowia nakrywkę, podwzgórze i podwzgórze do torebki wewnętrznej”. To ostatnie było szczególnie interesujące, ponieważ ta seria przekaźników nie odpowiadała żadnym znanym anatomicznym ścieżkom transdukcji sygnału i została utworzona jako wstępujący siatkowaty system aktywujący (RAS).

Następnie, znaczenie tego nowo zidentyfikowanego oceniano system przekaźnika, umieszczając zmiany chorobowe w środkowej i bocznej części przedniej części śródmózgowia. Koty z przerwami śródmózgowymi w RAS zapadły w głęboki sen i wykazywały odpowiednie fale mózgowe. Alternatywnie, koty z podobnie rozmieszczonymi przerwami na wznoszące się słuchowe i somatyczne ścieżki wykazywały normalny sen i czuwanie i można je było obudzić za pomocą bodźców somatycznych. Ponieważ te zewnętrzne bodźce byłyby blokowane przez przerwy, wskazywało to, że wznosząca transmisja musi podróżować przez nowo odkryte RAS.

Wreszcie Magoun zarejestrował potencjały w środkowej części pnia mózgu i odkryli, że bodźce słuchowe bezpośrednio wyzwalają części siateczki aktywacja systemu. Ponadto stymulacja nerwu kulszowego w postaci pojedynczego wstrząsu aktywowała również środkową formację siateczkową, podwzgórze i wzgórze. Pobudzenie RAS nie zależało od dalszej propagacji sygnału przez obwody móżdżku, ponieważ te same wyniki uzyskano po odbarczeniu i złuszczeniu. Naukowcy zaproponowali, że kolumna komórek otaczająca formację siatkowatą śródmózgowia otrzymywała dane wejściowe ze wszystkich wstępujących odcinków pnia mózgu i przekazywała te aferentne do kory, regulując w ten sposób stan czuwania.

Lokalizacja i struktura

Komponenty anatomiczne

RAS składa się z kilku obwodów neuronalnych łączących pień mózgu z korą. Szlaki te wywodzą się z górnego rdzenia siatkowatego pnia mózgu i przechodzą przez przekaźniki synaptyczne w przedsionkowych jądrach wewnątrzwarstwowych i wzgórzowych do kory mózgowej. W rezultacie osoby z obustronnymi uszkodzeniami jąder wewnątrzwarstwowych wzgórza są ospałe lub senne. Kilka obszarów tradycyjnie włączonych do RAS to:

• Formacja siatkowata śródmózgowia
• Jądro śródmózgowia (śródmózgowie)
• Jądro śródmózgowia wzgórza
• Podwzgórze grzbietowe
• Tegmentum

RAS składa się z ewolucyjnie starożytnych obszarów mózgu, które są kluczowe dla przetrwania i chronione w niekorzystnych okresach. W rezultacie RAS nadal działa podczas hamujących okresów hipnozy.

Neuroprzekaźniki

Obwody neuronalne RAS są modulowane przez złożone interakcje między kilkoma głównymi neuroprzekaźnikami. RAS zawiera zarówno składniki cholinergiczne, jak i adrenergiczne, które wykazują synergiczne i konkurencyjne działanie regulujące aktywność wzgórzowo-korową i odpowiadający jej stan zachowania.

Cholinergiczny

Shute i Lewis jako pierwsi ujawnili obecność składnik cholinergiczny RAS, składający się z dwóch wznoszących się mezopontynowych ścieżek nakrywkowych, usytuowanych rostralnie między śródmózgowia a centrum owalnym (środek półowalny). Szlaki te obejmują neurony cholinergiczne tylnej części śródmózgowia, jądra szypułkowo-mostkowego (PPN) i bocznego jądra nakrywkowego (LDT), które są aktywne podczas czuwania i przesiąkania REM.Wypustki cholinergiczne schodzą przez całą formację siatkowatą i wznoszą się do istoty czarnej, podstawy przodomózgowia, wzgórza i móżdżku; aktywacja cholinergiczna w RAS powoduje zwiększone uwalnianie acetylocholiny w tych obszarach. Sugerowano również, że glutaminian odgrywa ważną rolę w określaniu wzorców odpalania neuronów cholinergicznych nakrywki.

Niedawno donoszono, że znaczna część tylnych komórek PPN jest połączona elektrycznie. Wydaje się, że proces ten może pomóc w koordynowaniu i wzmocnieniu rytmicznego odpalania w dużych populacjach komórek. Ta jednocząca aktywność może ułatwić propagację sygnału w całym RAS i promować przejścia między snem a czuwaniem. Szacuje się, że 10 do 15% komórek RAS może być sprzężonych elektrycznie.

Adrenergiczna

Składnik adrenergiczny układu aktywującego siatkowatego jest ściśle powiązany z neuronami noradrenergicznymi miejsca sinawego . Oprócz projekcji noradrenergicznych, które są równoległe do wyżej wspomnianych ścieżek cholinergicznych, istnieją również wypustki wstępujące bezpośrednio do kory mózgowej i wypustki zstępujące do rdzenia kręgowego. W przeciwieństwie do neuronów cholinergicznych, neurony adrenergiczne są aktywne podczas czuwania i snu wolnofalowego, ale przestają działać podczas snu REM. Dodatkowo neuroprzekaźniki adrenergiczne ulegają zniszczeniu znacznie wolniej niż acetylocholina. Ta długotrwała aktywność może odpowiadać za pewne opóźnienie czasowe podczas zmian świadomości.

Nowsze prace wykazały, że neuronalny przekaźnik tlenku azotu (NO) może również odgrywać ważną rolę w modulowaniu aktywności noradrenergicznej neurony w RAS. Dyfuzja NO z dendrytów reguluje regionalny przepływ krwi we wzgórzu, gdzie stężenie NO jest wysokie podczas czuwania i snu REM i znacznie niższe podczas snu wolnofalowego. Ponadto stwierdzono, że wstrzyknięcia inhibitorów NO wpływają na cykl snu i czuwania oraz pobudzenie.

Ponadto wydaje się, że neurony hipokretyny / oreksyny w podwzgórzu aktywują zarówno adrenergiczne, jak i cholinergiczne składniki RAS i mogą koordynować aktywność całego systemu.

Funkcja

Regulacja przejść sen-czuwanie

Główną funkcją RAS jest modyfikowanie i wzmacnianie funkcji wzgórzowych i korowych, takich jak następuje desynchronizacja elektroencefalogramu (EEG). Istnieją wyraźne różnice w aktywności elektrycznej mózgu w okresach czuwania i snu: szybkie fale mózgowe o niskim napięciu (desynchronizacja EEG) są związane z czuwaniem i snem REM (które są elektrofizjologicznie identyczne); fale wolne o dużym napięciu występują podczas snu nie-REM. Mówiąc ogólnie, kiedy neurony przekaźnika wzgórzowego są w trybie impulsowym, EEG jest zsynchronizowane, a kiedy są w trybie tonicznym, jest desynchronizowane. Stymulacja RAS powoduje desynchronizację EEG poprzez tłumienie wolnych fal korowych (0,3–1 Hz), fal delta (1–4 Hz) i oscylacji fal wrzeciona (11–14 Hz) oraz promowanie oscylacji w paśmie gamma (20–40 Hz) .

Fizjologiczna zmiana ze stanu głębokiego snu do stanu czuwania jest odwracalna i pośredniczona przez RAS. Hamujący wpływ z mózgu jest aktywny w momencie zasypiania, prawdopodobnie pochodzi z obszaru przedwzrokowego (POA) podwzgórza. Podczas snu neurony w RAS będą miały znacznie mniejszą szybkość wyzwalania; i odwrotnie, będą mieli wyższy poziom aktywności w stanie przebudzenia. Dlatego sygnały wejściowe o niskiej częstotliwości (podczas snu) z RAS do neuronów POA powodują oddziaływanie pobudzające, a wyższe poziomy aktywności (czuwanie) będą miały wpływ hamujący. Aby mózg mógł spać, musi nastąpić zmniejszenie wstępującej aktywności aferentnej docierającej do kory poprzez supresję RAS.

Uwaga

Siatkowy system aktywujący pomaga również w pośredniczeniu w przejściach z zrelaksowana czuwanie w okresach dużej uwagi. Występuje zwiększony regionalny przepływ krwi (prawdopodobnie wskazujący na zwiększoną miarę aktywności neuronalnej) w formacji siatkowatej śródmózgowia (MRF) i jądrach międzywarstwowych wzgórza podczas zadań wymagających zwiększonej czujności i uwagi.

Znaczenie kliniczne

Efekty znieczulające

Intuicyjna hipoteza, po raz pierwszy zaproponowana przez Magouna, głosi, że środki znieczulające mogą osiągnąć swoje silne działanie poprzez odwracalne blokowanie przewodnictwa nerwowego w siatkowatym układzie aktywującym, zmniejszając w ten sposób ogólne pobudzenie. Jednak dalsze badania sugerują, że wybiórcza depresja RAS może być zbyt prostym wyjaśnieniem, aby w pełni wyjaśnić działanie znieczulające. Pozostaje to główną niewiadomą i punktem spornym między ekspertami zajmującymi się aktywacją układu siateczkowego iz pewnością wymaga dalszych badań.

Ból

Bezpośrednia stymulacja elektryczna układu aktywującego siateczkę wywołuje reakcje bólowe u kotów i uczy słownych raportów o bólu u ludzi.Dodatkowo aktywacja siatkowatości wstępującej u kotów może powodować rozszerzenie źrenic, co może wynikać z długotrwałego bólu. Wyniki te sugerują pewien związek między obwodami RAS a fizjologicznymi ścieżkami bólu.

Wpływy rozwojowe

Istnieje kilka potencjalnych czynników, które mogą niekorzystnie wpływać na rozwój układu aktywującego siateczkowatego:

• Poród przedwczesny

Niezależnie od masy urodzeniowej lub tygodni ciąży, przedwczesny poród wywołuje uporczywy szkodliwy wpływ na stan przedwczesny (pobudzenie i zaburzenia czuwania), uważność (czas reakcji i zaburzenia czucia) bramkowanie) i mechanizmy korowe w trakcie rozwoju.

• Palenie podczas ciąży

Wiadomo, że prenatalna ekspozycja na dym papierosowy powoduje trwałe pobudzenie, deficyty uwagi i funkcji poznawczych u ludzi. Ta ekspozycja może wywołać regulację w górę receptorów nikotynowych na podjednostce α4b2 w komórkach jądra pedunculopontine (PPN), powodując zwiększoną aktywność toniczną, spoczynkowy potencjał błony i prąd kationowy aktywowany hiperpolaryzacją. Te główne zaburzenia wewnętrznych właściwości błony neuronów PPN powodują zwiększone poziomy pobudzenia i deficytów bramkowania sensorycznego (objawiające się zmniejszeniem przyzwyczajenia do powtarzających się bodźców słuchowych). Przypuszcza się, że te fizjologiczne zmiany mogą nasilać rozregulowanie uwagi w późniejszym życiu.

Patologie

Biorąc pod uwagę znaczenie RAS w modulowaniu zmian korowych, zaburzenia RAS powinny skutkować zmianami cykli snu i czuwania oraz zaburzeniami pobudzenia. Niektóre patologie RAS można przypisać wiekowi, ponieważ wydaje się, że wraz z wiekiem obserwuje się ogólny spadek reaktywności RAS. Sugerowano, że zmiany w sprzężeniu elektrycznym mogą tłumaczyć pewne zmiany w aktywności RAS: Gdyby sprzężenie było regulowane w dół, wystąpiłby odpowiedni spadek synchronizacji wyższych częstotliwości (pasmo gamma). Odwrotnie, regulowane w górę sprzężenie elektryczne zwiększyłoby synchronizację szybkich rytmów, co mogłoby prowadzić do zwiększonego pobudzenia i napędu snu REM. W szczególności zakłócenie RAS jest związane z następującymi zaburzeniami:

• Schizofrenia

U trudnych do leczenia pacjentów ze schizofrenią występuje znaczny wzrost (> 60%) w liczbie neuronów PPN i dysfunkcji sygnalizacji NO zaangażowanej w modulowanie cholinergicznej produkcji RAS.

• Zespół stresu pourazowego, choroba Parkinsona, zaburzenia zachowania REM

Pacjenci z tymi zespołami wykazują znaczny (> 50%) spadek w liczbie neuronów locus coeruleus (LC), co skutkuje zwiększoną odhamowaniem PPN.

• Narkolepsja

Występuje znaczna regulacja w dół produkcji PPN i utrata peptydów oreksyny, co sprzyja nadmiernej senności w ciągu dnia, która jest charakterystyczna dla tego zaburzenia.

• Postępujące porażenie nadjądrowe (PSP)

Dysfunkcja sygnalizacji NO została powiązana z rozwojem PSP.

• Depresja, autyzm, choroba Alzheimera, zespół deficytu uwagi

Dokładna rola RAS w każdym z tych zaburzeń nie została jeszcze zidentyfikowana. Jednak oczekuje się, że w przypadku każdej choroby neurologicznej lub psychiatrycznej, która przejawia się zaburzeniami w regulacji cyklu pobudzenia i snu-czuwania, nastąpi odpowiednia rozregulowanie niektórych elementów RAS.