Bewertung | Biopsychologie | Vergleichend | kognitiv | Entwicklungs | Sprache | Individuelle Unterschiede | Persönlichkeit | Philosophie | Soziale |
Methoden | Statistik | Klinisch | Pädagogisch | Industrie | Fachartikel | Weltpsychologie |

Biologisch: Verhaltensgenetik · Evolutionspsychologie · Neuroanatomie · Neurochemie · Neuroendokrinologie · Neurowissenschaften · Psychoneuroimmunologie · Physiologische Psychologie · Psychopharmakologie (Index, Gliederung )

Das retikuläre Aktivierungssystem (RAS) oder (ARAS für aufsteigendes retikuläres System) ist ein Bereich des Gehirns (einschließlich der retikulären Formation und ihrer Verbindungen), der für die Regulierung von Erregungs- und Schlaf-Wach-Übergängen verantwortlich ist.

Geschichte und Etymologie

Moruzzi und Magoun untersuchten 1949 erstmals die neuronalen Komponenten, die die Schlaf-Wach-Mechanismen des Gehirns regulieren. Physiologen hatten vorgeschlagen, dass eine Struktur tief im Gehirn die mentale Wachsamkeit kontrolliert. Bisher wurde angenommen, dass Wachheit direkt von der Übertragung afferenter sensorischer Reize auf die Großhirnrinde abhängt.

Magoun zeigte zunächst, dass die direkte elektrische Stimulation von zwei getrennten Bereichen des Hirnstamms einer Katze die verschiedenen elektrokortikalen Ereignisse im Gehirn hervorruft, die beim Erwachen aus dem Schlaf auftreten: Erstens die aufsteigenden somatischen und auditorischen Pfade; zweitens eine Reihe von „aufsteigenden Relais von der retikulären Bildung des unteren Hirnstamms über das mesencepahlische Tegmentum, den Subthalamus und den Hypothalamus zur inneren Kapsel“. Letzteres war von besonderem Interesse, da diese Reihe von Relais keinen bekannten anatomischen Pfaden für die Signalübertragung entsprach und als aufsteigendes retikuläres Aktivierungssystem (RAS) bezeichnet wurde. Als nächstes wurde die Bedeutung dieses neu identifizierten Relais ermittelt Das Relaissystem wurde bewertet, indem Läsionen in den medialen und lateralen Bereichen der Vorderseite des Mittelhirns platziert wurden. Katzen mit mesancepahlischen Unterbrechungen des RAS gingen in einen tiefen Schlaf und zeigten entsprechende Gehirnwellen. Alternativ Katzen mit ähnlich platzierten Unterbrechungen des aufsteigenden auditorischen und somatischen Die Wege zeigten normalen Schlaf und Wachheit und konnten mit somatischen Reizen geweckt werden. Da diese äußeren Reize durch die Unterbrechungen blockiert würden, deutete dies darauf hin, dass die aufsteigende Übertragung durch das neu entdeckte RAS laufen muss.

Schließlich zeichnete Magoun auf Potentiale innerhalb des medialen Teils des Hirnstamms und entdeckten, dass auditive Reize Teile des Retikulars direkt abfeuerten System aktivieren. Darüber hinaus aktivierte die Einzelschockstimulation des Ischiasnervs auch die mediale retikuläre Formation, den Hypothalamus und den Thalamus. Die Anregung des RAS hing nicht von der weiteren Signalausbreitung durch die Kleinhirnkreise ab, da die gleichen Ergebnisse nach der Dekerebellation und Dekortikation erhalten wurden. Die Forscher schlugen vor, dass eine Zellsäule, die die retikuläre Formation des Mittelhirns umgibt, Input von allen aufsteigenden Bahnen des Hirnstamms erhielt und diese Afferenzen an den Kortex weiterleitete und daher die Wachsamkeit regulierte

Anatomische Komponenten

Der RAS besteht aus mehreren neuronalen Schaltkreisen, die den Hirnstamm mit dem Kortex verbinden. Diese Wege entstehen im retikulären Kern des oberen Hirnstamms und projizieren durch synaptische Relais in den rostralen intralaminaren und thalamischen Kernen zur Großhirnrinde. Infolgedessen sind Personen mit bilateralen Läsionen von intralaminaren Thalamuskernen lethargisch oder schläfrig. Einige Bereiche, die traditionell im RAS enthalten sind, sind:

• Retikuläre Bildung des Mittelhirns
• Mesencephalic Nucleus (Mesencephalon)
• Thalamic Intralaminar Nucleus
• Dorsaler Hypothalamus
• Tegmentum

Der RAS besteht aus evolutionär alten Bereichen des Gehirns, die überlebenswichtig sind und in ungünstigen Zeiten geschützt werden. Infolgedessen funktioniert der RAS immer noch während Hemmperioden der Hypnose.

Neurotransmitter

Die neuronalen Schaltkreise des RAS werden durch komplexe Wechselwirkungen zwischen einigen wenigen Hauptneurotransmittern moduliert. Das RAS enthält sowohl cholinerge als auch adrenerge Komponenten, die sowohl synergistische als auch kompetitive Wirkungen zur Regulierung der thalamokortikalen Aktivität und des entsprechenden Verhaltenszustands aufweisen.

Cholinerge

Shute und Lewis zeigten erstmals das Vorhandensein von eine cholinerge Komponente des RAS, bestehend aus zwei aufsteigenden mesopontinischen tegmentalen Bahnen, die rostral zwischen dem Mesencephalon und dem Centrum ovale (semiovales Zentrum) liegen. Diese Wege umfassen cholinerge Neuronen des hinteren Mittelhirns, des pedunculopontinen Kerns (PPN) und des laterodorsalen tegmentalen Kerns (LDT), die während des Aufwachens und des REM-Versickerns aktiv sind.Cholinerge Projektionen steigen während der gesamten retikulären Formation ab und steigen zur Substantia nigra, zum basalen Vorderhirn, zum Thalamus und zum Kleinhirn auf; Die cholinerge Aktivierung im RAS führt in diesen Bereichen zu einer erhöhten Acetylcholinfreisetzung. Es wurde auch vorgeschlagen, dass Glutamat eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Feuermuster der tegmentalen cholinergen Neuronen spielt. Es wurde kürzlich berichtet, dass signifikante Teile der hinteren PPN-Zellen elektrisch gekoppelt sind. Es scheint, dass dieser Prozess dazu beitragen kann, das rhythmische Brennen über große Zellpopulationen hinweg zu koordinieren und zu verbessern. Diese vereinheitlichende Aktivität kann dazu beitragen, die Signalausbreitung im gesamten RAS zu erleichtern und Schlaf-Wach-Übergänge zu fördern. Es wird geschätzt, dass 10 bis 15% der RAS-Zellen elektrisch gekoppelt sein können.

Adrenerge

Die adrenerge Komponente des retikulären Aktivierungssystems ist eng mit den noradrenergen Neuronen des Locus coeruleus verbunden . Neben noradrenergen Projektionen, die parallel zu den oben genannten cholinergen Pfaden verlaufen, gibt es auch aufsteigende Projektionen direkt zur Großhirnrinde und absteigende Projektionen zum Rückenmark. Im Gegensatz zu cholinergen Neuronen sind die adrenergen Neuronen während des Aufwachens und des Schlafes mit langsamen Wellen aktiv, hören jedoch während des REM-Schlafes auf zu feuern. Zusätzlich werden adrenerge Neurotransmitter viel langsamer zerstört als Acetylcholin. Diese anhaltende Aktivität kann einen Teil der Zeitlatenz während Bewusstseinsänderungen ausmachen.

Neuere Arbeiten haben gezeigt, dass der neuronale Botenstoff Stickoxid (NO) auch eine wichtige Rolle bei der Modulation der Aktivität des Noradrenergen spielen kann Neuronen im RAS. Die NO-Diffusion aus Dendriten reguliert den regionalen Blutfluss im Thalamus, wo die NO-Konzentrationen während des Aufwachens und des REM-Schlafes hoch und während des Langsamschlafes signifikant niedriger sind. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Injektionen von NO-Inhibitoren den Schlaf-Wach-Zyklus und die Erregung beeinflussen.

Zusätzlich scheint es, dass Hypocretin / Orexin-Neuronen des Hypothalamus sowohl die adrenergen als auch die cholinergen Komponenten des RAS aktivieren und möglicherweise koordinieren Sie die Aktivität des gesamten Systems.

Funktion

Regulieren von Schlaf-Wach-Übergängen

Die Hauptfunktion des RAS besteht darin, die Thalamus- und Kortikalisfunktion zu modifizieren und zu potenzieren, wie z Diese Desynchronisation des Elektroenzephalogramms (EEG) erfolgt. Es gibt deutliche Unterschiede in der elektrischen Aktivität des Gehirns während Wach- und Schlafphasen: Niederspannungs-Schnellstoß-Gehirnwellen (EEG-Desynchronisation) sind mit Wachheit und REM-Schlaf verbunden (die elektrophysiologisch identisch sind); Langsame Wellen mit großer Spannung werden während des Nicht-REM-Schlafes gefunden. Im Allgemeinen wird das EEG synchronisiert, wenn sich Thalamus-Relais-Neuronen im Burst-Modus befinden, und wenn sie sich im Tonic-Modus befinden, wird es desynchronisiert. Die Stimulation des RAS führt zu einer EEG-Desynchronisation, indem langsame kortikale Wellen (0,3–1 Hz), Delta-Wellen (1–4 Hz) und Spindelwellenschwingungen (11–14 Hz) unterdrückt und Gammabandschwingungen (20–40 Hz) gefördert werden .

Der physiologische Wechsel von einem Tiefschlafzustand zu Wachzustand ist reversibel und wird vom RAS vermittelt. Der hemmende Einfluss des Gehirns ist zu Beginn des Schlafes aktiv und kommt wahrscheinlich aus dem preoptischen Bereich (POA) des Hypothalamus. Während des Schlafes haben Neuronen im RAS eine viel niedrigere Feuerrate; Umgekehrt haben sie im Wachzustand ein höheres Aktivitätsniveau. Daher führen niederfrequente Eingaben (während des Schlafes) vom RAS in die POA-Neuronen zu einem erregenden Einfluss, und höhere Aktivitätsniveaus (wach) haben einen hemmenden Einfluss. Damit das Gehirn schlafen kann, muss die aufsteigende afferente Aktivität, die den Cortex erreicht, durch Unterdrückung des RAS verringert werden.

Aufmerksamkeit

Das retikuläre Aktivierungssystem hilft auch bei der Vermittlung von Übergängen von entspannte Wachsamkeit gegenüber Perioden hoher Aufmerksamkeit. Bei Aufgaben, die eine erhöhte Aufmerksamkeit und Aufmerksamkeit erfordern, ist eine erhöhte regionale Durchblutung (vermutlich ein Hinweis auf ein erhöhtes Maß an neuronaler Aktivität) in der retikulären Bildung des Mittelhirns (MRF) und in den intralaminaren Thalamuskernen zu verzeichnen h3> Anästhesieeffekte

Eine intuitive Hypothese, die zuerst von Magoun vorgeschlagen wurde, ist, dass Anästhetika ihre wirksamen Wirkungen erzielen könnten, indem sie die neurale Leitung innerhalb des retikulären Aktivierungssystems reversibel blockieren und dadurch die allgemeine Erregung verringern. Weitere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass eine selektive Depression des RAS eine zu einfache Erklärung darstellt, um die anästhetischen Wirkungen vollständig zu berücksichtigen. Dies bleibt ein wichtiger Unbekannter und Streitpunkt zwischen Experten des retikulären Aktivierungssystems und bedarf sicherlich weiterer Forschung.

Schmerz

Die direkte elektrische Stimulation des retikulären Aktivierungssystems führt bei Katzen zu Schmerzreaktionen und bildet verbale Berichte über Schmerzen beim Menschen aus.Zusätzlich kann eine aufsteigende retikuläre Aktivierung bei Katzen eine Mydriasis hervorrufen, die aus anhaltenden Schmerzen resultieren kann. Diese Ergebnisse legen eine gewisse Beziehung zwischen RAS-Schaltkreisen und physiologischen Schmerzwegen nahe.

Entwicklungseinflüsse

Es gibt mehrere mögliche Faktoren, die die Entwicklung des retikulären Aktivierungssystems nachteilig beeinflussen können:

• Frühgeburt

Unabhängig vom Geburtsgewicht oder den Schwangerschaftswochen führt eine Frühgeburt zu anhaltenden schädlichen Auswirkungen auf die Aufmerksamkeit vor der Aufmerksamkeit (Erregung und Schlaf-Wach-Anomalien), die Aufmerksamkeit (Reaktionszeit und sensorisch) Gating) und kortikale Mechanismen während der gesamten Entwicklung.

• Rauchen während der Schwangerschaft

Es ist bekannt, dass vorgeburtliche Exposition gegenüber Zigarettenrauch beim Menschen zu dauerhaften Erregungs-, Aufmerksamkeits- und kognitiven Defiziten führt. Diese Exposition kann eine Hochregulation von Nikotinrezeptoren an der α4b2-Untereinheit auf Pedunculopontin-Kernzellen (PPN) induzieren, was zu einer erhöhten tonischen Aktivität, einem ruhenden Membranpotential und einem durch Hyperpolarisation aktivierten Kationenstrom führt. Diese Hauptstörungen der intrinsischen Membraneigenschaften von PPN-Neuronen führen zu einem erhöhten Grad an Erregungs- und sensorischen Gating-Defiziten (was durch eine verminderte Gewöhnung an wiederholte auditive Reize gezeigt wird). Es wird angenommen, dass diese physiologischen Veränderungen die Aufmerksamkeitsdysregulation später im Leben verstärken können.

Pathologien

Angesichts der Bedeutung des RAS für die Modulation kortikaler Veränderungen sollten Störungen des RAS zu Veränderungen der Schlaf-Wach-Zyklen und zu Erregungsstörungen führen. Einige Pathologien des RAS können dem Alter zugeschrieben werden, da die Reaktivität des RAS mit fortschreitenden Jahren allgemein abzunehmen scheint. Änderungen in der elektrischen Kopplung wurden vorgeschlagen, um einige Änderungen in der RAS-Aktivität zu berücksichtigen: Wenn die Kopplung herunterreguliert würde, würde die Synchronisation mit höherer Frequenz (Gammaband) entsprechend abnehmen. Umgekehrt würde eine hochregulierte elektrische Kopplung die Synchronisation schneller Rhythmen erhöhen, was zu einer erhöhten Erregung und einem erhöhten REM-Schlafantrieb führen könnte. Insbesondere wurde eine Störung des RAS mit den folgenden Störungen in Verbindung gebracht:

• Schizophrenie

Intrahierbare schizophrene Patienten weisen einen signifikanten Anstieg auf (> 60%) in der Anzahl der PPN-Neuronen und der Funktionsstörung der NO-Signalübertragung, die an der Modulation der cholinergen Leistung des RAS beteiligt ist.

• Posttraumatische Belastungsstörung, Parkinson-Krankheit, REM-Verhaltensstörung

Patienten mit diesen Syndromen weisen eine signifikante Abnahme (> 50%) auf In der Anzahl der Locus Coeruleus (LC) -Neuronen führt dies zu einer erhöhten Enthemmung des PPN.

• Narkolepsie

Es gibt eine signifikante Herunterregulierung der PPN-Produktion und einen Verlust von Orexinpeptiden, was die für diese Störung charakteristische übermäßige Schläfrigkeit am Tag fördert.

• Progressive supranukleäre Lähmung (PSP)

Eine Funktionsstörung der NO-Signalübertragung wurde mit der Entwicklung von PSP in Verbindung gebracht.

• Depression, Autismus, Alzheimer-Krankheit, Aufmerksamkeitsdefizitstörung

Die genaue Rolle des RAS bei jeder dieser Störungen wurde noch nicht identifiziert. Es wird jedoch erwartet, dass bei jeder neurologischen oder psychiatrischen Erkrankung, bei der Störungen der Erregungs- und Schlaf-Wach-Zyklus-Regulation auftreten, eine entsprechende Dysregulation einiger Elemente des RAS auftritt.