Bedömning | Biopsykologi | Jämförande | Kognitiv | Utvecklings – Språk | Individuella skillnader | Personlighet | Filosofi | Socialt |
Metoder | Statistik | Klinisk | Utbildning | Industri | Professionella artiklar | Världspsykologi |

Biologisk: beteendegenetik · Evolutionär psykologi · Neuroanatomi · Neurokemi · Neuroendokrinologi · Neurovetenskap · Psykoneuroimmunologi · Fysiologisk psykologi · Psykofarmakologi (Index, översikt) )

Det retikulära aktiveringssystemet (RAS) eller (ARAS för stigande retikulärt system) är ett område i hjärnan (inklusive retikulärbildning och dess anslutningar) som är ansvarig för att reglera upphetsning och sömnväckande övergångar.

Historia och etymologi

Moruzzi och Magoun undersökte först de neurala komponenterna som reglerade hjärnans sömnväckningsmekanismer 1949. Fysiologer hade föreslagit att någon struktur djupt inne i hjärnan kontrollerade mental vakenhet. Tidigare trodde man att vakenhet berodde direkt på överföringen av afferenta sensoriska stimuli till hjärnbarken.

Magoun visade först att direkt elektrisk stimulering av två separata områden i kattens hjärnstam producerade de olika elektrokortikala händelserna som hittades i hjärnan vid uppvaknande från sömnen: Först de stigande somatiska och hörselvägarna; för det andra en serie ”stigande reläer från retikulär bildning av den nedre hjärnstammen genom mesencepahlic tegmentum, subthalamus och hypothalamus till den inre kapseln.” Det senare var av särskilt intresse, eftersom denna serie reläer inte motsvarade några kända anatomiska vägar för signaltransduktion och myntades det stigande retikulära aktiveringssystemet (RAS).

Därefter betydelsen av detta nyligen identifierade relaysystemet utvärderades genom att placera lesioner i de mediala och laterala delarna av mitthjärnans framsida. Katter med mesancepahlic-avbrott i RAS gick in i en djup sömn och visade motsvarande hjärnvågor. Alternativt katter med liknande placerade avbrott till stigande auditiv och somatisk vägar uppvisade normal sömn och vakenhet och kunde väckas med somatiska stimuli. Eftersom dessa yttre stimuli skulle blockeras av avbrott indikerade detta att den stigande överföringen måste färdas genom den nyligen upptäckta RAS.

Slutligen registrerade Magoun potentialer i den mediala delen av hjärnstammen och upptäckte att hörselstimuli direkt avfyrade delar av retikulären aktiveringssystem. Dessutom aktiverade enstötstimulering av ischiasnerven också den mediala retikulära bildningen, hypotalamus och thalamus. Excitation av RAS berodde inte på ytterligare signalutbredning genom cerebellära kretsar, eftersom samma resultat erhölls efter decerebellation och decortication. Forskarna föreslog att en kolumn av celler som omger midbrain reticular formation fick input från alla stigande delar av hjärnstammen och förde dessa afferenter till cortex och reglerade därför vakenhet.

Plats och struktur

Anatomiska komponenter

RAS består av flera neuronala kretsar som förbinder hjärnstammen till cortex. Dessa vägar har sitt ursprung i den övre hjärnstammens retikulära kärna och skjuter ut genom synaptiska reläer i rostrala intralaminära och thalamiska kärnor till hjärnbarken. Som ett resultat är individer med bilaterala lesioner av thalamiska intralaminära kärnor slöa eller somnolenta. Flera områden som traditionellt ingår i RAS är:

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

RAS består av evolutionärt forntida områden i hjärnan, som är avgörande för överlevnad och skyddade under ogynnsamma perioder. Som ett resultat fungerar RAS fortfarande under hämmande perioder av hypnos.

Neurotransmittorer

De neuronala kretsarna i RAS moduleras av komplexa interaktioner mellan några få huvudsignaler. RAS innehåller både kolinerga och adrenerga komponenter, som uppvisar synergiska såväl som konkurrerande åtgärder för att reglera thalamokortisk aktivitet och motsvarande beteendestatus.

Kolinerg

Shute och Lewis avslöjade först närvaron av en kolinerg komponent i RAS, bestående av två stigande mesopontin-tegmentala vägar som är rostralt belägna mellan mesencephalon och centrum ovale (semioval center). Dessa vägar involverar kolinerga nervceller i den bakre mitthjärnan, pedunculopontin-kärnan (PPN) och den laterodorsala tegmentala kärnan (LDT), som är aktiva under vakning och REM-sipprar.Kolinerge utsprång sjunker genom hela retikulärbildningen och stiger upp till substantia nigra, basal framhjärna, thalamus och cerebellum; kolinerg aktivering i RAS resulterar i ökad frisättning av acetylkolin i dessa områden. Glutamat har också föreslagits spela en viktig roll vid bestämning av avfyringsmönstren hos de tegmentala kolinergiska nervcellerna.

Det har nyligen rapporterats att signifikanta delar av bakre PPN-celler är elektriskt kopplade. Det verkar som att denna process kan hjälpa till att samordna och förbättra rytmisk avfyrning över stora populationer av celler. Denna förenande aktivitet kan hjälpa till att underlätta signalutbredning genom hela RAS och främja sömn-vakna övergångar. Det uppskattas att 10 till 15% av RAS-cellerna kan vara elektriskt kopplade.

Adrenerga

Den adrenerga komponenten i det retikulära aktiveringssystemet är nära associerad med de noradrenerga nervcellerna i locus coeruleus . Förutom noradrenerga utsprång som parallellt med de ovannämnda kolinerga vägarna finns det också stigande utsprång direkt till hjärnbarken och fallande utsprång till ryggmärgen. Till skillnad från kolinerga nervceller är de adrenerga nervcellerna aktiva under vaknande och långsam vågsömn men upphör att skjuta under REM-sömn. Dessutom förstörs adrenerga neurotransmittorer mycket långsammare än acetylkolin. Denna ihållande aktivitet kan utgöra en del av tidsfördröjningen under medvetenhetsförändringar.

Nyare arbete har visat att den neuronala budbäraren kväveoxid (NO) också kan spela en viktig roll för att modulera aktiviteten hos det noradrenerga neuroner i RAS. INGEN diffusion från dendriter reglerar det regionala blodflödet i talamus, där NO-koncentrationer är höga under vakning och REM-sömn och signifikant lägre under långsam vågsömn. Dessutom har injektioner av NO-hämmare visat sig påverka sömnväckningscykeln och upphetsningen.

Dessutom verkar det som att hypokretin / orexin-nervceller i hypotalamus aktiverar både de adrenerga och kolinerga komponenterna i RAS och kan samordna hela systemets aktivitet.

Funktion

Reglera sömnväckande övergångar

Huvudfunktionen för RAS är att modifiera och förstärka talamisk och kortikal funktion så att elektroencefalogram (EEG) desynkronisering följer. Det finns tydliga skillnader i hjärnans elektriska aktivitet under perioder av vakenhet och sömn: Lågspänningssnabba hjärnvågor (EEG-desynkronisering) är associerade med vakenhet och REM-sömn (som är elektrofysiologiskt identiska); stora spänning långsamma vågor finns under icke-REM-sömn. Generellt sett, när talamreläneuroner är i burst-läge synkroniseras EEG och när de är i tonic-läge desynkroniseras det. Stimulering av RAS producerar EEG-desynkronisering genom att undertrycka långsamma kortikala vågor (0,3–1 Hz), delta-vågor (1–4 Hz) och spindelvågsvängningar (11–14 Hz) och genom att gamma-band (20 – 40 Hz) svänger .

Den fysiologiska förändringen från ett tillstånd av djup sömn till vakenhet är reversibel och förmedlad av RAS. Hämmande inflytande från hjärnan är aktivt vid sömnstart och kommer troligen från hypotalamusens preoptiska område (POA). Under sömnen kommer neuroner i RAS att ha en mycket lägre skjuthastighet; omvänt kommer de att ha en högre aktivitetsnivå under vakningstillståndet. Därför leder lågfrekventa ingångar (under sömn) från RAS till POA-nervcellerna i en excitatorisk påverkan och högre aktivitetsnivåer (vaken) kommer att ha hämmande inflytande. För att hjärnan ska kunna sova måste det ske en minskning av stigande afferent aktivitet som når cortex genom undertryckande av RAS.

Uppmärksamhet

Det retikulära aktiveringssystemet hjälper också till att förmedla övergångar från avslappnad vakenhet till perioder med hög uppmärksamhet. Det finns ett ökat regionalt blodflöde (antagligen ett tecken på ett ökat mått på neuronal aktivitet) i midbrain reticular formation (MRF) och thalamic intralaminar nuclei under uppgifter som kräver ökad vakenhet och uppmärksamhet.

Klinisk relevans

Bedövningseffekter

En intuitiv hypotes, som först föreslogs av Magoun, är att bedövningsmedel kan uppnå sina potenta effekter genom att reversibelt blockera neural ledning i det retikulära aktiveringssystemet och därigenom minska den totala upphetsningen. Ytterligare forskning har dock föreslagit att selektiv depression av RAS kan vara för enkel förklaring för att helt kunna redogöra för bedövningseffekter. Detta är fortfarande en stor okänd och stridspunkt mellan experter i det retikulära aktiveringssystemet och behöver verkligen ytterligare forskning.

Smärta

Direkt elektrisk stimulering av det retikulära aktiveringssystemet ger smärtsvar hos katter och utbildar verbala rapporter om smärta hos människor.Dessutom kan stigande retikulär aktivering hos katter producera mydriasis, vilket kan bero på långvarig smärta. Dessa resultat antyder ett visst samband mellan RAS-kretsar och fysiologiska smärtvägar.

Utvecklingspåverkan

Det finns flera potentiella faktorer som kan påverka utvecklingen av det retikulära aktiveringssystemet negativt:

• För tidig födsel

Oavsett födelsevikt eller graviditetsveckor framkallar för tidig födelse ihållande skadliga effekter på uppmärksamhet (upphetsning och sömnväckningsavvikelser), uppmärksamhet (reaktionstid och sensorisk gating) och kortikala mekanismer under hela utvecklingen.

• Rökning under graviditet

Exponering för cigarettrök vid födseln är känd för att ge varaktig upphetsning, uppmärksamhet och kognitiva underskott hos människor. Denna exponering kan inducera uppreglering av nikotinreceptorer på α4b2-subenhet på Pedunculopontine nucleus (PPN) -celler, vilket resulterar i ökad tonisk aktivitet, vilande membranpotential och hyperpolarisationsaktiverad katjonström. Dessa stora störningar av de inneboende membranegenskaperna hos PPN-neuroner resulterar i ökade nivåer av upphetsning och sensoriska grindningsunderskott (demonstreras av en minskad mängd tillvänjning till upprepade hörselstimuli). Det antas att dessa fysiologiska förändringar kan intensifiera uppmärksamhetsdysreglering senare i livet.

Patologier

Med tanke på vikten av RAS för modulering av kortikala förändringar, bör störningar i RAS resultera i förändringar av sömnväckningscykler och störningar i upphetsning. Vissa patologier i RAS kan tillskrivas ålder, eftersom det verkar finnas en allmän nedgång i RAS-reaktivitet med framåtriktande år. Förändringar i elektrisk koppling har föreslagits för att ta hänsyn till vissa förändringar i RAS-aktivitet: Om kopplingen var nedreglerad skulle det bli en motsvarande minskning av högre frekvenssynkronisering (gammaband). Omvänt skulle uppreglerad elektrisk koppling öka synkroniseringen av snabba rytmer som kan leda till ökad upphetsning och REM-sömn. Specifikt har störningar av RAS varit inblandade i följande störningar:

• Schizofreni

Intraktionsbara schizofrena patienter har en signifikant ökning (> 60%) i antalet PPN-neuroner och dysfunktion av NO-signalering som är involverad i modulering av kolinergisk produktion av RAS.

• Posttraumatisk stressstörning, Parkinsons sjukdom, REM-beteendestörning

Patienter med dessa syndrom uppvisar en signifikant (> 50%) minskning i antalet locus coeruleus (LC) -neuroner, vilket resulterar i ökad desinhibition av PPN.

• Narkolepsi

Det finns en betydande nedreglering av PPN-produktion och en förlust av orexinpeptider, vilket främjar den överdrivna sömnigheten under dagen som är karakteristisk för denna störning.

• Progressiv supranukleär pares (PSP)

Dysfunktion av NO-signalering har varit inblandad i utvecklingen av PSP.

• Depression, autism, Alzheimers sjukdom, uppmärksamhetsstörning

RAS: s exakta roll i var och en av dessa störningar har ännu inte identifierats. Det förväntas emellertid att i någon neurologisk eller psykiatrisk sjukdom som manifesterar störningar i upphetsning och sömnväckningscykelreglering, kommer det att finnas en motsvarande dysreglering av vissa delar av RAS.