Mózgowiowe mechanizmy regulacji snu i czuwania

Mózgowiowe mechanizmy regulacji snu i czuwania Dorota Badowska Uniwersytet Warszawski II rok biotechnologia + psychologia 1

Copyright statement This presentation has been prepared for the meeting of the Students Neurobiology Club at the Warsaw University, thus for a non-profit activity. Pictures included, modified to various degree, have been copied from the Internet and literature without indicating the original source, which is frequently difficult to trace. Whoever finds his/her rights violated, is kindly requested to notify the author (neuro87@o2.pl); the questioned picture will be immediately withdrawn. Unlimited use of these slides in teaching is welcomed provided that the users take full responsibility for it. 2

Czym jest sen? Stan czasowej utraty świadomości* Deaferentacja i deeferentacja Czyli ograniczone wejście i wyjście impulsów Bodźce z otoczenia nie dochodzą do świadomości Mniej impulsów dociera do ośrodków sensorycznych *B.Sadowski Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt 3

Pień mózgu Formatio reticularis [RF] Twór siatkowaty tzw. kora pnia mózgu Od rdzenia po międzymózgowie http://www.octc.kctcs.edu/gcaplan/anat/notes/default.htm 4

B.Sadowski Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt 5

Twór siatkowaty funkcje Utrzymywanie mózgu w stanie czuwania Uszkodzenie > śpiączka DraŜnienie części mostowej i śródmózgowiowej > > reakcja wzbudzenia (arousal) Działanie zstępujące Do mięśni Działanie wstępujące Pobudzenie (tonus) kory i innych ośrodków 6

Preparaty - most 7

Izolowany mózg [cerveau isole] Preparat Bremera (1935) Cięcie miedzy wzgórkami pokrywy śródmózgowia przednimi i tylnymi Brak projekcji z tworu siatkowatego do wzgórza Odcięte wszelkie impulsy (nawet słuchowe) Śpiączka (NREM) 8

Izolowane mózgowie [encephale isole] Cięcie między mózgowiem a rdzeniem kręgowym Brak impulsów z tułowia i kończyn Docierają impulsy z głowy smak, zapach, słuch, wzrok Normalna aktywność mózgu 9

Preparat pretrygeminalny Cięcie przy wejściu nervus trigeminus Deprywacja sensoryczna jak w izolowanym mózgu Czuwanie non-stop Jądro siatkowate mostu przednie ośr. desynchronizacji EEG (czuwanie) 10

Fale w EEG Desynchronizacja Szum Fale szybkie Pobudzenie, REM Synchronizacja Koordynacja neuronów Sen wolnofalowy 11 Rodzaje fal

Desynchronizator EEG Jądro siatkowate mostu (twór siatkowaty): Desynchronizacja kory Jądra części tylnej tworu: hamują desynchronizator umoŝliwiają sen Mózg kota Impulsy z receptorów niwelują hamowanie z części tylnej i rozbudzają nas 12

Trzy stany świadomości 1. Czuwanie 2. Sen NREM (non-rem) 3. Sen REM (paradoksalny) 13

Potencjał pierwotny i wtórny Dwojakie działanie bodźca na korę: Potencjał pierwotny specyficzne działanie bodźca Wtórny niespecyficzne Latencja *B.Sadowski Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt 14

Niespecyficzne działanie układu siatkowatego http://thebrain.mcgill.ca 15

Jak przebiega desynchronizacja? ACh z jąder przedniej części mostu: Lekko depolaryzuje neurony wzgórza sensorycznego Uwaga łatwiejsze reagowanie i rozróŝnianie bodźców Hamuje jądro siatkowate wzgórza Sygnały desynchronizacji do kory 16

Poziom ACh zmienia się podczas snu i czuwania http://thebrain.mcgill.ca 17

Neurotransmitery podczas czuwania Acetylocholina (Ach) Neurony cholinergiczne mostu Do wzgórza Noradrenalina (NA) Miejsce sinawe: uwaga Serotonina (5-HT) Przednie jądra szwu Podtrzymywanie czuwania 18

Desynchronizator 5-HT NA Sadowski Biologiczne mechanizmy zachowań ludzi i zwierząt 19

Noradrenalina Miejsce sinawe: Aktywne, gdy jesteśmy rozbudzeni Mało aktywne w NREM Nieaktywne w REM 20

Noradrenalina Proces uwagi NA w korze zmniejsza szum (spontaniczną aktywność neuronów) Zwiększa stosunek sygnału do szumu 21

Serotonina Przednie jądra szwu Aktywne podczas czuwania Lezja powoduje kilkudniową bezsenność (!) 22

Związek z zegarem biologicznym PODWZGÓRZE POA 5-HT GABA TWÓR SIATKOWATY JĄDRA SZWU POA [preoptic area] pole przedwzrokowe w podwzgórzu 23

Zasypianie Mniej 5-HT Spada teŝ poziom ACh ObniŜenie (re)aktywności wzgórza Słabsza reakcja na bodźce Zwiększenie aktywności jądra siatkowatego Spowolnienie fal EEG 24

Trzy stany świadomości 1. Czuwanie 2. Sen NREM (non-rem) 3. Sen REM (paradoksalny) 25

Sen NREM Fale wolne synchronizacja EEG 4 fazy sen coraz głębszy Hormon wzrostu, spowolnienie metabolizmu - 40% zuŝycia glukozy przez mózg Przebudzenie: zagubienie, utrudnione zadania kognitywne, szybkie zasypianie 26

Marzenia senne w NREM Faza IV (fale delta) Często kontynuacja doznań z czasu czuwania Realistyczna treść Sny mało emocjonalne (mała aktywność amygdali i hipokampa) Sny szybko zapominane (brak ACh) 27

Trzy stany świadomości 1. Czuwanie 2. Sen NREM (non-rem) 3. Sen REM (paradoksalny) 28

Faza REM (sen paradoksalny) Desynchronizacja EEG Szybkie ruchy gałek ocznych Nieregularny oddech, tętno, ciśnienie, temperatura Z wiekiem spada udział snu REM 100% czasu u 3-miesięcznego płodu, 50% u noworodków, 25% u dorosłych, 29

Neurotransmisja w REM Spadek transmisji 5-HT i NA Myśli uporczywe lub przerzutne? Zwiększenie transmisji cholinergicznej Neuronów części ACh konarowomostowej przejmuje i boczno-grzbietowej nakrywki mostu kontrolę! Podczas gdy w czuwaniu głównie jądro olbrzymiokomórkowe w moście 30

Marzenia senne w fazie REM Johannus Boots The dreaming 31

Marzenia senne w REM: modalności Brak zapachów i smaku Doznania słuchowe u 60% badanych Dotyk, równowaga, czucie głębokie, inne Latanie i spadanie Szybkie przemieszczanie się Niska aktywność obszarów ciemieniowych kory Dominują doznania wzrokowe 32

Marzenia senne w REM: PGO PGO: pontine-geniculate-occipital WzmoŜona czynność ośrodków wzroku mostowo- -kolankowo- -potyliczne MOST Neurony obszar PGO ACh WZGÓRZE: ciało kolankowate boczne KORA: ośrodki wzrokowe Ruchy gałek ocznych, nieregularny oddech etc 33

Poruszanie się w marzeniach sennych Rzadko ruchy manipulacyjne kończyn górnych Częściej chodzenie, przemieszczanie się Często uczucie bezwładności nóg Twór siatkowaty hamuje ośrodki ruchowe rdzenia kręgowego (atonia) 34

Aktywność kory podczas REM Kora oczodołowa [OFC] Kontrola emocji i myśli Irracjonalne sny pełne emocji V1 nieaktywna, bo mamy zamknięte oczy Przedni zakręt obręczy Awersja, unikanie Lęk, koszmary Tylny zakręt obręczy Włókna do kory asocjacyjnej skroniowej i ciemieniowej PozaprąŜkowa kora wzrokowa Przetwarzanie informacji wzrokowej Bogate doznania wzrokowe Amygdala i hipokamp Emocje gł. negatywne Koszmary senne Jądro siatkowate mostu Desynchronizacja EEG, PGO, ACh 35

Marzenia senne Jakie znaczenie mają nasze sny? Najprawdopodobniej Ŝadne Sigmund Freud 36

Marzenia senne wg biologów Wynik PRZYPADKOWYCH wyładowań w pniu mózgu Co 90min 0,5h aktywacja pnia (REM) Sygnały idą do przodomózgowia, pól kojarzeniowych Kora stara się nadać chaotycznym sygnałom sens powstaje treść marzeń sennych Teoria aktywacji i syntezy Allen Hobson & Robert McCarley 37

Po co nam sen? Podejście ekologiczne bezruch chroni przed drapieŝnikiem Podejście metaboliczne Anabolizm i konserwacja energii Termoregulacja pole przedwzrokowe Wzrost temperatury w POA wydłuŝa NREM Regulacja aktywności układu odpornościowego Brak snu daje objawy stresu 38

Po co nam REM? Nie wiadomo... Hipotezy: Ewolucyjnie: przygotowanie się do zagroŝeń dnia codziennego 60-70% snów to koszmary U noworodków tworzenie dróg między nerwami i mięśniami -> ruch gałek ocznych Zapobieganie przyklejaniu się powiek do gałek ocznych 39

Po co nam REM? Regeneracja Synteza neuroprzekaźników Np. NA w miejscu sinawym podczas REM Porządkowanie informacji, pamięć, emocje Teoria snów Cricka i Mithisona Teoria snów Winsona 40

Teoria snów Cricka i Mithisona Analogia do komputerów Zawieszenie się systemu przy nadmiarze informacji REM: przegląd i usuwanie zbędnych informacji Odwrotne uczenie się Kolczatka: duŝe płaty czołowe to magazyn zbędnych informacji ALE czasem zapamiętujemy sny 41

Kolczatka 42

Teoria snu Winsona Neurony miejsca w szczurzym hipokampie Aktywne podczas eksploracji Reaktywowane w fazie REM (fale theta) Theta sprzyja zmianom fizycznym w synapsie Powtórne przeŝycie zdarzenia => zapamiętanie Kolczatka: fale theta podczas rycia (na jawie) duŝe płaty czołowe konieczne, Ŝeby przechowywać waŝne informacje na stałe REM ewolucyjnie: płaty czołowe mogą przetwarzać, a nie tylko przechowywać ALE nie wykryto theta u naczelnych 43

Teorie snu Crick & Mithison: śnimy aby zapomnieć Winson: śnimy aby zapamiętać NREM odpoczynek dla ciała REM odpoczynek dla umysłu 44

Sen w diagnozie depresji Związek z niedoborem 5-HT? Zbyt długi REM 20-30 min zamiast 5-10 min Zbyt wczesny REM 20-65 min zamiast 90 min od zaśnięcia Fazy REM róŝniące się długością Zbyt intensywne ruchy gałek ocznych Sny o przeszłości, nie teraźniejszości Rosalind Cartright 45

Długość snu a osobowość Osoby śpiące długo są: Nerwowe, dokuczliwe, uzdolnione artystycznie, twórcze, niekonformistyczne Osoby śpiące krótko są: Energiczne i ekstrawertywne Zimbardo Psychologia i śycie 46

Dobranoc Dziękuję za uwagę Materiały do udostępnienia: www.biol.uw.edu.pl/sknn 47

Bibliografia Sadowski Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt 2003 Longstaff Neurobiologia 2006 http://thebrain.mcgill.ca Zimbardo Psychologia i śycie Ingram Płonący Dom 1994 Strelau Psychologia podręcznik akademicki t.1 2000 Markiewicz Gdy umysł śpi, Charaktery I 2008 Wikipedia 48