MMRSiC Dorota Badowska SKNN UW
Dorota Badowska
MISMaP UW : biotechnologia + psychologia
Studenckie Koło Naukowe Neurobiologii UW
MÓZGOWIOWE MECHANIZMY REGULACJI SNU I CZUWANIA
Sen jest stanem świadomości, którego doświadczamy każdej nocy. Od czuwania odróżnia go
m.in. deaferencja i deeferencja, co oznacza, że nasz umysł izoluje się od otoczenia i
informacje ani do niego nie dochodzą (nie wiemy, co dzieje się dookoła nas) ani nie
wychodzą (nie wykonujemy czynności, o których śnimy). Te właściwości snu wynikają ze
współpracy m.in. tworu siatkowatego (łac. formatio reticularis, RF), wzgórza (thalamus) i
kory mózgu.
Twór siatkowaty to podłużna struktura ciągnąca się w grzbietowej części pnia mózgu od
rdzenia przedłużonego aż po międzymózgowie. Poprzez swoje działanie wstępujące i
zstępujące reguluje pobudzenie (tonus) kory i mięśni. Ma też kluczowe znaczenie dla
regulacji snu i czuwania. W przypadku przecięcia tworu między górnymi i dolnymi
wzgórkami pokrywy śródmózgowia (preparat Bremera: izolowany mózg) odcięty jest dopływ
wszelkich bodz
ców do mózgu i preparowane zwierzę (zwykle kot) zapada w śpiączkę. W
drugim przypadku  izolowanym mózgowiu  cięcie na granicy rdzenia kręgowego i
przedłużonego nie powoduje deprywacji sensorycznej. Kot jest sparaliżowany, ale wykazuje
normalną aktywność mózgu i rytm dobowy. W preparacie pretrygemialnym cięcie
wykonywane jest tuż nad wejściem nerwu trójdzielnego do pnia, co powoduje odcięcie
impulsów ze środowiska podobnie jak w preparacie Bremera. Jednak zamiast zapaść w
śpiączkę kot pozostaje cały czas w stanie czuwania. Stąd wniosek, że powyżej przecięcia
znalazł się ośrodek czuwania, a hamujący go ośrodek snu poniżej w tylnej części mostu.
Ośrodkiem czuwania jest jądro siatkowate mostu przednie. Ponieważ jego aktywność
powoduje desynchronizację EEG w korze, można nazwać je w skrócie desynchronizatorem.
Rys.1 Desynchronizator
MMRSiC Dorota Badowska SKNN UW
Desynchronizacja EEG to jedna z cech charakterystycznych stanu czuwania. Odbierana w
elektroencefalogramie aktywność elektryczna kory daje obraz szybkiej nieregularnej fali
(szumu). Wynika to z nieskoordynowanej pracy neuronów. W przypadku fali wolnej typowej
dla snu NREM aktywność neuronów jest skoordynowana.
Jądro siatkowate mostu przednie desynchronizuje aktywność kory za pośrednictwem
wzgórza. Każdy impuls sensoryczny jest przenoszony drogą swoistą przez pień mózgu i
wzgórze do odpowiedniej kory czuciowej (np. somatosensorycznej), gdzie wywołuje tzw.
potencjał pierwotny. Równocześnie informacja dociera też kolateralami do tworu
siatkowatego, a następnie do wzgórza, które pobudza całą korę w sposób niespecyficzny
(wywołuje potencjał wtórny). Oznacza to, że dopływ bodz
ców ze środowiska rozbudza nas,
ponieważ niweluje hamujące działanie tylnych części mostu na desynchronizator. Wyjątkowo
silne pobudzenie wywołuje w tworze siatkowatym informacja czuciowa z twarzy docierająca
przez nerw trójdzielny. Tłumaczy to, dlaczego tak dobrze rozbudza nas polanie twarzy zimną
wodą.
Desynchronizator oddziałuje na wzgórze za pomocą acetylocholiny (ACh), co powoduje
lekką depolaryzację neuronów w jego części sensorycznej. Równocześnie ACh hamuje jądro
siatkowate wzgórza, które ma hamujący wpływ na część sensoryczną wzgórza. Depolaryzacja
w części sensorycznej oznacza większą wrażliwość na impuls. Wiąże się to z mechanizmem
uwagi  umożliwia nam łatwiejsze dostrzeganie bodz
ców i reagowanie.. Podczas czuwania w
lekko zdepolaryzowanych neuronach wzgórza nieregularnie pojawia się potencjał
czynnościowy. Taka nieskoordynowana impulsacja jest przekazywana do kory, gdzie
wywołuje desynchronizację EEG.
Rys.2 Powstawanie EEG
Rys.3 Ogólne pobudzenie kory
MMRSiC Dorota Badowska SKNN UW
Acetylocholina nie jest jedynym neurotransmiterem, który ma duże znaczenie dla regulacji
stanów snu i czuwania. Ważną rolę odgrywa też noradrenalina (NA) i serotonina (5-HT).
Wysoki poziom tych trzech mediatorów zapewnia utrzymanie stanu czuwania. Zmiany
aktywności układów serotoninergicznego, cholinergicznego i noradrenergicznego wiążą się z
zasypianiem i przechodzeniem do kolejnych faz snu.
Noradrenalina (NA) jest niezbędna dla procesów uwagi  zmniejsza amplitudę szumu EEG
przez co impulsy są lepiej  widoczne na jego tle. Projekcja noradrenergiczna ma swój
początek w miejscu sinawym (locus coeruleus) położonym w pniu mózgu. Miejsce sinawe
wykazuje dużą aktywność podczas czuwania, mniejszą w fazie snu NREM oraz brak
aktywności z fazie REM.
Serotonina (5-HT) kontroluje stan pobudzenia mózgu poprzez kontrolę wytwarzania ACh i
NA. Początek dróg serotoninergicznych znajduje się w przednich jądrach szwu (nuclei
raphes). Choć są aktywne podczas czuwania, ich lezja powoduje kilkudniową bezsenność.
Dzieje się tak ponieważ serotonina aktywuje pole przedwzrokowe (POA  area preoptica),
strukturę związaną z zegarem biologicznym. Po zniszczeniu jąder szwu POA nie jest
pobudzane i nie może wywołać senności.
Zasypianie jest procesem, który wiąże się m.in. z obniżeniem poziomu acetylocholiny. Most
nie pobudza już sensorycznej części wzgórza i nie hamuje jądra siatkowatego wzgórza, które
zaczyna generować oscylacje. Oscylacje są następnie przenoszone do środkowej,
sensorycznej części wzgórza, a następnie do kory, co odczytujemy jako synchronizację, czyli
falę wolną EEG.
Tuż po zaśnięciu znajdujemy się w stanie wolnofalowgo snu NREM. Te rodzaj snu ma 4 fazy,
każda kolejna charakteryzuje się coraz głębszym uśpieniem. W fazie IV (fala delta) pojawiają
się marzenia senne. Są mało emocjonalne i ze względu na niski poziom ACh szybko
zapominane.
Następnie pojawia się faza REM (sen paradoksalny), charakteryzująca się szybkimi ruchami
gałek ocznych a także desynchronizacją EEG. Mechanizm desynchronizacji jest podobny jak
w przypadku czuwania. Ponadto poziom noradrenaliny i serotoniny spada niemal do zera,
podczas gdy poziom ACh się podnosi. Jednak w fazie REM aktywne są inne jądra
cholinergiczne niż podczas czuwania.
Rys.4 Fazy snu  aminergic activity
MMRSiC Dorota Badowska SKNN UW
Marzenia senne REM charakteryzują się chaotycznością i nierealnością. Pojawiają się
doznania z różnych modalności: np. słuchowe i związane z narządem równowagi (uczucie
spadania i szybkiego przemieszczania się), ale dominują doznania wzrokowe. Wynika to z
pojawiania się w REM charakterystycznych dla tej fazy iglic PGO (pontine-geniculate-
occipital). Most generuje te przypadkowe wyładowania i przesyła cholinergicznie do ciała
kolankowatego bocznego, skąd są przenoszone do płata potylicznego. Tam wyładowania są
interpretowane jako doznania wzrokowe. Obszar generujący PGO indukuje również ruchy
gałek ocznych i inne reakcje wegetatywne REM np. nieregularny oddech.
Ciekawym zjawiskiem jest atonia podczas snu, czyli zablokowanie czynności ruchowych.
Aktywność neuronów cholinergicznych części grzbietowo-bocznej mostu powoduje
pobudzenie jądra okołosinawego, które z kolei drogami zstępującymi pobudza interneurony w
rdzeniu kręgowym. Aktywowane interneurony hamują za pomocą glicyny motoneurony alfa,
dzięki czemu podczas snu nie wykonujemy ruchów, a napięcie mięśniowe się obniża (stan ten
nazywamy atonią). Najprawdopodobniej pojawiające się u wielu osób podczas snu uczucie
bezwładności nóg jest skutkiem ubocznym właśnie tego hamującego działania tworu
siatkowatego na motoneurony.
Rys.5 Sagital Rat - mediatory z mostu
Sny REM są pełne emocji, zwykle negatywnych, co jest skutkiem silnego pobudzenia
amygdali, hipokampa, zakrętu obręczy i obniżoną aktywnością kory oczodołowo-czołowej,
która w normalnych warunkach czuwania umożliwia nam trzymanie aktywności układu
limbicznego w ryzach i kontrolę naszych zachowań.. Redukcja pobudzenia kory czołowej
wiąże się równocześnie z wysoce nierealistyczną i często nielogiczną treścią marzeń sennych
REM. Bogactwo wrażeń wizualnych wynika z powstawaniem wspomnianych wyżej iglic
PGO.
Co warto podkreślić, iglice PGO generowane w moście są czysto przypadkowymi
wyładowaniami, a treść marzeń sennych jest jedynie interpretacją tych pobudzeń, którą starają
się  na siłę dopasować nasze korowe pola kojarzeniowe. Zgodnie z tą teorią znaczenie
MMRSiC Dorota Badowska SKNN UW
naszych snów jest znikome, dlatego ryzykowne byłoby wyciąganie wniosków i stawianie
diagnoz na ich podstawie.
Jaka jest funkcja biologiczna snu? Jest wiele teorii na ten temat np. że sen służy konserwacji
energii, wzmożonemu anabolizmowi, jest niezbędny do regulacji temperatury ciała (wzrost
temperatury w POA wywołuje senność) i aktywności układu odpornościowego (interleukina-
1 jest czynnikiem snu  to ona wywołuje senność podczas stanu zapalnego).
Jeszcze bardziej tajemnicza wydaje się biologiczna funkcja fazy snu REM. Niektóre teorie
mówią o znaczeniu ruchów gałek ocznych dla rozwoju mięśni oczu u noworodków lub o
zapobieganiu przyklejania się gałek ocznych do powiek :& Inna teoria mówi o tym, że częste
koszmary senne (nawet 70% snów) mają przygotować nas do stawiania czoła zagrożeniom,
które możemy napotkać za dnia. Przypuszcza się też, że faza REM jest formą odpoczynku dla
umysłu (gdy NREM daje odpocząć naszemu ciału). Wyczerpane podczas czuwania zapasy
neurotransmiterów są resyntetyzowane np. noradrenalina w nieaktywnym podczas REM
miejscu sinawym
W nocy po intensywnym wysiłku umysłowym faza REM wydłuża się. Możliwe, że
przebiegają wtedy procesy ważne dla zapamiętywania. Mithison i Crick (współtwórca modelu
podwójnej helisy DNA) uważają, że podczas REM umysł, podobnie jak komputer,  przegląda
usuwane pliki , czego efektem są marzenia senne. Dzięki temu uniknęlibyśmy nadmiaru
danych i chaosu informacyjnego. Odmienne wytłumaczenie proponuje Winson, według
którego REM służy zapamiętywaniu rzeczy najważniejszych, poprzez utrwalanie połączeń
synaptycznych, które wytworzyły się za dnia. Przykładem jest aktywność  neuronów
miejsca u szczura. Neurony te są aktywne, kiedy szczur eksploruje teren. Podczas snu REM
w tych samych neuronach pojawia się fala theta. Możliwe, że szczur śni o zbadanym za dnia
teren i utrwala sobie jego mapę.
Istnieją pojedyncze przypadki ludzi, u których sen paradoksalny nie pojawia się w ogóle, nie
zaburzając w żadne sposób funkcji życiowych. Możliwe zatem, że nie ma on żadnego
znaczenia biologicznego.
Choć nie znamy funkcji fazy REM, możemy wykorzystać ją praktycznie np. do diagnozy
depresji. U osób dotkniętych tą chorobą występują zaburzenia regularności i długości REM.
Wykazano również istotną statystycznie korelację między długością snu i charakterem.
Statystycznie osoby śpiące długo są nerwowe i dokuczliwe, niekonformistyczne i twórcze.
Osoby śpiące krótko częściej cechuje ekstrawertywność i energia. Może w takim razie nie
powinniśmy narzekać rankiem na niewyspanie, ponieważ może ma ono swoje dobre strony :&
BIBLIOGRAFIA
" Sadowski  Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt 2003
" Longstaff  Neurobiologia 2006
" http://thebrain.mcgill.ca - stąd są też ilustracje
" Zimbardo  Psychologia i Życie
" Ingram  Płonący Dom 1994
" Strelau  Psychologia  podręcznik akademicki t.1 2000
" Markiewicz  Gdy umysł śpi , Charaktery I 2008
" Wikipedia