Νευροβιολογία του ύπνου 1.Μορφές και Στάδια του ύπνου 2.Νευρικοί οδοί που ελέγχουν την εναλλαγή ύπνου- εγρήγορσης 3.Ρόλος του κιρκάδιου ρυθμού 4.Ρόλος.

Παρουσίαση με θέμα: "Νευροβιολογία του ύπνου 1.Μορφές και Στάδια του ύπνου 2.Νευρικοί οδοί που ελέγχουν την εναλλαγή ύπνου- εγρήγορσης 3.Ρόλος του κιρκάδιου ρυθμού 4.Ρόλος."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Νευροβιολογία του ύπνου 1.Μορφές και Στάδια του ύπνου 2.Νευρικοί οδοί που ελέγχουν την εναλλαγή ύπνου- εγρήγορσης 3.Ρόλος του κιρκάδιου ρυθμού 4.Ρόλος του ύπνου 5.Ασθένειες ύπνου

2 Ο ύπνος είναι μια κύρια, κυκλική, φυσιολογική κατάσταση που ορίζεται από σημαντική μείωση της συνείδησης, μείωση στην κίνηση των μυών και μια γενική επιβράδυνση του μεταβολισμού. Το 1/3 της ζωής μας κοιμόμαστε. Ο ύπνος είναι μια ενεργή διαδικασία Κανένα όργανο ή λειτουργικό σύστημα δεν “σβήνει” Μικρή μείωση του μεταβολικού ρυθμού Αρκετές περιοχές του εγκεφάλου είναι δραστήριες όπως στην κατάσταση εγρήγορσης Ονειρευόμαστε τουλάχιστον δύο ώρες κάθε νύχτα Συγκεκριμένες ορμόνες παράγονται και εκκρίνονται κατά τη διάρκεια του κύκλου ύπνου/εγρήγορσης Κορτιζόλη (την ημέρα) Μελατονίνη (τη νύχτα)

3 Ο ύπνος στα θηλαστικά έχει δύο μορφές οι οποίες εναλλάσσονται σε 4-5 κύκλους, ο καθένας από τους οποίους διαρκεί 70-90 min. Rapid eye movement (REM) (25%): έντονη εγκεφαλική δραστηριότητα Νon-REM (NREM) (75%): Στάδιο 1, 2, 3 και 4 Ο πρώτος κύκλος REM διαρκεί λίγο. Η διάρκεια του ύπνου REM αυξάνεται στους επόμενους κύκλους

4 Οι δύο φάσεις διακρίνονται με τη βοήθεια της Polysomnography (PSG), που είναι ο συνδυασμός: Βασικών φυσιολογικών μεταβλητών: Electroencephalogram (EEG) Electrooculogram (EOG) Electromyogram (EMG) Επιπλέον μεταβλητών: Αναπνευστική λειτουργία Κορεσμός του Ο 2 του αίματος Καρδιακός ρυθμός Κίνηση των άκρων

5 Alpha 8-13 Hz Beta > 13 Hz Theta 4-7 Hz Delta < 4 Hz Συχνότητα Πλάτος-Δυναμικό < 5  V 5-15  V 10-50  V > 50  V Electroencephalogram (EEG)  Η ηλεκτρική δραστηριότητα του ΗΕΓ είναι μια ασθενής καταγραφή του εξωκυττάριου ρεύματος που προκύπτει από το άθροισμα της δραστηριότητας πολλών πυραμιδικών νευρώνων του φλοιού.  Ο τύπος, η θέση και ο συγχρονισμός αυτών των δυναμικών αντανακλάται από το διαφορετικό πλάτος, σχήμα και συχνότητα των κυμάτων που καταγράφονται.

6 Alpha 8-13 Hz Beta > 13 Hz Theta 4-7 Hz Delta < 4 Hz Delta waves occur during stage 3 - 4 sleep and are the slowest waves with the highest amplitude. Delta sleep is the deepest sleep.

7 ΣΤΑΔΙΟ 1 Ελαφρύς ύπνος. Εύκολο ξύπνημα. Αργές κινήσεις των ματιών. Μπορεί να εμφανισθεί μια αίσθηση της πτώσης που ακολουθείται από ξαφνικές μυϊκές συσπάσεις. ΣΤΑΔΙΟ 2 Οι κινήσεις των ματιών σταματούν. Τα εγκεφαλικά κύματα είναι πιο αργά, με περιστασιακές εκρήξεις ταχέων κυμάτων. Ο ρυθμός της καρδιάς μειώνεται και η θερμοκρασία πέφτει. ΣΤΑΔΙΟ 3 Εξαιρετικά αργά κύματα δέλτα. Βαθύς ύπνος. Καμία κίνηση ματιών ή μυών. Μειώνεται η μυϊκή δραστηριότητα, παρότι οι μύες διατηρούν την ικανότητα λειτουργίας τους. ΣΤΑΔΙΟ 3 Βαθύς ύπνος. Εάν ξυπνήσεις μετά από αυτό το στάδιο, αισθάνεσαι σαν ι μεθυσμένος ή αποπροσανατολι σμένος για αρκετά λεπτά. Ενούρηση, εφιάλ- τες, υπνοβασία. Ύπνος REM: παράδοξος ύπνος Β-κύματα ακανόνιστα, χαμηλής τάσης και γρήγορα. Αυξημένος και ακατάστατος ρυθμός αναπνοής και αρτηριακή πίεση. Παράλυση. Ζωηρά όνειρα. Σημάδια σεξουαλικής διέγερσης. Εγρήγορση

8 Electromyogram (EMG) Awake NREM Sleep REM Sleep

9 Νευρικοί οδοί που ελέγχουν την εναλλαγή ύπνου-εγρήγορσης Η εγρήγορση προωθείται από την ενεργοποίηση του δικτυωτού σχηματισμού και, πιο συγκεκριμένα του ανοδικού δικτυωτού συστήματος ενεργοποίησης (ΑRAS, ascending reticular activating system) 1.Μία διακλάδωση του RAS που ξεκινά από την καλύπτρα προβάλει προς τους πυρήνες του θαλάμου, οι οποίοι στη συνέχεια ενεργοποιούν τον φλοιό. 2.Μια δεύτερη διακλάδωση του RAS που ξεκινά από τη ραφή, τα μαστία και τον υπομέλανα τόπο προβάλει προς τον υποθάλαμο και τελικά στον φλοιό. ACh 5-HT Hist GABA Gal LDT: laterodorsal tegmental nuclei (καλύπτρα) PPT: pedunculopontine tegmental nuclei (καλύπτρα) TMN: tuberomammillary nucleus (μαστία) LC: locus coeruleus (υπομέλας τόπος) VLPO: ventrolateral preoptic nucleus (προοπτικός πυρήνας) Ο ύπνος ελέγχεται από τον προοπτικό πυρήνα του υποθαλάμου (VLPO), ο οποίος απελευθερώνει ανασταλτικούς νευροδιαβιβαστές GABA και γαλανίνη. Ενεργοί κατά την εγρήγορση και το REM Ενεργοί κατά την εγρήγορση, μειωμένη δραστηριότητα κατά το nREM, καταστέλλονται κατά το REM NA

10 Ο ύπνος ελέγχεται από τον προοπτικό πυρήνα του υποθαλάμου (VLPO), ο οποίος απελευθερώνει ανασταλτικούς νευροδιαβιβαστές GABA και γαλανίνη. Κατά τη διάρκεια του ύπνου ενεργοποιούνται οι νευρώνες που ξεκινούν από τον VLPO και καταλήγουν στο RAS. Απελευθερώνοντας GABA και γαλανίνη αναστέλλουν τους νευρώνες του ΑRAS (ΤΜΝ, Ραφή, LC, LDT/PPT). Ωστόσο, η μείωση της δραστηριότητας τους ARAS δεν είναι αρκετή για την πρόκληση ύπνου. Μάλλον, ο ύπνος επάγεται ενεργά από τη διέγερση σε ορισμένες περιοχές του υποθαλάμου. Έτσι, υπάρχουν δύο συστατικά έναρξης ύπνου: ένα παθητικό και ένα ενεργητικό. Με τη σειρά τους, προσαγωγοί νευρώνες από το RAS προβάλλουν στον VLPO και τον αναστέλλουν κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης. Ύπνος GABA Gal ACh NA 5-HT Hist

11

12 Ο υπομέλας τόπος (locus coeruleus) περιέχει νευρώνες ΝΑ που προβάλλουν προς τον πρόσθιο εγκέφαλο (ενεργοποιώντας την εγρήγορση) και προς τους κινητήριους νευρώνες του νωτιαίου μυελού (ενεργοποιώντας τον μυϊκό τόνο). Οι ΝΕ νευρώνες του Locus coeruleus αναστέλλονται κατά τη διάρκεια του REM. Την παράλυση προκαλούν γλουταμινεργικοί νευρώνες της ανασταλτικής περιοχής της γέφυρας (pontine inhibitory region), οι οποίοι είναι επιλεκτικά ενεργοί κατά τη διάρκεια του REM. Οι νευρώνες αυτοί: 1/ ενεργοποιούν GABAεργικούς ενδονευρώνες που αναστέλλουν τον υπομέλα τόπο και 2/ ενεργοποιούν ενδονευρώνες GABA/γλυκίνης της medullary inhibitory region, οι οποίοι μπλοκάρουν τους κινητήριους νευρώνες. Ο locus coeruleus και η ρύθμιση του μυϊκού τόνου

13 Δραστηριότητα των Νοραδρενεργικών νευρώνων του Locus Ceruleus

14 Πρόσθιος Υποθάλαμος VLPO: GABA, γαλανίνη Ύπνος Οπίσθιος Υποθάλαμος PLH: ορεξίνη Εγρήγορση

15 Οι πυρήνες του RAS δέχονται διεγερτική νεύρωση από τον οπισθιοπλάγιο υποθάλαμο (posterior lateral hypothalamus, PLH), ο οποίος προβάλλει νευρώνες ορεξίνης που είναι κρίσιμοι για τη διατήρηση της φυσιολογικής εγρήγορσης. Οι νευρώνες της ορεξίνης σταθεροποιούν την κατάσταση εγρήγορσης -αυξάνοντας τη δραστηριότητα των αμινεργικών νευρώνων διατηρώντας έντονη την αναστολή των νευρώνων VLPO που επάγουν τον ύπνο και -Αυξάνοντας τη δραστηριότητα των REM-promoting ACh neurons της καλύπτρας (PPT–LDT). -Αυξάνοντας τη δραστηριότητα του εγκεφαλικού φλοιού (cerebral cortex, CTX). BF, basal forebrain cholinergic nuclei Blue circles indicate cholinergic neurons of the BF, LDT and PPT; green circles indicate monoaminergic nuclei. PLH ACh NA 5-HT Hist

16 Ο οπισθιοπλάγιος υποθάλαμος (posterior lateral hypothalamus, PLH), ο οποίος προβάλλει νευρώνες ορεξίνης που είναι κρίσιμοι για τη διατήρηση της φυσιολογικής εγρήγορσης. Στις περιοχές τις οποίες προβάλλει ο PLH διακρίνονται οι διαφορετικοί τύποι υποδοχέων ορεξίνης (OX 1 R, OX 2 -R)

17 Μια αρνητική ανατροφοδότηση ανάμεσα στο σύστημα RAS και VLPO αναπαρίσταται με μοντέλο-διακόπτη ‘flip- flop’ το οποίο δημιουργεί μια σταθερή δυναμική κατάσταση. Ημέρα Νύχτα VLPO GABA Γαλανίνη LHA: Ορεξίνη Νύχτα: ύπνος

18 Μια αρνητική ανατροφοδότηση ανάμεσα στο σύστημα RAS και VLPO αναπαρίσταται με μοντέλο-διακόπτη ‘flip- flop’ το οποίο δημιουργεί μια σταθερή δυναμική κατάσταση. Ημέρα Νύχτα VLPO GABA Γαλανίνη LHA: Ορεξίνη ACh NA 5-HT Ημέρα: εγρήγορση

19 Amines (locus coeruleus, dorsal raphe, tuberomammillary nucleus) Acetylcholine (LDT/PPT, basal forebr.) Orexin/Hypocretin GABA (ventrolateral preoptic nucleus) Wake Non-REM REM          O O O O O Activity of state-regulatory nuclei

20 Ο ρυθμός του ύπνου ελέγχεται από δύο διαφορετικούς ρυθμιστικούς μηχανισμούς: τον ‘C’ circadian system, επιφορτισμένο με την επαγωγή του ύπνου – εγρήγορσης τον ‘S’ sleep debt, έναν ομοιοστατικό μηχανισμό, ο οποίος ενεργοποιείται στην περίπτωση στέρησης ύπνου, όταν ένας αριθμός ωρών ύπνου ανάκτησης πρέπει να επακολουθήσει ανάλογος με την απώλεια του ύπνου. Μία ουσία που δρα ως υπνωτικό στην ομοιοστατική ρύθμιση είναι η αδενοσίνη, η οποία συσσωρεύεται όταν τα επίπεδα του ΑΤΡ μειώνονται αισθητά και το ΑΤΡ καταβολίζεται. Και οι δύο μηχανισμοί ‘S’ and ‘C’ αλληλεπιδρούν με τον υπερχιασματικό πυρήνα SCN, που βρίσκεται στον πλάγιο υποθάλαμο και λειτουργεί ως ‘master clock’ του εγκεφάλου.

21 O SCNs του υποθαλάμου είναι ένας μικροσκοπικός πυρήνας που αποτελείται από 10.000 - 20.000 νευρώνες και βρίσκεται κάτω από το οπτικό χίασμα εκατέρωθεν της 3 ης κοιλίας.

22

23 Ενδογενώς φωτο- ευαίσθητα γαγγλιακά κύτταρα τα οποία περιέχουν μελανοψίνη Αποτελούν το 1% των γαγγλιακών κυττάρων. Ο λειτουργικός τους ρόλος τους δεν είναι ο σχηματισμός μιας εικόνας, αλλά παρέχουν μια σταθερή αναπαράσταση της έντασης του φωτός του περιβάλλοντος. Παίζουν σημαντικό ρόλο στο συγχρονισμό του κιρκάδιου ρυθμού, στον 24-ωρο κύκλο φωτός / σκότους, παρέχοντας κυρίως πληροφορίες για το μήκος της ημέρας και μήκος της νύχτας. Στέλνουν τις πληροφορία ύπαρξης φωτός μέσω της αμφιβληστροειδούς-υποθαλαμικής δεσμίδας (RHT) απευθείας στον κιρκαδικό βηματοδότη του εγκεφάλου, τον SCN. O φωτοϋποδοχέας μελανοψίνη, διεγείρεται από το μπλε τμήμα του ορατού φάσματος του φωτός (μέγιστη απορρόφηση ~480 nm). Εκτός από την απευθείας ανταπόκριση στο φως, τα κύτταρα αυτά μπορούν να λαμβάνουν διεγερτικά και ανασταλτικά σήματα από ραβδία και κωνία.

24 Μolecular interaction with immediate downstream signaling proteins, subsequent signaling intermediates and effector channels are determined by the amino acid sequence of an opsin. Melanopsin shares more sequence similarity with invertebrate rhodopsins than with vertebrate rhodopsins. Several features of ipRGC photosensitivity are also characteristic of invertebrate photoreceptors. Specifically, ipRGCs depolarize upon light activation; photoactivation causes a transient increase in cytosolic Ca 2+ levels and the photocurrent generated by ipRGCs exhibits a voltage– current relationship that resembles that of the transient receptor potential (TRP) class of inward-rectifying cation channels.

25 Η κιρκάδια ρύθμιση περιλαμβάνει τρία στάδια που ξεκινούν από τον SCN, ο οποίος προβάλει στη γειτονική subparaventricular zone. 1. Ο SCN ενεργοποιεί τον PVN (παρακοιλιακό πυρήνα), ο οποίος στη συνέχεια μεταδίδει την πληροφορία στον dorsomedial nucleus DMN (μεσοραχιαίο πυρήνα) του υποθαλάμου. Ο DMΝ μπλοκάρει μέσω GABAεργικών νευρώνων τον VLPO (την ημέρα ο VLPO είναι μπλοκαρισμένος) και ενεργοποιεί τον PLH, ο οποίος προβάλλει νευρώνες ορεξίνης στους πυρήνες του RAS (LC, TMN, ραφή, καλύπτρα). - αμφιβληστρο- υποθαλαμική δεσμίδα Glu PACAP + VLPO PLH φως

26 Η κιρκάδια ρύθμιση περιλαμβάνει τρία στάδια που ξεκινούν από τον SCN, ο οποίος προβάλει στη γειτονική subparaventricular zone. 1. Ο SCN ενεργοποιεί τον PVN (παρακοιλιακό πυρήνα), ο οποίος στη συνέχεια μεταδίδει την πληροφορία στον dorsomedial nucleus DMN (μεσοραχιαίο πυρήνα) του υποθαλάμου. 2. Ο SCN αναστέλλει τον PVN (παρακοιλιακό πυρήνα), ο οποίος σταματά να ενεργοποιεί την έκκριση μελατονίνης από την επίφυση. - αμφιβληστρο- υποθαλαμική δεσμίδα Glu PACAP VLPO φως

27 1. Ο SCN ενεργοποιεί τον PVN (παρακοιλιακό πυρήνα), ο οποίος στη συνέχεια μεταδίδει την πληροφορία στον dorsomedial nucleus DMN (μεσοραχιαίο πυρήνα) του υποθαλάμου. 2. Ο SCN αναστέλλει τον PVN (παρακοιλιακό πυρήνα), ο οποίος σταματά να ενεργοποιεί την έκκριση μελατονίνης από την επίφυση. - VLPO GABA

28 Η περιοδικότητα του ύπνου ακολουθεί ένα κιρκαδικό ρυθμό που ρυθμίζεται από εξωτερικά ερεθίσματα. Ωστόσο, το «εσωτερικό ρολόι» του σώματος εξακολουθεί να λειτουργεί ακόμα και όταν ορισμένα «zeitgebers» (στα γερμανικά χρονόμετρο) απομακρύνονται και ο άνθρωπος δεν αποκωδικοποιεί καμία πληροφορία που δείχνει την ώρα της ημέρας. Σε αυτήν την περίπτωση ο ημερήσιος κύκλος των 24 ωρών επιμηκύνεται σε περίπου 26. Μεταβολές στα επίπεδα του φωτός ανιχνεύονται από ειδικά γαγγλιακά κύτταρα, τα οποία προβάλλουν στον SCN μέσω της αμφιβληστρο-υποθαλαμικής δεσμίδας (retino- hypothalamic tract). Ο SCN, κάτω από φυσιολογικές συνθήκες βρίσκεται κάτω από την επίδραση του κύκλου ημέρας-νύχτας. Κατά τη διάρκεια της ημέρας συγχρονίζεται με τα φωτεινά σήματα του αμφιβληστροειδή, και συγκεκριμένα από τα ενδογενώς φωτο-ευαίσθητα γαγγλιακά κύτταρα τα οποία περιέχουν μελανοψίνη. Κατά τη διάρκεια της νύχτας συγχρονίζεται από την έκκριση της μελατονίνης.

29 Oxytocin, vasopressin SCN CRH Πρόσθια υπόφυση + + Επίφυση - Dorsomedial nucleus Επινεφρίδια Κορτιζόλη Μελατονίνη ACTH ΝΕ ορεξίνη

30 Οι νευρώνες του SCN στέλνουν δδ με έναν 24ώρο ρυθμό. Στο μέσο της ημέρας ο ρυθμός πυροδότησης είναι στο maximum, και κατά τη διάρκεια της νύχτας μειώνεται. Ο SCN συνδέεται με φωτοευαίσθητα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή, τα οποία τον διεγείρουν και του επιτρέπουν να συντονίσει τον κιρκάδιο ρυθμό. Ο SCN αναστέλλει τον PVN, ο οποίος διεγείρει τη νυχτερινή έκκριση της ορμόνης μελατονίνης από την επίφυση (pineal gland). Με την έκκριση της μελατονίνης ξεκινά μια σειρά φυσιολογικών γεγονότων που επάγει τον ύπνο. Η μελατονίνη συνδέεται στους υποδοχείς μελατονίνης MT2 του SCN και ελαττώνει τον ρυθμό πυροδότησης των νευρώνων του. Η μελατονίνη και οι αγωνιστές του υποδοχέα ΜΤ2 επηρεάζουν και άλλα φυσιολογικά συστήματα που προάγουν τον ύπνο, όπως η μείωση της θερμοκρασίας του σώματος και η αύξηση της περιφερικής απώλειας θερμότητας. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα (μικρή διάρκεια ημερας) η διάρκεια της έκκρισης της μελατονίνης αυξάνεται, ενώ μειώνεται το καλοκαίρι. Η έκκριση της μελατονίνης ρυθμίζεται από τον SCN, μέσω του PVN, ο οποίος ενεργοποιεί το συμπαθητικό σύστημα: ΙΜC (intermediolateral cell column) SCG (Superior cervical ganglion) Pineal gland (επίφυση)

31

32 Το PACAP (pituitary adenyl cyclase- activating peptide) και το cAMP ρυθμίζουν άμεσα τον SCN τη διάρκεια της ημέρας, και δεν έχουν καμία δράση τη νύχτα. Το γλουταμινικό όταν απελευθερώνεται νωρίς τη νύχτα (ως απόκριση στο νυχτερινό φως) ενεργοποιεί τους υποδοχείς NMDA του SCN και αυξάνει το Ca 2+, όταν απελευθερώνεται αργά τη νύχτα δρα μέσω του μονοπατιού cGMP.

33 κωνάριο-επίφυση μελατονίνης Η επίφυση νευρώνεται από το Συμπαθητικό ΝΣ (ΝE) και ως απάντηση ενεργοποιούνται οι β1 υποδοχείς, αυξάνεται το cAMP, ενεργοποιείται η ΝΑΤ (Ν-ακετυλο- τρανσφεράση) που καταλύει τον σχηματισμό μελατονίνης (κυρίως το βράδυ). NE

34 ACh GABA Oxytocin vasopressin

35 - ACh Oxytocin vasopressin

36 Ρόλος της μελατονίνης Because pineal melatonin production occurs during the dark phase and is acutely suppressed by light, and, further, because melatonin is quickly cleared from the circulation following the cessation of its production, the time and duration of the melatonin peak reflect the environmental night period.

37

38 Η μέγιστη συγκέντρωση της κορτιζόλης είναι στις 9.00 το πρωί. Καθώς η μέρα συνεχίζεται τα επίπεδά της μειώνονται σταδιακά. Με την έναρξη του ύπνου, η κορτιζόλη συνεχίζει να μειώνεται μέχρι να μηδενιστεί (στις 12.00 τα μεσάνυχτα). Η κορτιζόλη συνδέεται στους mineralocorticoid receptors (MRs) και στους glucocorticoid receptors (GRs) προκαλώντας διέγερση ή αναστολή του PVN. Χαμηλά επίπεδα κορτιζόλης το απόγευμα και τη νύχτα συνδέονται με ΜR. Όταν τα επίπεδα είναι μεγάλα ενεργοποιούνται οι GRs. Σε κατάσταση stress η ενεργοποίηση των GRs οδηγεί στην απελευθέρωση CRH. Η CRH αυξάνει τη συχνότητα των EEG, ελαττώνει τον short-wave sleep, και αυξάνει τον ελαφρύ ύπνο. Cortisol levels start to rise approximately 2-3 hours after sleep onset and continue to rise into the early morning and early waking hours.

39 The HPA Axis O paraventricular nucleus (PVN) από τους parvocellular νευρώνες απελευθερώνει corticotropin-releasing hormone (CRH), η οποία δρα στην πρόσθια υπόφυση, η οποία απελευθερώνει adrenocorticotropic hormone (ACTH) στο αίμα. CRH ACTH

40 Η ACTH δρα στον φλοιό των επινεφριδίων (adrenal cortex), ο οποίος παράγει και απελευθερώνει κορτιζόλη στο αίμα διατηρώντας την ομοιόσταση του οργανισμού.

41 H CRH επίσης ενεργοποιεί τον locus ceruleus (LC) που απελευθερώνει NE. Τα αυξημένα επίπεδα NE και CRH εμπλέκονται στις διαταραχές του ύπνου, κυρίως της αϋπνίας. Η κορτιζόλη μέσω ενός μηχανισμού feedback αναστέλλει τον PVN και την πρόσθια υπόφυση εμποδίζοντας την απελευθέρωση CRH και ACTH. Πολλές περιοχές του εγκεφάλου και ο LC, είναι πλούσιες σε υποδοχείς κορτιζόλης, αποδεικνύοντας ένα αρνητικό feedback μέσω της cortisol- HPA axis.

42 Ύπνος/HPA Axis και ο ρυθμό της κορτιζόλης Ο ύπνος αρχίζει όταν η δραστηριότητα της HPA axis είναι χαμηλή. Ξύπνημα τη νύχτα συνδέεται με παλμική απελευθέρωση κορτιζόλης, NE και CRH, η οποία ακολουθείται από παροδική αναστολή της έκκρισης. Η κορτιζόλη αρχίζει να έχει μια ταχεία άνοδο κατά το πρώτο πρωινό ξύπνημα και συνεχίζει να αυξάνεται για περίπου 60 λεπτά. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται awakening response. Κατάθλιψη και άλλες διαταραχές που σχετίζονται με το stress συνδέονται επίσης με διαταραχές ύπνου, αυξημένη κορτιζόλη, μεταβολή στα επίπεδα ΝΕ, και δυσλειτουργία του άξονα ΗΡΑ. Είναι ενδιαφέρον ότι, η χρόνια αϋπνία χωρίς κατάθλιψη εμφανίζεται με αυξημένα επίπεδα κορτιζόλης, ιδίως το βράδυ και το πρώτο μέρος του νυχτερινού ύπνου. Αυτή η αύξηση της κορτιζόλης μπορεί να είναι μια κύρια αιτία της διαταραχής του ύπνου.

43 Ο ρυθμός που δημιουργείται από τον SCN συγχρονίζεται από εξωτερικά ερεθίσματα – χρονοδιακόπτες “zeitgebers.” Ο κύριος zeitgeber είναι ο κύκλος μέρα-νύχτα γι’ αυτό και ο ρυθμός είναι κιρκαδικός 24ωρος. Άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες που δουν ως zeitgeber στον SCN είναι: -Η κοινωνική δραστηριότητα -Τα ωράρια εργασίας Καθώς επηρεάζουν τον χρόνο πρόσληψης τροφής, τη φυσική άσκηση, την έκθεση στο φως και τον ύπνο. Απουσία εξωτερικών zeitgebers, τα άτομα εκφράζουν μια ενδογενή περίοδο κιρκάδιου ρυθμού. Αυτή η περίοδος είναι διαφορετική από τον 24ωρο κύκλο και ονομάζεται free-running period και διαρκεί περισσότερο από 24 ώρες. Συνθήκες χωρίς zeitgebers είναι πχ. μόνιμο σκοτάδι ή μόνιμο φως, σε αντίθεση με την εναλλαγή φως/σκοτάδι, και επίσης η περίπτωση των τυφλών ατόμων. The circadian timing system has three distinct components: a pacemaker (SCN), afferent pathways for light and other stimuli that synchronize the pacemaker to the environment, and efferent output rhythms that are regulated by the SCN.

44 Many neural feeding centers in the brain receive imputs from SCN, but also exhibit local capacity for clock function (robust semiautonomous circadian oscillators are shown in yellow, weak oscillators in purple). This neural clock network sculpts major output systems from the brain, including autonomic projections and neuroendocrine-driven hormone release, to drive rhythms in feeding. It also synchronises peripheral clocks across the body to feeding and modulates the sensitivity of organs to nutrient or hormonal signals. Neuronal and hormonal messages from the peripheral organ systems feed back to the brain and can act as entraining cues for neural clocks. Corticosterone is a major entraining signal for both central and peripheral clocks.

45 Noticed bees returning to the breakfast table at the same time of day to get jam Hey Fred, where’s the jam? Τhe bees returned at the same time of the day even when the food was not present Psychiatrist August Forel (1910)

46 Why Sleep? Why REM? Why Dreams? Η έρευνα είναι ασαφής όσον αφορά τον ακριβή ρόλο του ύπνου REM. Κατά τη διάρκεια του REM: Ο εγκέφαλος μπορεί απορρίπτει τις άχρηστες νευρικές συνδέσεις H μάθηση των κινητικών δεξιοτήτων παγιώνεται. Ο Maurice (1998) πρότεινε ότι η λειτουργία του REM είναι απλά να «ταρακουνήσει» τα μάτια μπρος-πίσω για να παρέχει αρκετό οξυγόνο στον κερατοειδή χιτώνα.

47 Πρόσφατα, παρατηρήθηκε σε αρουραίους ότι τα επίπεδα ATP σε πολλές περιοχές του εγκεφάλου (frontal cortex, basal forebrain, cingulate cortex, and hippocampus) είναι σταθερά κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης, αλλά εμφανίζουν μια απότομη αύξηση κατά την έναρξη του ύπνου (Dworak et al., 2010). Ο ρόλος του ΑΤΡ στον ύπνο Η μεταβολή αυτή των επιπέδων ATP είναι άμεσα συνδεδεμένη με τα στάδια 3-4 του NREM sleep (Dworak et al., 2010).

48 Ο ρόλος της αδενοσίνης στον ύπνο Έγχυση αδενοσίνης και αναστολέων της επαναπρόσληψης της αδενοσίνης στον πρόσθιο εγκέφαλο αυξάνει τη διάρκεια του ύπνου σε γάτες και αρουραίους. Επιπλέον, τα δέλτα κύματα στα στάδια 3-4 του ύπνου NREM εμφανίζουν μια ισχυρή θετική συσχέτιση με αυξήση στα επίπεδα αδενοσίνης στον βασικό πρόσθιο εγκέφαλο και μετωπιαίο φλοιό κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάκαμψης μετά από στέρηση ύπνου. Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η αδενοσίνη είναι μια ουσία που προάγει τον ύπνο. Μια αύξηση των επιπέδων αδενοσίνης αντανακλά μια αυξημένη διάσπαση του κυτταρικής ΑΤΡ. Όταν το ΑΤΡ διασπάται στο κύτταρο, η περίσσεια αδενοσίνης μεταφέρεται στον εξωκυτταρικό χώρο από τους μεταφορείς αδενοσίνης.

49

50 Κατά τη διάρκεια του non- REM sleep, πολλές λειτουργίες αποκατάστασης μπορούν να συμβούν: Μείωση της φυσιολογικής δραστηριότητας. Ο καρδιακός και ο αναπνευστικός ρυθμός επιβραδύνονται, καθώς επίσης μειώνεται και η πίεση του αίματος. Ο SWS συνδέεται με ορισμένους τύπους μάθησης. Κατά τη διάρκεια του REM sleep, αναμνήσεις και σκέψεις από την ημέρα που υποβάλλονται σε επεξεργασία. Ο REM παίζει ρόλο στην παγίωση της μνήμης, τη σύνθεση και την οργάνωση της γνώσης, καθώς και τη ρύθμιση της διάθεσης.

51 Επεξεργασία της σχετικής μνήμης (μαύρη μπάλα, πχ ένα ενδιαφέρον άρθρο που βρήκες ανάμεσα σε μια τεράστια βιβλιογραφία) σύμφωνα με την υπόθεση ότι ο ύπνος μπορεί να προωθήσει μια επιλεκτική ενίσχυσή της και να επιλέξει να αποδυναμώσει «ξεχάσει» ανταγωνιστικές μνήμες (μπλε μπάλες). Τα όρια μεταξύ των σφαιρών αντιπροσωπεύουν τη συνειρμική δύναμη των αναμνήσεων. Στη διάρκεια της νύχτας μειώνονται οι ανταγωνιστικές μνήμες και αυξάνεται η ένταση και η συνειρμική αντοχή του προκύπτοντος δικτύου. Αυτό οδηγεί σε καλύτερη ανάκτηση των σχετικών πληροφοριών, δεδομένου ότι συνδέονται στενά με μνήμες που είναι πιθανό να θυμηθούμε μαζί. Ενεργοποίηση ιπποκάμπου και προμετωπιαίου φλοιού για την αποκωδικοποίηση, και ενδυνάμωση νεοαποκτηθέντων πληροφοριών Γενική συναπτική αποδυνάμωση. Επανεργοποίηση των σχετικών πληροφοριών και LTP Μεταφορά της πληροφορίας σε περιοχές του φλοιού Επιπλέον ενδυνάμωση των επανενεργο- ποιημένων συνδέσεων Επαναδιευθέτη- ση του δικτύου Καλύτερη ανάκτηση των σχετικών πληροφοριών Λήθη λόγω επίλυσης του προβλήματος παρεμβολής

52 Τα όνειρα είναι ένα είδος σκέψης που συμβαίνει κάτω από ειδικές συνθήκες. Ο συνδυασμός τριών παραγόντων (φλοιώδης δραστηριότητα, μικρή αισθητική διέγερση, απώλεια του ελέγχου της σκέψης) Τα όνειρα είναι ένα είδος σκέψης που συμβαίνει κάτω από ειδικές συνθήκες. Ο συνδυασμός τριών παραγόντων (φλοιώδης δραστηριότητα, μικρή αισθητική διέγερση, απώλεια του ελέγχου της σκέψης) οδηγεί σε μια κατάσταση όπου τα συναισθήματα και η φαντασία οργιάζουν. Ό,τι βλέπουμε δεν είναι παρά ένα όνειρο μέσα σε όνειρο Edgar Allan Poe

53 Αυτή η υπόθεση προτείνει ότι τα όνειρα είναι απλά η προσπάθεια του εγκεφάλου να βγάλει νόημα από την τυχαία πυροδότηση των κυττάρων της γέφυρας κατά τη διάρκεια του ύπνου REM. Ακριβώς όπως οι άνθρωποι προσπαθούν να κατανοήσουν τα ερεθίσματα του περιβάλλοντος κατά τις ώρες εγρήγορσης τους, προσπαθούν να βρουν νόημα στη συσσώρευση από αισθήσεις και μνήμες που δημιουργούνται εσωτερικά από αυτή την τυχαία πυροδότηση των κυττάρων του εγκεφάλου. Ο Hobson (1989) πιστεύει ότι τα όνειρα έχουν και ψυχολογική σημασία, διότι η σημασία που επιβάλλει στην τυχαία πνευματική δραστηριότητα ένα πρόσωπο αντανακλά τις εμπειρίες του, τις απομακρυσμένες μνήμες, τους συνδυασμούς και τους φόβους του. 1. Όνειρα προκύπτουν όταν η γέφυρα στέλνει τυχαία σήματα στον εγκεφαλικό φλοιό διάρκεια του ύπνου REM 2. Ο εγκεφαλικός φλοιός από προσπαθεί να συνδέσει αυτά τα τυχαία σήματα σε κάποιο είδος “λογικού” παραμυθιού συγκρίνοντας την τυχαία πυροδότηση των νευρώνων με αποθηκευμένες μνήμες.

54 Αυτό που αντιλαμβανόμαστε ξύπνιοι βασίζεται σε μια αναδόμηση-ανακατασκευή του κόσμου από τον εγκέφαλο - μια φαντασίωση ή μια υπόθεση που εξηγεί τις αισθήσεις που δειγματοληπτικά προσλαμβάνουμε από τον κόσμο. REM Dreamimg Lucid DreamimgΕγρήγορση Visual cortex Prefrontal cortex ACh 5-HT, NA, Hist

55 Η καμηλοπάρδαλη μπορεί να μείνει ξύπνια για εβδομάδες ενώ η νυχτερίδα κοιμάται 20 ώρες τη μέρα. Το κοινό όλων των χερσαίων θηλαστικών είναι ο ύπνος REM.

56