Hjernerytmer og søvn Flashcards
kapittel 19
Hva er hjernebølger?
Elektromagnetiske bølger som representerer flyten av elektrisk strøm. Komplekse og sender informasjon. Korteks (og andre hjerneområder) danner raske elektriske rytmer (nevrale oscillasjoner) som kan relateres til mentale tilstander og kognitve prosesser
Måles f.eks. gjennom elektroencephalografi (EEG) (har hjulpet masse på å forstå søvn).
I tillegg magnetorencephalografi (MEG), ECOG, MEA
Hvordan fungerer EEG
EEG måler generalisert aktivitet i cerebral cortex. Hjernerytmer fra aktiviteten til nettverk av hjerneceller måles f.eks. gjennom elektroencephalografi (EEG):
-Elektroder festet på skalpen etter standardisert system
- Signal målt I mikrovolt (-6) blir forsterket slik at vi kan fortolke
- Produksjonen av rytmer forteller noe om aktivitet
- Benyttes klinisk (epilepsi ELLER skille mel. lærevanske-atferd og epileptoform utladning/hjernen tømmes kortvarig lokalt for info) og I forskning (f.eks. Søvnforskning eller hukommelse)
- Signalet består av den summerte postsynaptiske aktiviteten (IPSP & EPSP) av tusenvis av pyramidale nevroner I de ytterste lag av korteks
- Amplituden (bølgestørrelsen) vil dermed I stor grad avhenge av synkronitet
Synkron postsynaptisk aktivering gjentatte ganger I samme tidsintervall danner rytmer - nevrale oscillasjoner
Disse deles inn med hensyn til frekvens – som også korrelerer med amplitude:
Delta: mindre enn 4Hz – stor amplitude - høy synkronitet - dyp søvn
Theta: 4 – 7Hz – lett søvn, kan også være tilstede I våken tilstand
Alpha: 8 – 13Hz - størst over oksipitallappen, assosiert med avslappet våken tilstand
Beta: 15 – 30Hz - våken, oppmerksom
Gamma: 30 – 90Hz - våken, oppmerksom, sensorisk prosessering
Spindler: betabølger varer 1-2 sek. Finnes i søvnstadie 2.
K-kompleks: forskjellige typer bølger, varer 1-2 srek. Finnes i søvnstadie 2.
Hvordan og hvorfor får vi synkrone oscillasjoner?
= KOHERENS
La oss si cellegruppe A og B synkroniserer - de deler informasjon letter (hypotese).
Strukturerte mønster av eksitasjon og inhibisjon. FASER!
Husk at hjernebølger dannes av nettverk av nevroner, ikke enkeltnevroner.
Analogi:
et orkester (nettverk av nerveceller) med forskjellige instrumenter (nevroner).
Harmoni når samstemt.
Disharmoni - psykopataologi.
Hvordan? 2 mekanismer:
- Thalamic pacemaker:
“Ledet av pacemakeren”
Nevroner I thalamus med spesialiserte ionekanaler som tillater cellene å danne rytmiske selvopprettholdende fyringsmønstre - rytmisk aktivitet spres til andre celler I thalamus som påtvinges fyringsmønsteret - oscillasjonene overføres til korteks gjennom sterke baner av thalamokortikale aksoner - Collective excitation/inhibition: ”Oppstår når alle spiller samstemt”
Nevrale kretser bestående av resiproke (gjensidige) koblinger mellom eksitatoriske og inhibitoriske nevroner danner spontan synkron aktivitet
Eksempel: konstant strøm med input – eksitasjon – input til internevron – inhibisjon - må vente til inhibisjonen har gitt seg – eksitasjon – repeat
Begge er viktige!
Hvorfor? 2 hypoteser:
1. Søvnrelatert thalamiske delta forhindrer flyt av sensorisk informasjon til korteks under søvn
2. Feature binding: ulike grupper nevroner som prosesserer ulike egenskaper av samme perseptuelle objekt “markeres” ved høyfrekvent (gamma) synkron aktivitet
Hvordan kan vi dele inn søvn?
Deler grovt inn i Rapid Eye Movement (REM) søvn og non-REM/SWS
Non-REM:
- Kroppen er bevegelig, men hjernen er inaktiv (sender sjeldent ut motorkommandoer)
- Økt aktivering av parasympatikus
- Nedjustert temperatur, energikonsum, hjerterate, respirasjonsrate, nyrefunksjon
- Oppjustert fordøyelsesfunksjoner
- Lavfrekvente hjernebølger - høy synkronitet & amplitude – lite kortikal aktivitet
REM: Drømmesøvn
- Høyfrekvente hjernebølger (liknende våken tilstand) - høyt forbruk av energi i hjernen
- Paralyse – kun muskler som kontrollerer øyebevegelser og muskler i indre øret er aktive
- Økt aktivering av sympatikus
- Temperaturkontrollsystem deaktiveres – kjernetemperatur faller
- Hjerte & respirasjonsrate øker og blir irregulære
- Ereksjon av kjønnsorganer
Beskriv søvnsyklusen
En typisk natt inneholder flere perioder av non-REM (75%) og REM søvn (25%)
En syklus består av 4 stadier med non-REM og en periode REM – til sammen ca. 90 min
Non-REM 1: letteste formen for søvn - alpharytmer blir mindre regulære - rullende øyebevegelser - varer noen få min
Non-REM 2: søvnspindler (8-14Hz kortvarige oscillasjoner generert av thalamus) og K-kompleks (skarp bølge av høy amplitude)
Non-REM 3: igangsetting av trege deltarytmer med høy amplitude – bevegelser er sjeldne
Non-REM 4: dypeste formen for søvn - store hjernebølger på 2Hz eller mindre – varer i 20-40 min
Søvnen blir lettere – beveger oss gjennom NREM3 og 2 – 10-15 min
REM: raske beta & gammabølger - raske øyebevegelser
Repeat
Etterhvert som natten utvikler seg blir perioder av non-REM kortere og REM lengre
stadier//forelesning:
Stadie 1: hypnagogisk theta
Stadie 2: søvnspindler og K-komplekser
Stadie 3 og 4: delta
REM: som våken, inhibert muskulatur
Forløp: 1 2 3 4 3 2 REM 2 3 4 3 2 REM osv
Stadie 1: slowing (theta)
Stadie 2: søvnspindler og K-kompleks
Stadie 3: SWS (noe delta)
Stadie 4: SWS (delta, sterkere, oftere)
+ veksthormon
REM: cortex som våken (EEG)
Siste del av søvnsyklus: cortisol
Fordeling av stadier er aldersavhengig.
Hvorfor sover vi?
Alle pattedyr, fugler og reptiler sover – REM kun identifisert i pattedyr
Burde ha en evolusjonær fordel
Ingen enkel teori for hvorfor vi trenger søvn, men har 2 hovedkategorier:
1. Restituering - søvn = hvile = forberedelse for våkenhet
2. Adaptering – holder oss unna fare om natten – gjemmer oss – konserverer energi
Hvorfor drømmer vi?
Drømmer er sterkt forbundet med REM – men de er ikke det samme
Drømmer er vanskelig å forske på - mye forskning på REM isteden
Studier viser at kroppen trenger REM – deprivasjon av REM fører til REM-rebound (tar igjen tapt REM automatisk)
Activation-synthesis hypothesis:
- Drømmer = tilfeldige fyringer fra pons (struktur I hjernestammen) under REM aktiverer tilfeldige minner og assosiasjoner som korteks “limer sammen” til en sammenhengende historie
- Forklarer hvorfor drømmer kan være bisarre og ulogiske
- Forklarer ikke hvordan tilfeldig aktivitet kan kobles sammen til sammenghengende historier
- Forklarer ikke hvordan man kan oppleve de samme drømmene gjentatte ganger
REM/Drømmer og hukommelse:
- Antakelse: REM hjelper med integrasjonen/konsolidering av minner
- Basert på studier som viser at: vanskelig å lære etter søvndeprivasjon, økt REM etter intens læringsintervall, deltakere ble flinkere I visuell oppgave etter søvn (ikke ved deprivasjon av REM)
- Forelesning: dyp søvn - mulig systemkonsolidering, REM – mulig nullstilling av synapser I hippocampus
Hva er nevrale mekanismer av søvn?
Nevroner mest kritiske for søvn og våkenhet er en del av de diffuse modulerende systemene
The ascending reticular activating system: regulering av våkenhet
- Består av nevronkjerner I hjernestammen som slipper ulike nevrotransmittere - fyringsrate øker I forventning av oppvåkning og ved “arousal”:
-Locus coeruleus (noradrenalin)
-Raphe nuclei (serotonin)
-Basal forebrain, midbrain, pons (acetylkolin)
-Midbrain (histamin)
-Hypothalamus (orexin)
Nevrotransmittere depolariserer, øker eksitabilitet og svekker rytmisitet I thalamus, korteks og andre områder
Igangsetting av non-REM:
-Søvnpromoterende faktorer (kommer tilbake til)
- Svekket fyringsrate av nevronkjerner I hjernestammen (spesielt de som slipper serotonin, noradr og acetylkolin)
- Et subset kolinerge nevroner I basal forebrain øker fyringsrate med igangsetting av non-REM
Eh… Stig:
SCN “setter” søvnsyklusen. Sitter oppgå synsnervekrysningen. Får info fra spesiell klasse ganglionceller på retina som er direkte lyssensitiv for blått lys (retinal input) om lys.
SCN sender aksoner til pinealkjertel på baksiden av thalamus som produserer melatonin.
Går tilbake og påvirker hjernestammen og hypothalamus.
MEN: usikker på rollen til melatonin i msk. pga. lysregulerende mekanisme flyttet til retina.
Hva er nevrale mekanismer av REM?
Fyringsraten av nevroner I locus coeruleus og raphe nuclei svekkes til nært null før igangsetting av REM – REM-off celler
Foregår også en samtidig økning av fyringsraten til nevroner I pons som slipper acetylkolin – REM-on celler
REM-off celler øker fyringsrate ved avsluting av REM periode
Nevroner I forebrain inhiberer spinale motornevroner – paralyse
Hjerneaktivitet under REM vs. Under våkenhet:
Høyere aktivitet I høyere-ordens visuelle områder (uten høyere aktivitet I primære) - visuelle drømmer
Lavere aktivitet I frontallapper - svekket integrering/fortolkning av visuelle persepter
Hva er søvnpromoterende faktorer?
Søvnpromoterende faktorer skaper søvntrykk.
-Adenosin:
Blir frisatt av visse nevroner og glia – kan fungere som en nevrotransmitter
Ekstracellulært nivå øker gjennom dagen - korrelerer med trøtthetsfølelse
Synker gradvis under søvn
Ved inntak av adenosin antagonister (f.eks. Kaffe) opprettholdes våkenhet
Inntak av agonister - trøtthet
Inhiberer diffuse modulerende systemer for ACh, NA, Serotonin (som promoterer våkenhet)
Våken nevral aktivitet - økende adenosin - økende inhibering av våkenhetssystem - non-REM – synkende adenosin – mindre inhibisjon av våhenhetssystem
-Nitric oxide (NO):
Kolinerge nevroner som promoterer våkenhet uttrykker høye nivåer av enzymet som syntetiserer NO
NO øker ved våken tilstand og søvndeprivasjon
NO trigger frisetting av adenosin
-Melatonin:
Hormon sekretert av pineal kjertlen I respons til mørke - økte nivåer korrelerer med trøtthetsfølelse
Noe evidens for at det hjelper med igangsettelsen og opprettholdelsen av søvn - men effekten er debattert
Hva er hjerneklokken?
Hjerneklokken knytter vi til Suprachiasmatic nicleus (SCN)
Lokasjon: små nevronkjerner på hver side av midtlinjen I anterior hypothalamus
Funksjon: regulerer døgnrytmene for -fysisk ativitet, søvn/våkenhet, spise & drikkeatferd, det autonome nervesystemet, kjernetemperatur, binyrehormoner (f.eks. Kortisol) m.m.
Inputs: the retinohypothalamic tract – aksoner fra fotosensitive ganglionceller I retina (inneholder melanopsin og er sensitive til endringer I lysstyrke)
Outputs: innerverer nærliggende deler av hypothalamus, områder I midbrain og andre deler av diencephalon – benytter I hovedsak GABA (inhibitorisk) - sekreterer også vasopressin
EKSAMEN:
SCN ligger i hypothalamus. I SCN fins det celler som rytmisk fyrer, men selve 24t rytme er
basert på en molekyler mekanisme (trenger ikke AP) basert på gen-ekspresjon. SCN-celler
sender efferente aksoner til andre deler av hjerne, dermed får hele hjernen en 24 timers
døgnrytme. Gjennom retinal input blir den synkronisert med døgnrytme / reset hver dag av
alle SCN celler. The SCN has a strong circadian influence on the autonomic nervous system,
core body temperature, adrenal gland hormones such as cortisol, and neural circuits that
control feeding, movement, and metabolism
kortversjon (for å få en D): Synkroniserer dag-natt rytme med lys slik at det blir en 24 timers
rytme, det skjer siden SCN får retinal input. Lesjoner vil føre til tap av døgnrytme.
Hva er mekanismene bak Suprachiasmatic nicleus (SCN)
= Hjerneklokken
Hver celle I SCN er en egen liten klokke - rate av aksjonspotensialer, bruk av energi, produksjon av vasopressin og proteinsyntese varierer med rytmer på 24 timer.
Antas at det foreligger en molekylær syklus basert på genuttrykkelse som holder rytmen gående - involverer genene period (per), cryptochrome (cry) og proteinene CLOCK og CYCLE.
- Clock blir transkribert til mRNA og oversatt til proteiner (gene expression)
- Delay
- Proteiner sender feedback og interagerer med transkripsjonsmekanismen - svekker genuttrykkelse
- Mindre interagerende proteiner blir produsert og genuttrykk av clock øker på nytt
- Hele syklusen tar 24 timer
Den samlede klokke-aktiviteten av nevronene I SCN resettes hver dag av lysinformasjon fra retina - nevronene kommuniserer også med hverandre og koordinerer sine outputs til resten av hjernen
______________
YT:
Suprachiasmatic nuclei ligger i hypothalamus. og er involvert i å opprettholde den circadianske rytmen. For å gjøre det inneholder den
Cellene i SCN produserer de 2 proteinene Clock og BMAL1.Clock og BMAL1 binder seg sammen og får frem gene expression av genet period (per) og cryptochrome (cry). Proteinproduktet av disse genene, Per og Cry, binder seg sammen og inhiberer handlingene til Clock og BMAL1, som igjen undertrykker produksjonen av Per og Cry. Men, gradvis brytes Per og Cry ned. Når de er fullstendig nedbrytt er Clock og BMAL1 frie til å promotere gene expression av Per og Cry, og syklusen fortsetter. Prosessen tar omtrent 24 timer å fullføre før den gjentas. Man tenker at det er denne syklusen av gene expression som er den molekulære klokken i SCN celler. Dette er en forenklet versjon av det som skjer. SCN kan bruke informasjonen den får fra retina om lys i miljøet (retinal input) til å justere den circadianske klokka. Denne informasjonen reiser fra retina til SCN gjennom en vei som kalles the retinohypothalamic path.
STIG SIER DETTE ER VIKTIG:
-Det skjer en spesiell type proteinsyntese her. 12-timers syklus for å produsere visse proteiner. Produksjonen av det vil inhibere denne sin egen produksjon. 12 nye timer før syklus blir nullstilt. Altså 2 produksjonsprosesser som begge tar 12 timer som blir til en komplett 24-timers kjemisk (circadiansksyklus . Hjulpet av nærværet av blått lys=> starter produksjons prosess (glutamat til SCN), kommer i tillegg til det kjemiske søvntrykket som er hjulpet via adenosin (ATP gir jo energi).
Hvilken funksjon har suprachiasmatic nucleus og hvor ligger den?
Eksamen V23
SCN ligger i hypothalamus. I SCN fins det celler som rytmisk fyrer, men selve 24t rytme er basert på en molekyler mekanisme (trenger ikke AP) basert på gen-ekspresjon. SCN-celler sender efferente aksoner til andre deler av hjerne, dermed får hele hjernen en 24 timers døgnrytme. Gjennom retinal input blir den synkronisert med døgnrytme / reset hver dag av alle SCN celler. The SCN has a strong circadian influence on the autonomic nervous system, core body temperature, adrenal gland hormones such as cortisol, and neural circuits that control feeding, movement, and metabolism.
Kortversjon (for å få en D): Synkroniserer dag-natt rytme med lys slik at det blir en 24 timers rytme, det skjer siden SCN får retinal input. Lesjoner vil føre til tap av døgnrytme.
Hva er greia med døgnrytme?
Nesten alle dyr koordinerer atferd til døgnrytmer - daglige sykluser av lys og mørke
Mange fysiologiske og biokjemiske prosesser øker og faller med daglige rytmer:
Kroppstemperatur
Urinproduksjon
Hormonnivåer
Hårvekst
Metabolsk rate
Om vi fjerner døgnrytme cues (f.eks. Endringer I lysnivå) vil døgnyrtmen fortsatt være til stede
Biologiske døgnrytme-klokker I hjernen
Ikke perfekte – trenger utvendige cues I blandt for å resette
kortversjon (for å få en D): SCN Synkroniserer dag-natt rytme med lys slik at det blir en 24 timers
rytme, det skjer siden SCN får retinal input. Lesjoner vil føre til tap av døgnrytme.
Søvnen består av flere typer stadier. Kan du beskrive kort hva disse stadiene er og hvordan
de forløper gjennom natten, samt omtrentlig varighet?
(Eksamen V23)
En god besvarelse bør inneholde en kort beskrivelse av de 5 forskjellige stadiene. Type 1 som
innsovning, type 2 som «ikke-REM»-søvn, type 3 og 4 som dyp søvn eller «slow wave sleep».
Dernest drømmesøvn, eller REM-søvn. En meget god besvarelse tar også med at man
identifiserer stadiene med EEG-målinger, og at hvert stadie har karakteristiske rytmer (eks
søvnspindler og delta). Dernest bør man beskrive korrekt at stadiene har en syklus, dvs
stadie 1 – 2- 3 – 4 – 3 – 2 – REM – 2 – 3 – 4 – 3- 2 – REM osv til ca 4 REM-perioder.
Varigheten til hver REM-periode er ca 20-30 minutter og er lengst imot slutten av
søvnperioden. Varigheten til dypsøvn er ca 1 time ved starten av søvnen og avtar mot
slutten av søvnperioden. Det er meget bra om det blir kommentert av det slippes ut
veksthormon ved dypsøvn ved starten av søvnperioden og at det slippes ut kortisol rett før
naturlig oppvåkning. Det er positivt om man kommenterer at søvn er en aktiv prosess og
ikke bare fravær av aktivitet.
EKSEMPEL:
Søvnstadier:1) Hypnagogisk theta: Kun ved innsovning, theta bølger.2) Spindler og K-kompleks: vedlagt bilde av hvordan k-kompleks “ser ut” påEEG; Slow Wave Sleep (SWS): deltabølger4) SWS: delta, men mer amplitude enn tidligere, skilles ut veksthormon. REM (rapid eye movement) antas å være en av de viktigste fasene av søvn. Enantar at det skjer konsolidering av synapser (altså minner), og dette kan væregrunnlaget for at vi drømmer. Samt er søvn generelt en viktig restituerendefaktor, fordi mange reparative prosesser antas å forekomme i søvn. Eksempel på forløp:1,2,3,4,3,2,REM,2,3,4,3,2,REM,2,3,2,REM,2,3,2,REM,3,REM…..osv. Omtrent varighet på en syklus (uthevet i forløp) er ca 90 minutter, menmye er usikkert om søvn og vi ser individuelle forskjeller i tid tilbrakt i de ulikestadiene. Mer dyp søvn i starten, og økt tid tilbringes i REM utover søvn-perioden. Samt er det slik at vi trenger redusert mengde dyp søvn (SWS, fase3&4) med alderen; kanskje fordi veksthormon skilles ut ved fase 4 og ettersomvi ikke vokser like mye lengre behøver vi ikke lik mengde dyp søvnheller. Melatonin er søvnfremkallende hormon og Kortisol er hormonet somaktiverer kroppen, og er viktig for oppvåkningen.
