Niet-snelle oogbewegingsslaap
Niet-REM-slaap is een staat van synchronisatie van het elektro-encefalogram (EEG), samen met de productie van specifieke oscillaties binnen thalamo-corticale netwerken: spindels, deltagolven en langzame oscillaties.
In vergelijking met waakzaamheid en REM-slaap wordt niet-REM-slaap gekenmerkt door een afname van globaal cerebraal bloed stroom en regionale cerebrale bloedstroom (rCBF). De grootste afnames in rCBF worden waargenomen in een reeks subcorticale en corticale gebieden, waaronder de dorsale pons, mesencephalon, thalami, basale ganglia, basale voorhersenen, prefrontale cortex, anterior cingulate cortex en precuneus (Figuur 1 (b)).
Figuur 1. Functionele neuroanatomie van normale menselijke niet-REM-slaap, zoals beoordeeld door H215O PET: (a) hersengebieden waarin rCBF afneemt als functie van deltakracht tijdens niet-REM-slaap (stadia 2-4); (b) hersengebieden waarin rCBF afneemt tijdens niet-REM-slaap in vergelijking met waakzaamheid en REM-slaap. In (a) worden beeldsecties weergegeven op verschillende niveaus van de z-as, zoals aangegeven aan de bovenkant van elke afbeelding. De kleurenschaal geeft het bereik van z-waarden voor de geactiveerde voxels aan, bovenop een canoniek T1-gewogen MRI-beeld. Weergegeven voxels zijn significant bij p & lt; 0,05 na correctie voor meervoudige vergelijkingen. Merk op dat verschillende analyses (correlatie (a) vs. aftrekking (b)) aanleiding gaven tot opvallend vergelijkbare resultaten in termen van de regionale bloedstroomverdeling. MRI, magnetische resonantie beeldvorming; PET, positronemissietomografie; rCBF, regionale cerebrale bloedstroom; REM, snelle oogbeweging. Aangepast van Maquet P, Degueldre C, Delfiore G, et al. (1997) Functionele neuroanatomie van menselijke langzame golfslaap. Journal of Neuroscience 17 (8): 2807-2812. Copyright 1997 door de Society for Neuroscience.
Een lagere activiteit in de hersenstam en thalamus werd verwacht op basis van diergegevens van niet-REM-slaap -generatiemechanismen; een verminderde vuursnelheid in de hersenstam induceert de opeenvolgende afwisseling van lange hyperpolarisatie en korte depolarisatiepatronen in thalamische neuronen, wat leidt tot de vorming van niet-REM-slaapritmes (spindels, delta-oscillaties en langzaam) tussen thalamocorticale netwerken. Vanwege de lage tijdsresolutie van de PET-techniek (dwz één scan is de gemiddelde activiteit over een periode van 40 tot 90 s) en omdat de hemodynamische invloeden van hyperpolarisatie de overhand hebben boven die van depolarisatiefasen, zijn hersengebieden waar dat niet REM-slaapritmes komen het meest tot uiting en lijken gedeactiveerd in PET-onderzoeken.
Op corticaal niveau is het patroon van deactivering niet homogeen verdeeld. Inderdaad, de minst actieve gebieden in niet-REM-slaap bevinden zich in associatieve cortex, vooral de ventromediale prefrontale cortex (VMPF), die de orbitofrontale en anterieure cingulaire cortex omvat. De VMPF is ook een van de meest actieve hersengebieden tijdens de wakkere rusttoestand en is betrokken bij belangrijke cognitieve processen zoals het volgen van acties en besluitvorming. Daarentegen waren de primaire cortex de minst gedeactiveerde corticale gebieden tijdens niet-REM-slaap. Deze specifieke segregatie van corticale activiteit wordt nog steeds slecht begrepen, hoewel er enkele hypothesen zijn voorgesteld, bijvoorbeeld (1) dat associatieve gebieden sterker beïnvloed kunnen worden door niet-REM-slaapritmes dan primaire cortices, omdat ze de meest actieve hersengebieden zijn tijdens het wakker zijn. en (2) dat de slaapintensiteit homeostatisch gerelateerd is aan eerdere waakactiviteit op regionaal niveau.
De precuneus is een ander corticaal gebied dat een verminderde activiteit vertoont tijdens niet-REM-slaap in PET-onderzoeken. Het is een regio die bijzonder actief is in waakzaamheid, waarin het betrokken is bij visuele mentale verbeeldingsprocessen, expliciet geheugen ophalen en bewustzijn. De precuneus wordt ook gedeactiveerd tijdens andere staten van verminderd bewustzijn, zoals farmacologische sedatie, hypnotische staten en vegetatieve staten. De rol van de precuneus tijdens de slaap is nog onduidelijk. De verminderde activiteit tijdens niet-REM-slaap kan een weerspiegeling zijn van een homeostatische compensatie van een hoge waakactiviteit.
De basale voorhersenen en de basale ganglia (meestal het striatum) bleken ook consequent gedeactiveerd te zijn tijdens niet-REM slaap in PET-slaaponderzoeken. De basale voorhersenen is een functioneel en structureel heterogene structuur waarin de meeste neuronen betrokken zijn bij corticale activering tijdens waakzaamheid en REM-slaap. De deactivering ervan tijdens niet-REM-slaap kan daarom wijzen op een lagere activiteit van deze opwinding bevorderende neuronen. De rol van de basale ganglia, en vooral het striatum, bij slaapregulatie blijft echter speculatief. Er zijn twee hypothesen naar voren gebracht.Ten eerste ontvangt het striatum enorme afferente inputs van de frontale cortex en de thalamus, die ook worden gedeactiveerd tijdens niet-REM-slaap. Deze structuren nemen het meest waarschijnlijk deel aan de vorming van niet-REM-slaapritmes door synchroon te oscilleren tussen lange fasen van hyperpolarisatie en uitbarstingen van ontladingen. Vanwege de fronto- en thalamo-striatale verbindingen kunnen basale ganglia-neuronen eveneens oscilleren volgens deze sequentiële patronen van niet-REM-slaapritme en daardoor gedeactiveerd lijken op macroscopisch niveau. Volgens het tweede voorstel kan het striatum ook projecties sturen naar de pedunculopontine tegmentale kern (PPT) in de hersenstam en de remming van deze activerende structuur induceren, wat vervolgens leidt tot corticale opwinding tijdens het wakker zijn. In dit perspectief kan de afnemende activiteit in het striatum tijdens niet-REM-slaap ook verband houden met een verminderde neiging tot opwinding.
PET-onderzoeken hebben niet alleen de activiteit tussen niet-REM-slaap en andere stadia vergeleken. van slaap of waakzaamheid. Een andere manier om hersenactiviteit tijdens deze slaapfase te beschrijven, was door te zoeken naar de neurale correlaten van niet-REM-slaaposcillaties (spindels en deltagolven) door te zoeken naar hersengebieden waarin rCBF-waarden correleren met de relevante EEG-activiteit (dwz vermogensdichtheid in de sigma- of deltafrequentieband). Met deze benadering is aangetoond dat spilactiviteit (12–15 Hz) negatief correleert met rCBF in de thalamus, wat betekent dat hoe hoger de vermogensdichtheid binnen het spilfrequentiebereik op EEG-opnamen, hoe lager de thalamische activiteit. Dit resultaat is in overeenstemming met de mechanismen voor het genereren van spil bij zoogdieren, die worden gedomineerd door de cyclische herhaling van hyperpolarisatie en piekuitbarstingen in de thalamische neuronen. Delta-activiteit (1,5-4 Hz) correleert negatief met rCBF in de VMPF, basale voorhersenen, striatum en precuneus (Figuur 1 (a)). De resulterende kaart lijkt sterk op de hersenkaart van de regio’s die minder geactiveerd zijn tijdens niet-REM-slaap in vergelijking met REM-slaap en waakzaamheid (Figuur 1 (b)), wat het idee benadrukt dat delta-activiteit een prominent kenmerk is van niet-REM-slaap. . Een groot verschil is echter het ontbreken van een significante correlatie tussen delta- en thalamusactiviteit, terwijl de thalamus duidelijk gedeactiveerd is tijdens niet-REM-slaap in vergelijking met andere slaapfasen of waakzaamheid. Deze discrepantie kan worden verklaard door er rekening mee te houden dat bij dieren twee soorten delta-activiteit zijn beschreven: een stereotiep deltaritme, waarvan de generatie afhangt van de intrinsieke eigenschappen van thalamocorticale neuronen, en een corticaal polymorf deltaritme, dat aanhoudt na uitgebreide thalamectomie. Daarom kan de delta-correlatiekaart bij voorkeur de hersengebieden weerspiegelen die betrokken zijn bij het genereren van corticale deltagolven tijdens niet-REM-slaap. De fysiologie van deze corticaal gegenereerde delta-oscillaties, en hun relatie met het langzame ritme, wordt nog steeds slecht begrepen.
Hierbij moet worden benadrukt dat deactiveringspatronen die zijn gevonden met PET-onderzoeken niet impliceren dat deze hersengebieden inactief blijven. tijdens niet-REM-slaap. Zoals reeds vermeld, worden niet-REM-slaaposcillaties geproduceerd door de terugkerende en opeenvolgende afwisseling van hyperpolarisatie- en depolarisatiefasen in de thalamische en corticale neuronen. De laatste worden gekenmerkt door uitbarstingen van neuronaal vuren dat tijdelijk wordt georganiseerd door de langzame oscillatie van de niet-REM-slaap. PET is ongevoelig voor deze uitbarstingen omdat het de hersenactiviteit gemiddeld over lange perioden, waarin de effecten op de regionale hersenfunctie van langdurige hyperpolarisatieperioden groter zijn dan die van kortere depolarisatiefasen. Dit probleem moet worden aangepakt in toekomstige studies met behulp van technieken met een hogere ruimtelijke en temporele resolutie, zoals gecombineerde EEG-functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI), die activeringspatronen zal bieden die dichter bij de echte niet-REM-slaapfysiologie liggen, gedomineerd door synchrone en lage frequentie-oscillaties.