Regulation of Sleep and Wakefulness

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Az Audi Hungaria elvárásai és részvétele a magyar regionális repülőterek fejlesztésében Chicfarm Green Manifesto: -Do you have a farm in your house? -Can.
Advertisements

Biológiai ritmusok Détári László
Alvás és ébrenlét evolúció ritmikus környezetben zajlott – életfolyamatok ritmikusak 1700-as évektől tudjuk, hogy állandó környezetben fennmaradnak – óra.
Az alvás-ébrenlét „központjai”
Az alvás fenomenológiája
A bazális előagy szerepe
A biológiai óra genetikája. Kezdeti eredmények I. az SCN transzplantációnál szó volt a tau-mutáns hörcsögökről 1985-ben egy Martin Ralph nevű kutató furcsán.
SEVEN DONT'S AFTER A MEAL Hét dolog amit nemszabad tenni, étkezés után.
Entropy Lawrence Sklar: Up and Down, Left and Right, Past and Future.
Topological phase transitions in equilibrium network ensembles Collegium Budapest, June 2004 Networks and Risks Thematic Institute How do the properties.
From eco-efficiency to sustainable production Maria Csutora Pietro Bertazzi The workshop is based on research done in the HU-0056 “Sustainable consumption,
A világon elsőként: NEMZETKÖZI VIRTUÁLIS SAKKISKOLA (  Világszerte elfogadott tény, melyet számos kutatási eredmény is.
Pozitron Emissziós Tomográfia (PET) olyan nukleáris orvosi képalkotási technika, amely - három dimenziós felvételt készít a test egy kiválasztott részének.
„Tisztább kép” – együttműködési program Az új szintetikus drogok feltérképezéséért 2 nd European Workshop – ’Breaking the Drug Cycle’ project Budapest,
2009.IV.30.Argumentation techniques 1 Non-mirrorable argumentation techniques in English Analysis of theological texts aiming persuasion effects László.
TREASUREHUNT project made by: Márton Demény, Kata Nagy, Kolos Ruszthi, Áron Erős and Tamara Balogh Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma.
„Tisztább kép” – együttműködési program Az új szintetikus drogok feltérképezéséért „Tisztább kép” — együttműködési program az új szintetikus drogok feltérképezéséért.
 Presentation for our collegues regarding meeting in Greece  Journalist from HVG (Weekly World Economy) visited our school  Visit at the Budapest Zoo.
Hogyan épül fel a testünk? Testfelépítés 8. oszt / 1.
Az alvás fenomenológiája
Résztvevői létszám Év Létszám Összesen: 2110 Budapest Regionális 456
“Tudásmegosztás és szervezeti problémamegoldás a mesterséges intelligencia korában” Levente Szabados Technológiai Igazgató.
Pozitron Emissziós Tomográfia (PET)
376/2014 EU RENDELET BEVEZETÉSÉNEK
A közigazgatással foglalkozó tudományok
Magyar Tudományos Művek Tára
ResearcherID bemutatása
A centrális határeloszlás tétel
The lactose (lac) operon - an example for prokaryotic gene regulation
19. Országos Védőoltási Továbbképző Tanfolyam
Biological rhythms evolúció ritmikus környezetben zajlott – életfolyamatok ritmikusak 1700-as évektől tudjuk, hogy állandó környezetben fennmaradnak –
Miklós Kóbor Department of Geophysics & Space Sciences,
Műszaki Anyagtudományi Kar, Kerámia és Polimermérnöki Intézet
Inverter applications
Határozatok Fajtái Ítélet per érdemében ítélet teljességének elve
FAZEKAS ANDRÁS ISTVÁN PhD c. egyetemi docens
FAZEKAS ANDRÁS ISTVÁN PhD c. egyetemi docens
Villogó delay függvény használata nélkül
FAZEKAS ANDRÁS ISTVÁN PhD c. egyetemi docens
„Animal Integration in the Educational Programme „ZORO”
Buy Protonix 40 Mg buy generic pantoprazole can i buy protonix over the counter where can i buy protonix buy pantoprazole buy pantoprazole online The main.
Multiplikációs rendezvény – Békéscsaba
A nagyváradi villamosok megbízhatósági modellezése
Polymer Theory Why are we looking at polymer theory?
Vasas Lívia, PhD 2018 Web of Science Vasas Lívia, PhD 2018.
Vasas Lívia, PhD 2017 DART-Europe E-theses Portal European Portal for the discovery.
Túlfeszültség védelem a hálózaton
Patkány EEG.
Dr. Varga Beatrix egy. docens
Készletek kezelése építőipari logisztikai feladatok során
Megerősítéses tanulás Mély Q-hálók
A Nation Library of Medicine és adatbázisai
Ellenőrzési mechanizmusok
Klasszikus genetika.
A Közbeszerzési Döntőbizottság tapasztalatai Dr
Mikrofonok Principles, constructions, characteristics and applications
Foglalkoztatási és Szociális Hivatal
Basic nositons of hearing and psychoacousics
Vasas Lívia, PhD 2017 DART-Europe E-theses Portal European Portal for the discovery.
Az irodalomkutatás és idézet keresés segédeszköze
Microsoft eszközpályázat
Megerősítéses tanulás Mély Q-hálók
Lívia Vasas, PhD 2018 Disszertációk Lívia Vasas, PhD 2018.
Áramlástan mérés beszámoló előadás
Megerősítéses tanulás Mély Q-hálók
A sas törénete… A bemutatót készítette: Mike
Gazdasági mediáció Economic mediation „Mi a legfontosabb kérdés
Vasas Lívia, PhD 2019 Témaközpontú irodalmazás, publikációs stratégia, tudományos közösségi hálók Közlési kötelezettség,
This table is avarage! Read instructions below!
Reizer Balázs: Wage structure, Employment and Efficiency
Előadás másolata:

Regulation of Sleep and Wakefulness

Definition of sleep rest-activity NOT= sleep-wakefulness 3/34 Definition of sleep rest-activity NOT= sleep-wakefulness general criteria of sleep lack of movements elevated sensory threshold full reversibility stereotypic posture specific resting place circadian organization homeostatic regulation: deprivation – rebound mammals (and birds) - polygraphic criteria

4/34 Stages in human sleep Berger 1929: arousal level is related to EEG patterns: δ, θ, α, β, later γ  Loomis 1937: 5 stages of the sleep-wakefulness – 1 W and 4 SWS Aserinsky and Kleitman 1953: discovery of paradoxical sleep related to dreaming Rechtschaffen-Kales criteria NREM1: 2-7 Hz, slow eye movements, <20 μV NREM2: spindles, K-complexes, slow waves at low amplitude NREM3: <2 Hz >75 μV waves 20-50% NREM4: <2 Hz >75 μV waves >50% REM: cortical activation, lack of muscle tone, rapid eye movements , twitches

Physiological variables in sleep 5/34 Physiological variables in sleep

6/34 REM sleep in humans

Why do we sleep? Because it is nighttime Because I am sleepy 7/34 Why do we sleep? Because it is nighttime circadian regulation Because I am sleepy homeostatic regulation Because the lecture is boring luxury sleep – effects of internal-external stimuli

Types of biological rhythms 8/34 Types of biological rhythms what do we call rhythm in a living organism? – physiological events occurring at approximately regular times internally controlled rhythms: breathing, heart beat, gut motility, brain waves, etc. externally determined rhythms: singing in certain birds, tulips, etc. rhythms controlled by an internal clock that is synchronized to the environment by Zeitgebers (synchronizing factors) – when these are missing: free-running rhythm

External-internal rhythms 9/34 External-internal rhythms De Mairan (1729): leaf movement of mimosa continues in darkness

Circadian rhythm in hamster 10/34 Circadian rhythm in hamster

Temperature dependency of circadian rhythms 11/34 Temperature dependency of circadian rhythms

12/34 Light effects circadian period (T) of diurnal and nocturnal animals change in opposite direction in constant light (LL) : Aschoff’s rule: diurnal animal: T decreases with light intensity nocturnal animal: T increases with light intensity circadian rule: diurnal animal: wake/sleep ratio increases with light intensity nocturnal animal: wake/sleep ratio decreases with light intensity the strong physiological effect of light is also shown by persistent oestrus short light impulses can change the phase of circadian rhythms

Phase-response curve I. (PRC) 13/34 Phase-response curve I. (PRC) Hannibal, Cell & Tissue Res. 309:73,2002

Master clock of daily rhythms 14/34 daily rhythms can be examined the most easily and probably they are the most important master clock was sought along the optic pathway lesioning various neuron groups two teams, independently, but simultaneously located the master clock: Stephan and Zucker, 1972 Moore and Eichler, 1972 it is the tiny, paired nucleus in the anterior hypothalamus, above the crossing of the optic tract: the nucleus suprachiasmaticus (SCN) in non-mammalian species, clock is also associated with the optic pathway

Publications on the SCN 15/34 Location of the SCN Publications on the SCN az SCN a látóideg kereszteződése felett helyezkedik el páratlan karrier, egyik legtöbbet vizsgált struktúra, elmúlt 10 évben évi 200 cikk

Effect of SCN ablation in rats 16/34 Effect of SCN ablation in rats

Discovery of clock genes 17/34 Discovery of clock genes 1985 – Martin Ralph – tau-mutant hamster short period in continuous dark (DD), Mendelian inheritance (20/22/24) breakthrough in 1994 using forward genetics – Vitaterna (PhD student) Clock mutant among the first 42 mice – abnormally long period, ceases in DD the mutation caused loss of a glu-rich region characteristic for bHLH type transcription factors conclusion: CLOCK is a transcription factor CLOCK also contains a PAS (Per-Arnt-Sim) domain – ability to form dimers with similar proteins

Clock mechanism (mammals) 18/34 Clock mechanism (mammals) B Bmal1 Clk Clock C B P Per1-3 Cry Cry1-2 P Cry degradation

Inputs to the SCN CTX, BF, HT, etc. raphe SCN retina IGL shell core 19/34 Inputs to the SCN CTX, BF, HT, etc. raphe 5-HT az SCN bemenetei – eltérés a core és a shell között a funkció kérdéses shell NPY core SCN GHT retina Glut PACAP IGL RHT

SCN activity in vivo SCN HT 20/34 évek óta végzünk kísérleteket a leideni egyetem élettani tanszékével in vivo és invitro MUA, 125 mikronos elektród, olykor egysejt aktivitás is fény szakaszban magasabb aktivitás éjjeli és nappali állatokban egyaránt, állandó sötétben tartott állatokban hasonló a helyzet szeletben is, a szeletkészítés előtti időhöz mérve patkányban a fordított aktivitás miatt rögtön látni, jó helyen van-e az elektród kisülés éjsaaka közepén 0.7, nappal közepén 1.4 Hz saját méréseinkben (9 sejt legalább 48 órán át) minden sejt oszcillátor a gének miatt, a NyP változás módosítja feltehetően a kisülést – mi szinkronizál? a sejtek GABA-t tartalmaznak, de gátlással is lehet szinkronizálni – ugyanakkor egyesek szerint nappal, mások szerint éjjel serkent a GABA a Cl gradiens megváltozása miatt, megint mások szerint mindig gátol a kisülés viszont nem kell az óra működéséhez: TTX és lidokain kérdés egyáltalán szinkronizáltak-e HT Meijer Meijer, J.H., Watanabe, K., Schaap, J., Albus, H., Détári, L.., J. Neurosci. 18(1998):9078

Outputs of the SCN PVN medial HT IGL other targets SCN shell core MPOA 21/34 PVN medial HT MPOA PVN, sPVN DMH, VMH IGL legfontosabb kapcsolatok kiemelni a tobozmirigy szabályozását a szimpatikus idegrendszeren keresztül endocrine neurons CRF, TRH, GnRH vegetative neurons sympathetic, parasympathetic integrating neurons other targets SCN shell core

Why do we sleep? Because it is nighttime Because I am sleepy 22/34 Why do we sleep? Because it is nighttime circadian regulation Because I am sleepy homeostatic regulation Because the lecture is boring luxury sleep – effects of internal-external stimuli

Humoral regulation of sleep 23/34 Humoral regulation of sleep closely related to homeostatic regulation something is being accumulated or used up sleep can be easily disturbed, but difficult to induce, appropriate control is a main issue two approaches: harmful effects of sleep deprivation stress is difficult to eliminate motivation to sleep is almost as strong as motivation to avoid pain - torture isolation of sleep factors following sleep deprivation during natural or experimentally evoked sleep testing prospective signal molecules normally present in our body

24/34 Sleep deprivation NREM deprivation: set-point of thermo-regulation increases REM deprivation: heat dissipation increases energy homeostasis becomes disturbed

25/34 Sleep factors Ishimori, Pieron, ~1910: dogs kept awake by forced walking for 10 days – successful sleep transfer methodological problems – repeated with positive results in goat-rat experiments deprivation is not needed for the effect – collection of human urine end result: muramyl peptide from the bacterial cell wall Monnier sleep induced by thalamic stimulation in rabbits: DSIP (9 aa-s) – the best candidate but: these are not natural sleep factors natural signal molecules: GHRH, adenosine, interleukin-1, TNFα, PGD2

Transfer of natural sleep 26/34 Transfer of natural sleep parabiotic animals: Matsumoto, 1972 – higher synchronity of NREM and REM sleep than between animals joined by their skin only de Andres, 1976 – transplantation of an additional head to dogs – independent sleep, 108 h survival Siamese twins – independent sleep is possible, but contradicting results exist Mukhametov, 1985-87 sleep in dolphins – the two hemispheres can sleep separately described in other animals as well: birds, whale, etc. – complete decussation of the visual pathway is a prerequisite

Unihemispheric sleep in dolphins 27/34 Unihemispheric sleep in dolphins

Synthesis 28/34

Why do we sleep? Because it is nighttime Because I am sleepy 29/34 Why do we sleep? Because it is nighttime circadian regulation Because I am sleepy homeostatic regulation Because the lecture is boring luxury sleep – effects of internal-external stimuli

Neuronal regulation of sleep 30/34 Neuronal regulation of sleep active hypothesis – basal state: waking Pavlov: irradiation of inhibition search for sleep centers - criteria: lesion – elimination of sleep stimulation – induction of sleep neuronal activity – correlated with sleep von Economo: encephalitis outbrake – basal forebrain midpontine pretrigeminal transsection - raphe – Jouvet, 1967 spindles - thalamus – Andersen and Anderson, 1968 passive hypothesis – basal state: sleep classical transsections of Bremer, 30’s  Moruzzi and Magoun, 1959 - ARAS Shute and Lewis, 1967 – supposed ACh pathways

Arousing areas midline and intralaminar nuclei (glu) 31/34 Arousing areas midline and intralaminar nuclei (glu) magnocellular BF sytem (ACh, GABA, ?) posterior-lateral hypothalamus (HA, ORX) midbrain and pontine nuclei (NA, ACh, glu, 5-HT, DA)

Role of the basal forebrain 32/34 Role of the basal forebrain von Economo: BF-POA promotes sleep, posterior HT promotes wakefulness Sterman and Clemente 1962- lesion causes decreased or fragmented sleep stimulation – sleep (also at high frequency!) conditioned response to sounds warming, ACh crystals – sleep late 70’s, early 80’s – description of the cholinergic system  cholinergic cells disappear or shrink in Alzheimer’s disease electrical – excitotoxic – selective lesion corticopetal projection is not exclusively cholinergic SCN, thermoregulation, proximity of HT, VLPO, prefrontal cortex – high importance

Unilateral lesion of BF I. 33/34 Unilateral lesion of BF I. Vanderwolf, C.H., Int. Rev. Neurobiol., 30 (1988): 225-340

Unilateral lesion of BF II. 34/34 Unilateral lesion of BF II. scopolamine no drug before lesion after R. NB lesion modified from Buzsáki et al., J.Neurosci 8 (1988): 4007-4026

Berger - 1929 bár voltak korábi próbálkozások állatok feltárt agykérgén (Richard Caton, 1875, Liverpool, majom és nyúl, tőle függetlenül Adolf Beck, 1891, Krakow, majd Lvov, nyúl és kutya – leírták a ritmikus oszcillációkat, az ingerek hatását, és a ritmusok függését az állat állapotától), az első, aki emberi EEG-t regisztrált a hajas fejbőrről, és leírta annak kapcsolatát az éberségi szinttel, Hans Berger volt Jenaban. az első regisztrálás saját fián 1925-ben a Siemens igen modern berendezéseivel 1929 és 1938 között 23 cikk (már akkor is fontos volt a publikációs lista)

Sleep stages

Brainstem transsections