فیزیولوژی پزشکی گانونگ؛ فعالیت الکتریکی مغز، حالت‌های خواب-بیداری و ریتم‌های شبانه روزی

INTRODUCTION

Most of the sensory systems introduced in Chapters 8-12 relay impulses from receptors via multiunit pathways to specific sites in the cerebral cortex. The impulses are responsible for perception and localization of individual sensations; however, they must be processed in the awake brain to be perceived. There is a spectrum of behavioral states ranging from deep sleep through alertness with focused attention. Each distinct state is correlated with a discrete pattern of brain electrical activity. Feedback oscillations within the cerebral cortex and between the thalamus and the cortex produce this activity and are determinants of the behavioral state. Arousal can be produced by sensory stimulation and by impulses ascending from the brainstem to the thalamus and then to the cortex. Some of these activities have rhythmic fluctuations that are approximately 24 h in length (circadian rhythm).

مقدمه

بیشتر سیستم‌های حسی معرفی شده در فصل‌های ۸-۱۲، تکانه‌های گیرنده‌ها را از طریق مسیرهای چند واحدی به مکان‌های خاصی در قشر مغز منتقل می‌کنند. تکانه‌ها مسئول درک و محلی سازی احساسات فردی هستند. با این حال، آنها باید در مغز بیدار پردازش شوند تا درک شوند. طیفی از حالات رفتاری از خواب عمیق تا هوشیاری با توجه متمرکز وجود دارد. هر حالت متمایز با یک الگوی مجزا از فعالیت الکتریکی مغز در ارتباط است. نوسانات بازخورد در داخل قشر مغز و بین تالاموس و قشر این فعالیت را ایجاد می‌کند و تعیین کننده وضعیت رفتاری است. برانگیختگی را می‌توان با تحریک حسی و با افزایش تکانه‌ها از ساقه مغز به تالاموس و سپس به قشر مغز ایجاد کرد. برخی از این فعالیت‌ها دارای نوسانات ریتمیک هستند که طول آن تقریباً ۲۴ ساعت است (ریتم شبانه روزی).

THALAMOCORTICAL PATHWAYS & ASCENDING AROUSAL SYSTEM

THALAMIC NUCLEI

The thalamus within the diencephalon is comprised of groups of nuclei that participate in sensory, motor, and limbic functions. The thalamus is the “gateway to the cerebral cortex” because it processes virtually all information that reaches the cortex. The thalamus also receives input from the cortex.

مسیرهای تالاموکورتیکال و سیستم برانگیختگی صعودی

هسته تالاموس

تالاموس درون دی انسفالون از گروه‌هایی از هسته‌ها تشکیل شده است که در عملکردهای حسی، حرکتی و لیمبیک شرکت می‌کنند. تالاموس “دروازه ای به قشر مغز” است زیرا تقریباً تمام اطلاعاتی را که به قشر مغز می‌رسد پردازش می‌کند. تالاموس نیز ورودی را از قشر مغز دریافت می‌کند.

The thalamus has two major groups of nuclei: those that project diffusely to wide areas of the neocortex (midline and intralaminar nuclei) and those that project to discrete regions of the neocortex and limbic system (specific sensory relay nuclei). The latter group includes the medial and lateral geniculate bodies that relay auditory and visual impulses to the auditory and visual cortices, respectively, and the ventral posterior lateral (VPL) and ventral posteromedial nuclei that relay somatosensory information to the postcentral gyrus. The ventral anterior and ventral lateral nuclei receive input from the basal ganglia and the cerebellum and project to the motor cortex. The anterior nuclei receive input from the mammillary bodies and project to the limbic cortex to influence memory and emotion. Most thalamic neurons are excitatory and release glutamate. The thalamus also contains inhibitory neurons in the thalamic reticular nucleus. These neurons release GABA, and unlike many thalamic neurons, their axons do not project to the cortex. Rather, they are thalamic interneurons and modulate the responses of other thalamic neurons to input coming from the cortex.

تالاموس دارای دو گروه عمده از هسته است: آنهایی که به صورت پراکنده به نواحی وسیعی از نئوکورتکس (هسته‌های خط میانی و داخل لایه‌ای) و آنهایی که به مناطق مجزای نئوکورتکس و سیستم لیمبیک (هسته‌های رله حسی خاص) می‌تابند. گروه دوم شامل اجسام ژنیکوله داخلی و جانبی است که تکانه‌های شنوایی و بصری را به ترتیب به قشر شنوایی و بینایی منتقل می‌کنند و هسته‌های جانبی خلفی شکمی‌(VPL) و هسته‌های خلفی شکمی‌که اطلاعات حسی جسمی‌را به شکنج پس مرکزی منتقل می‌کنند. هسته‌های قدامی‌شکمی‌و جانبی شکمی‌ورودی را از گانگلیون‌های قاعده ای و مخچه دریافت می‌کنند و به قشر حرکتی می‌روند. هسته‌های قدامی‌ورودی از بدن پستانداران دریافت می‌کنند و به قشر لیمبیک می‌روند تا بر حافظه و احساسات تأثیر بگذارند. بیشتر نورون‌های تالاموس تحریک کننده هستند و گلوتامات آزاد می‌کنند. تالاموس همچنین حاوی نورون‌های بازدارنده در هسته شبکه تالاموس است. این نورون‌ها گابا را آزاد می‌کنند و بر خلاف بسیاری از نورون‌های تالاموس، آکسون‌های آن‌ها به قشر بیرون زده نمی‌شوند. در عوض، آنها نورون‌های داخلی تالاموس هستند و پاسخ سایر نورون‌های تالاموس را به ورودی‌هایی که از قشر مغز می‌آید تعدیل می‌کنند.

CORTICAL ORGANIZATION

The neocortex is arranged in six layers (Figure 14-1). Afferents from the specific nuclei of the thalamus terminate primarily in layer IV; the nonspecific nuclei project to layers I-IV. Pyramidal neurons, the most common cell type in the cortex, have extensive vertical dendritic trees that reach toward the cortical surface (Figure 14-2). Their cell bodies are found in all cortical layers except layer I. The axons of pyramidal cells have recurrent collaterals that turn back and synapse on the superficial portions of the dendritic trees. Pyramidal neurons are excitatory neurons that release glutamate at their terminals, and they are the only projection neurons of the cortex.

سازمان کورتیکال

نئوکورتکس در شش لایه قرار گرفته است (شکل ۱۴-۱). آوران‌های هسته‌های خاص تالاموس عمدتاً به لایه IV ختم می‌شوند. پروژه هسته‌های غیر اختصاصی به لایه‌های I-IV. نورون‌های هرمی، رایج ترین نوع سلول در قشر، دارای درختان دندریتیک عمودی گسترده ای هستند که به سطح قشر مغز می‌رسند (شکل ۱۴-۲). بدن سلولی آنها در تمام لایه‌های قشری به جز لایه I یافت می‌شود. آکسون‌های سلول‌های هرمی‌دارای وثیقه‌های مکرر هستند که به عقب برمی‌گردند و روی قسمت‌های سطحی درختان دندریتیک سیناپس می‌شوند. نورون‌های هرمی‌نورون‌های تحریک‌کننده‌ای هستند که گلوتامات را در انتهای خود آزاد می‌کنند و تنها نورون‌های برون‌کنندگی قشر هستند.

The other cortical cell types are local circuit interneurons and are classified based on their shape, pattern of projection, and neurotransmitter. Inhibitory interneurons (basket cells and chandelier cells) release GABA as their neurotransmitter. Basket cells have long axonal endings that surround the soma of pyramidal neurons; they account for most inhibitory synapses on the pyramidal soma and dendrites. Chandelier cells are a powerful source of inhibition of pyramidal neurons because their axonal endings terminate exclusively on the initial segment of the pyramidal cell axon. Their terminal boutons form short vertical rows that resemble candlesticks, thus accounting for their name. Spiny stellate cells are excitatory neurons that release glutamate; these multipolar interneurons are located primarily in layer IV and are a major recipient of sensory information arising from the thalamus.

انواع دیگر سلول‌های قشر مغز، نورون‌های داخلی مدار محلی هستند و بر اساس شکل، الگوی برآمدگی و انتقال دهنده عصبی طبقه بندی می‌شوند. نورون‌های بازدارنده (سلول‌های سبد و سلول‌های لوستر) GABA را به عنوان انتقال دهنده عصبی خود آزاد می‌کنند. سلول‌های سبد دارای انتهای آکسونی بلندی هستند که سومای نورون‌های هرمی‌را احاطه کرده اند. آنها بیشتر سیناپس‌های بازدارنده روی سوما و دندریت‌های هرمی‌را تشکیل می‌دهند. سلول‌های لوستر منبع قدرتمندی برای مهار نورون‌های هرمی‌هستند زیرا انتهای آکسونی آنها منحصراً به بخش اولیه آکسون سلول هرمی‌ختم می‌شود. بوتون‌های انتهایی آن‌ها ردیف‌های عمودی کوتاهی را تشکیل می‌دهند که شبیه شمعدان هستند، بنابراین نام آن‌ها را تشکیل می‌دهند. سلول‌های ستاره ای خاردار نورون‌های تحریک کننده ای هستند که گلوتامات را آزاد می‌کنند. این نورون‌های چند قطبی عمدتاً در لایه IV قرار دارند و گیرنده اصلی اطلاعات حسی ناشی از تالاموس هستند.

In addition to being organized into layers, the cerebral cortex is also organized into columns. Neurons within a column have similar response properties, suggesting they comprise a local processing network (eg, orientation and ocular dominance columns in the visual cortex).

قشر مغز علاوه بر سازماندهی به لایه‌ها، به صورت ستونی نیز سازماندهی شده است. نورون‌های درون یک ستون دارای ویژگی‌های پاسخ مشابهی هستند، که نشان می‌دهد آنها یک شبکه پردازش محلی را تشکیل می‌دهند (به عنوان مثال، جهت‌گیری و ستون‌های غالب چشمی‌در قشر بینایی).

FIGURE 14-1 Structure of the cerebral cortex. The cortical layers are indicated by the numbers. Golgi stain shows neuronal cell bodies and dendrites, Nissl stain shows cell bodies, and Weigert myelin sheath stain shows myelinated nerve fibers. (Modified with permission from Ranson SW, Clark SL: The Anatomy of the Nervous System, 10th ed. St. Louis, MO: Saunders; 1959.)

شکل ۱۴-۱ ساختار قشر مغز. لایه‌های قشر مغز با اعداد نشان داده می‌شوند. رنگ گلژی اجسام و دندریت‌های سلول عصبی را نشان می‌دهد، رنگ Nissl اجسام سلولی را نشان می‌دهد و رنگ آمیزی غلاف میلین Weigert فیبرهای عصبی میلین دار را نشان می‌دهد. (با اجازه رانسون اس دبلیو، کلارک SL: آناتومی‌سیستم عصبی، ویرایش دهم سنت لوئیس، MO: ساندرز، ۱۹۵۹ اصلاح شده است.)

FIGURE 14-2 Neocortical pyramidal cell, showing the distribution of neurons that terminate on it. A denotes nonspecific afferents from the brainstem and the thalamus; B denotes recurrent collaterals of pyramidal cell axons; C denotes commissural fibers from mirror image sites in the contralateral hemisphere; D denotes specific afferents from thalamic sensory relay nuclei. (Based on Scheibel ME, Scheibel AB: Structural organization of nonspecific thalamic nuclei and their projection toward cortex. Brain Res 1967 Sep; 6(1):60- 94.)

شکل ۱۴-۲ سلول هرمی‌نئوکورتیکال، توزیع نورون‌هایی که به آن ختم می‌شوند را نشان می‌دهد. A نشان دهنده آوران‌های غیر اختصاصی از ساقه مغز و تالاموس است. B نشان دهنده وثیقه‌های مکرر آکسون‌های سلول‌های هرمی‌است. C نشان دهنده الیاف commissural از سایت‌های تصویر آینه ای در نیمکره طرف مقابل است. D نشان دهنده آوران‌های خاص از هسته رله حسی تالاموس است. (براساس Scheibel ME، Scheibel AB: سازماندهی ساختاری هسته‌های غیر اختصاصی تالاموس و طرح ریزی آنها به سمت قشر مغز. Brain Res 1967 Sep; 6 (1): 60-94.)

Evoked Cortical Potentials

The electrical events that occur in the cortex after stimulation of a sensory receptor can be monitored with a recording electrode. If the electrode is over the primary receiving area for a particular sense, a surface-positive wave appears with a latency of 5-12 ms. This is followed by a small negative wave, and then a larger, more prolonged positive deflection frequently occurs with a latency of 20-80 ms. The first positive-negative wave sequence is the primary evoked potential; the second is the diffuse secondary response.

پتانسیل‌های کورتیکال برانگیخته شده

وقایع الکتریکی که پس از تحریک گیرنده حسی در قشر رخ می‌دهد را می‌توان با یک الکترود ضبط نظارت کرد. اگر الکترود روی ناحیه دریافت اولیه برای حس خاصی باشد، یک موج سطح مثبت با تاخیر ۵-۱۲ میلی ثانیه ظاهر می‌شود. به دنبال آن یک موج منفی کوچک دنبال می‌شود و سپس یک انحراف مثبت بزرگتر و طولانی تر اغلب با تاخیر ۲۰-۸۰ میلی ثانیه رخ می‌دهد. اولین توالی موج مثبت-منفی پتانسیل برانگیخته اولیه است. دوم پاسخ ثانویه منتشر است.

The primary evoked potential is highly specific in its location and occurs only where the pathways from a particular sensory system project The positive- negative wave sequence recorded from the surface of the cortex occurs because the superficial cortical layers are positive relative to the initial negativity, then negative relative to the deep hyperpolarization. The surface-positive diffuse secondary response, unlike the primary response, is not highly localized. It appears at the same time over most of the cortex and is due to activity in projections from the midline and intralaminar thalamic nuclei.

پتانسیل برانگیخته اولیه در مکان خود بسیار خاص است و تنها در جایی رخ می‌دهد که مسیرهای یک سیستم حسی خاص پیش می‌روند. توالی موج مثبت-منفی ثبت شده از سطح قشر به این دلیل اتفاق می‌افتد که لایه‌های سطحی قشر نسبت به منفی اولیه مثبت و سپس نسبت به‌هایپرپلاریزاسیون عمیق منفی هستند. پاسخ ثانویه منتشر مثبت سطح، بر خلاف پاسخ اولیه، بسیار موضعی نیست. این به طور همزمان در بیشتر قسمت‌های قشر ظاهر می‌شود و به دلیل فعالیت در برآمدگی‌ها از خط میانی و هسته‌های تالاموس داخل لامینار است.

ASCENDING AROUSAL SYSTEM

The ascending arousal system is a complex polysynaptic pathway comprised of monoaminergic, cholinergic, and histaminergic neurons that project to the intralaminar and reticular nuclei of the thalamus which, in turn, project diffusely to wide regions of the cortex including the frontal, parietal, temporal, and occipital cortices (Figure 14-3). Collaterals funnel into it not only from the long ascending sensory tracts but also from the trigeminal, auditory, visual, and olfactory systems. The complexity of the ascending arousal system and the degree of convergence in it abolish modality specificity, and most neurons are activated with equal facility by different sensory stimuli. Components of the arousal system include norepinephrine-containing neurons in the pontine locus coeruleus, serotoninergic neurons in the brainstem raphe nuclei, cholinergic neurons in the pontine and midbrain pedunculopontine and laterodorsal tegmental nuclei, and histaminergic neurons in the hypothalamic tuberomammilary nucleus.

سیستم برانگیختگی صعودی

سیستم برانگیختگی صعودی یک مسیر پلی سیناپسی پیچیده متشکل از نورون‌های مونوآمینرژیک، کولینرژیک و هیستامینرژیک است که به هسته‌های اینترالامینار و رتیکولار تالاموس امتداد می‌یابند که به نوبه خود، به طور منتشر به مناطق وسیعی از قشر مغز از جمله قشرهای پیشانی، آهیانه، گیجگاهی و پس‌سری امتداد می‌یابند (شکل ۱۴-۳). رشته‌های جانبی نه تنها از مسیرهای حسی صعودی طولانی، بلکه از سیستم‌های سه قلو، شنوایی، بینایی و بویایی نیز به درون آن سرازیر می‌شوند. پیچیدگی سیستم برانگیختگی صعودی و میزان همگرایی در آن، ویژگی مدالیته را از بین می‌برد و اکثر نورون‌ها با سهولت برابر توسط محرک‌های حسی مختلف فعال می‌شوند. اجزای سیستم برانگیختگی شامل نورون‌های حاوی نوراپی نفرین در لوکوس سرولئوس پل مغزی، نورون‌های سروتونینرژیک در هسته‌های رافه ساقه مغز، نورون‌های کولینرژیک در هسته‌های پدانکولوپونتین و تگمنتوم خلفی-جانبی پل مغزی و مغز میانی، و نورون‌های هیستامینرژیک در هسته توبرومامیلاری هیپوتالاموس هستند.

FIGURE 14-3 Cross section through the midline of the human brain showing the ascending arousal system in the brainstem with projections to the intralaminar nuclei of the thalamus and the output from the intralaminar nuclei to many parts of the cerebral cortex. Activation of these areas can be shown by positive emission tomography scans when subjects shift from a relaxed awake state to an attention-demanding task.

شکل ۱۴-۳ برش عرضی از خط وسط مغز انسان که سیستم برانگیختگی صعودی را در ساقه مغز با برآمدگی به هسته‌های داخل لایه ای تالاموس و خروجی از هسته‌های داخل لایه ای به بسیاری از قسمت‌های قشر مغز نشان می‌دهد. فعال شدن این نواحی را می‌توان با اسکن توموگرافی تابشی مثبت نشان داد، زمانی که آزمودنی‌ها از حالت بیداری آرام به یک کار نیازمند توجه تغییر مکان می‌دهند.

NEUROCHEMICAL MECHANISMS PROMOTING SLEEP & AROUSAL

Transitions between sleep and wakefulness manifest a circadian rhythm consisting of an average of 6-8 h of sleep and 16-18 h of wakefulness. Nuclei in both the brainstem and hypothalamus are critical for the transitions between these states of consciousness. As described above, the brainstem ascending arousal system is comprised of several groups of neurons that release norepinephrine, serotonin, acetylcholine, or histamine. The locations and wide projections of these neuronal populations are shown in Figure 7-2. The forebrain is also involved in the control of the sleep-wake cycles via hypothalamic preoptic neurons that release GABA and tuberomamilary neurons that release histamine. Also, hypothalamic neurons release orexin to play a role in switching between sleep and wakefulness.

مکانیسم‌های عصبی شیمیایی که خواب و برانگیختگی را ارتقا می‌دهند

انتقال بین خواب و بیداری یک ریتم شبانه روزی متشکل از میانگین ۶-۸ ساعت خواب و ۱۶-۱۸ ساعت بیداری را نشان می‌دهد. هسته‌ها در ساقه مغز و هیپوتالاموس برای انتقال بین این حالت‌های هوشیاری حیاتی هستند. همانطور که در بالا توضیح داده شد، سیستم برانگیختگی صعودی ساقه مغز از چندین گروه نورون تشکیل شده است که نوراپی نفرین، سروتونین، استیل کولین یا هیستامین را آزاد می‌کنند. مکان‌ها و پیش بینی‌های گسترده این جمعیت‌های عصبی در شکل ۷-۲ نشان داده شده است. مغز جلویی همچنین در کنترل چرخه خواب و بیداری از طریق نورون‌های پیش اپتیک هیپوتالاموس که GABA و نورون‌های توبرومیلاری را آزاد می‌کنند که هیستامین آزاد می‌کنند، درگیر است. همچنین، نورون‌های هیپوتالاموس، اورکسین را آزاد می‌کنند تا در تغییر بین خواب و بیداری نقش داشته باشند.

One theory regarding the basis for transitions from sleep to wakefulness involves alternating reciprocal activity of different groups of neurons in the ascending arousal system. In this model (Figure 14-4), wakefulness and rapid eye movement (REM) sleep are at opposite extremes. When the activity of norepinephrine- and serotonin-containing neurons (locus coeruleus and raphé nuclei) is dominant, activity in acetylcholine-containing pontine neurons is reduced. This pattern of activity contributes to the appearance of the awake state. The reverse of this pattern leads to REM sleep. When there is a more even balance between the activity of the aminergic and cholinergic neurons, non- REM sleep occurs. The orexin released from hypothalamic neurons may regulate the changes in activity in these brainstem neurons. An increased release of GABA and reduced release of histamine increase the likelihood of non-REM sleep via deactivation of the thalamus and cortex. Wakefulness occurs when GABA release is reduced and histamine release is increased.

یک نظریه در مورد مبنای انتقال از خواب به بیداری شامل فعالیت متقابل متناوب گروه‌های مختلف نورون‌ها در سیستم برانگیختگی صعودی است. در این مدل (شکل ۱۴-۴)، خواب بیداری و حرکت سریع چشم (REM) در حد مخالف قرار دارند. هنگامی‌که فعالیت نورون‌های حاوی نوراپی نفرین و سروتونین (لوکوس سرولئوس و هسته‌های رافه) غالب باشد، فعالیت در نورون‌های پونتین حاوی استیل کولین کاهش می‌یابد. این الگوی فعالیت به ظهور حالت بیداری کمک می‌کند. معکوس این الگو به خواب REM منجر می‌شود. زمانی که تعادل یکنواخت تری بین فعالیت نورون‌های آمینرژیک و کولینرژیک وجود داشته باشد، خواب غیر REM رخ می‌دهد. اورکسین آزاد شده از نورون‌های هیپوتالاموس ممکن است تغییرات در فعالیت این نورون‌های ساقه مغز را تنظیم کند. افزایش ترشح GABA و کاهش ترشح هیستامین، احتمال خواب غیر REM را از طریق غیرفعال کردن تالاموس و قشر مغز افزایش می‌دهد. بیداری زمانی رخ می‌دهد که ترشح GABA کاهش یافته و ترشح هیستامین افزایش یابد.

FIGURE 14-4 A model of how alternating activity of brainstem and hypothalamic neurons may influence the different states of consciousness. In this model, wakefulness and REM sleep are at opposite extremes. When the activity of norepinephrine- and serotonin-containing neurons (locus coeruleus and raphe nuclei) is dominant, there is a reduced level of activity in acetylcholine-containing pontine neurons leading to wakefulness. The reverse of this pattern leads to REM sleep. A more even balance in the activity of these groups of neurons is associated with non-REM (NREM) sleep. Increases in GABA and decreases in histamine promote non-REM sleep via deactivation of the thalamus and cortex. Wakefulness occurs when GABA is reduced and histamine is released. (Used with permission from Widmaier EP, Raff H, Strang KT: Vander’s Human Physiology, 11th ed. New York, NY: McGraw-Hill; 2008.)

شکل ۱۴-۴ مدلی از اینکه چگونه فعالیت متناوب ساقه مغز و نورون‌های هیپوتالاموس ممکن است بر حالات مختلف هوشیاری تأثیر بگذارد. در این مدل، بیداری و خواب REM در افراط مخالف قرار دارند. هنگامی‌که فعالیت نورون‌های حاوی نوراپی نفرین و سروتونین (لوکوس سرولئوس و هسته‌های رافه) غالب است، سطح فعالیت نورون‌های پونتین حاوی استیل کولین کاهش می‌یابد که منجر به بیداری می‌شود. معکوس این الگو به خواب REM منجر می‌شود. تعادل یکنواخت تر در فعالیت این گروه از نورون‌ها با خواب غیر REM (NREM) مرتبط است. افزایش GABA و کاهش هیستامین، خواب غیر REM را از طریق غیرفعال کردن تالاموس و قشر مغز، افزایش می‌دهد. بیداری زمانی رخ می‌دهد که GABA کاهش یابد و هیستامین آزاد شود. (با اجازه Widmaier EP, Raff H, Strang KT: Vander’s Human Physiology, ed. 11 New York, NY: McGraw-Hill; 2008 استفاده شد.)

THE ELECTROENCEPHALOGRAM

The term electroencephalogram (EEG) refers to a recording that represents the electrical activity of the brain. The EEG can be recorded with scalp electrodes through the unopened skull. The term electrocorticogram is used for the recording obtained with electrodes on the pial surface of the cortex.

الکتروانسفالوگرام

اصطلاح الکتروانسفالوگرام (EEG) به ضبطی اشاره دارد که فعالیت الکتریکی مغز را نشان می‌دهد. EEG را می‌توان با الکترودهای پوست سر از طریق جمجمه باز نشده ثبت کرد. اصطلاح الکتروکورتیکوگرام برای ضبط به دست آمده با الکترودهای روی سطح پیال قشر مغز استفاده می‌شود.

The EEG recorded from the scalp is a measure of the summation of dendritic postsynaptic potentials rather than action potentials (Figure 14-5). The dendrites of the cortical neurons are a forest of similarly oriented, densely packed units in the superficial layers of the cerebral cortex (Figure 14-1). Propagated potentials can be generated in dendrites. In addition, recurrent axon collaterals end on dendrites in the superficial layers. As excitatory and inhibitory endings on the dendrites of each cell become active, current flows into and out of these current sinks and sources from the rest of the dendritic processes and the cell body. The cell body-dendrite relationship is that of a constantly shifting dipole. Current flow in the dipole produces wavelike potential fluctuations in a volume conductor (Figure 14-5). When the sum of the dendritic activity is negative relative to the cell body, the neuron is depolarized and hyperexcitable; when it is positive, the neuron is hyperpolarized and less excitable.

EEG ثبت شده از پوست سر به جای پتانسیل عمل، اندازه گیری جمع پتانسیل‌های پس سیناپسی دندریتیک است (شکل ۱۴-۵). دندریت‌های نورون‌های قشر مغز جنگلی از واحدهای متراکم با جهت‌گیری مشابه در لایه‌های سطحی قشر مغز هستند (شکل ۱۴-۱). پتانسیل‌های انتشار یافته را می‌توان در دندریت‌ها ایجاد کرد. علاوه بر این، وثیقه‌های آکسون مکرر به دندریت‌های لایه‌های سطحی ختم می‌شوند. با فعال شدن پایانه‌های تحریک کننده و بازدارنده روی دندریت‌های هر سلول، جریان به داخل و خارج این جریان می‌ریزد و از بقیه فرآیندهای دندریتی و بدنه سلولی منشأ می‌گیرد. رابطه بدن سلولی و دندریت رابطه دوقطبی دائماً در حال تغییر است. جریان جریان در دوقطبی نوسانات پتانسیل موجی را در یک رسانای حجمی‌ایجاد می‌کند (شکل ۱۴-۵). هنگامی‌که مجموع فعالیت دندریتیک نسبت به بدن سلولی منفی است، نورون دپلاریزه و بیش از حد تحریک پذیر است. وقتی مثبت باشد، نورون‌هایپرپلاریزه و کمتر تحریک پذیر است.

FIGURE 14-5 Diagrammatic comparison of the electrical responses of the axon and the dendrites of a large cortical neuron. Current flow to and from active synaptic knobs on the dendrites produces wave activity, while all-or-none action potentials are transmitted along the axon. When the sum of the dendritic activity is negative relative to the cell body, the neuron is depolarized; when it is positive, the neuron is hyperpolarized. The electroencephalogram recorded from the scalp is a measure of the summation of dendritic postsynaptic potentials rather than action potentials.

شکل ۱۴-۵ مقایسه نموداری پاسخ‌های الکتریکی آکسون و دندریت‌های یک نورون بزرگ قشر مغز. جریان جریان به و از دستگیره‌های سیناپسی فعال روی دندریت‌ها فعالیت موجی ایجاد می‌کند، در حالی که پتانسیل‌های عمل همه یا هیچ در امتداد آکسون منتقل می‌شود. هنگامی‌که مجموع فعالیت دندریتیک نسبت به بدن سلولی منفی است، نورون دپلاریزه می‌شود. وقتی مثبت است، نورون‌هایپرپلاریزه می‌شود. الکتروانسفالوگرام ثبت شده از پوست سر به جای پتانسیل عمل، اندازه گیری جمع پتانسیل‌های پس سیناپسی دندریتیک است.

CLINICAL USES OF THE EEG

The EEG can be of value in localizing neuropathological processes. When fluid collection overlies a portion of the cortex, activity over this area may be damped. This fact may aid in diagnosing and localizing conditions such as subdural hematomas. Lesions in the cerebral cortex cause local formation of transient disturbances in brain activity, marked by high-voltage abnormal waves that can be recorded with an EEG. Seizure activity can occur because of increased firing of excitatory neurons (eg, release of glutamate) or decreased firing of inhibitory neurons (eg, release GABA).

کاربردهای بالینی EEG

EEG می‌تواند در محلی سازی فرآیندهای آسیب شناسی عصبی مفید باشد. هنگامی‌که جمع آوری مایع روی بخشی از قشر قرار می‌گیرد، ممکن است فعالیت در این ناحیه کاهش یابد. این واقعیت ممکن است در تشخیص و محلی سازی شرایطی مانند هماتوم ساب دورال کمک کند. ضایعات در قشر مغز باعث ایجاد اختلالات گذرا در فعالیت مغز می‌شود که با امواج غیر طبیعی با ولتاژ بالا مشخص می‌شود که می‌تواند با EEG ثبت شود. فعالیت تشنج می‌تواند به دلیل افزایش شلیک نورون‌های تحریک‌کننده (به عنوان مثال، آزادسازی گلوتامات) یا کاهش شلیک نورون‌های بازدارنده (مانند آزادسازی GABA) رخ دهد.

TYPES OF SEIZURES

Epilepsy is a condition in which there are recurring, unprovoked seizures that may result from damage to the brain. The seizures represent abnormal, highly synchronous neuronal activity. Epilepsy is a syndrome with multiple causes. In some forms, characteristic EEG patterns occur during seizures or between attacks; however, abnormalities are often difficult to demonstrate. Seizures are divided into partial (focal) seizures and generalized seizures.

انواع تشنج

صرع وضعیتی است که در آن تشنج‌های مکرر و غیرقابل تحریکی وجود دارد که ممکن است در نتیجه آسیب به مغز ایجاد شود. تشنج نشان دهنده فعالیت عصبی غیر طبیعی و بسیار همزمان است. صرع یک ​​سندرم با علل متعدد است. در برخی از اشکال، الگوهای مشخصه EEG در طول تشنج یا بین حملات رخ می‌دهد. با این حال، نشان دادن ناهنجاری‌ها اغلب دشوار است. تشنج‌ها به تشنج‌های جزئی (کانونی) و تشنج‌های عمومی‌تقسیم می‌شوند.

Partial seizures originate in a small group of neurons and can result from head injury, brain infection, stroke, or tumor; but often the cause is unknown. Symptoms depend on the seizure focus. They are further subdivided into simple partial seizures (without loss of consciousness) and complex partial seizures (with altered consciousness). An example of a simple partial seizure is localized jerking movements in one hand progressing to clonic movements of the entire arm lasting about 60-90 s. Auras typically precede the onset of a partial seizure and include abnormal sensations. The time after the seizure until normal neurologic function returns is called the postictal period.

تشنج‌های جزئی از گروه کوچکی از نورون‌ها منشا می‌گیرند و می‌توانند ناشی از آسیب سر، عفونت مغز، سکته مغزی یا تومور باشند. اما اغلب علت ناشناخته است. علائم به کانون تشنج بستگی دارد. آنها بیشتر به تشنج‌های جزئی ساده (بدون از دست دادن هوشیاری) و تشنج‌های جزئی پیچیده (با هوشیاری تغییر یافته) تقسیم می‌شوند. نمونه ای از تشنج جزئی ساده، حرکات تکان دهنده موضعی در یک دست است که به حرکات کلونیک کل بازو در حدود ۶۰ تا ۹۰ ثانیه ادامه می‌یابد.‌هاله‌ها معمولاً قبل از شروع یک تشنج جزئی هستند و شامل احساسات غیر طبیعی می‌شوند. زمان پس از تشنج تا بازگشت عملکرد نورولوژیک طبیعی را دوره پستیکتال می‌نامند.

Generalized seizures are associated with widespread electrical activity and involve both hemispheres simultaneously. They are further subdivided into convulsive and nonconvulsive categories depending on whether tonic or clonic movements occur. Absence seizures (formerly called petit mal seizures) are a form of nonconvulsive generalized seizures characterized by a momentary loss of consciousness. They are associated with 3/s doublets, each consisting of a typical spike-and-wave pattern of activity that lasts for about 10 s (Figure 14– ۶). They are not accompanied by auras or postictal periods. These spike and waves are likely generated by low threshold T-type Ca2+ channels in thalamic neurons.

تشنج عمومی‌با فعالیت الکتریکی گسترده همراه است و هر دو نیمکره را به طور همزمان درگیر می‌کند. بسته به اینکه حرکات تونیک یا کلونیک رخ دهد، آنها به دو دسته تشنجی و غیر تشنجی تقسیم می‌شوند. تشنج غیبت (که قبلاً تشنج پتی مال نامیده می‌شد) نوعی تشنج عمومی‌غیر تشنجی است که با از دست دادن لحظه ای هوشیاری مشخص می‌شود. آنها با دوتایی ۳/s همراه هستند، که هر کدام از یک الگوی فعالیت موج و سنبله تشکیل شده است که حدود ۱۰ ثانیه طول می‌کشد (شکل ۱۴-۶). آنها با‌هاله یا دوره پستیکتال همراه نیستند. این سنبله‌ها و امواج احتمالاً توسط کانال‌های ⁺Ca^۲ نوع T با آستانه پایین در نورون‌های تالاموس ایجاد می‌شوند.

FIGURE 14–۶ Absence seizures. This is a recording of four cortical EEG leads from a 6-year-old boy who, during the recording, had one of his “blank spells” in which he was transiently unaware of his surroundings and blinked his eyelids. Absence seizures are associated with 3/s doublets, each consisting of a typical spike-and-wave pattern of activity that lasts for about 10 s. Time is indicated by the horizontal calibration line. EEG, electroencephalogram. (Reproduced with permission from Waxman SG: Neuroanatomy with Clinical Correlations, 25th ed. New York, NY: McGraw-Hill; 2003.)

شکل ۱۴-۶ تشنج غیبت. این ضبط چهار سرنخ نوار مغزی قشری از یک پسر ۶ ساله است که در حین ضبط، یکی از “جادوهای خالی” خود را داشت که در آن به طور موقت از اطراف خود بی خبر بود و پلک‌های خود را پلک می‌زد. تشنج‌های غیبت با ۳ ثانیه دوتایی همراه هستند، که هر کدام شامل یک الگوی فعالیت موج و سنبله است که حدود ۱۰ ثانیه طول می‌کشد. زمان با خط کالیبراسیون افقی نشان داده می‌شود. نوار مغزی، الکتروانسفالوگرام. (تکثیر شده با اجازه Waxman SG: Neuroanatomy with Clinical Correlations, 25th. New York, NY: McGraw-Hill; 2003.)

Tonic-clonic seizures (formerly called grand mal seizure) are the most common convulsive generalized seizure. It is associated with sudden onset of contraction of limb muscles (tonic phase) lasting about 30 s, followed by a clonic phase with symmetric jerking of the limbs as a result of alternating contraction and relaxation (clonic phase) lasting 1-2 min. There is fast EEG activity during the tonic phase. Slow waves, each preceded by a spike, occur at the time of each clonic jerk; slow waves persist for a while after the attack.

تشنج‌های تونیک-کلونیک (که قبلاً تشنج گراند مال نامیده می‌شد) شایع ترین تشنج جنرالیزه تشنجی است. با شروع ناگهانی انقباض عضلات اندام (فاز تونیک) که حدود ۳۰ ثانیه طول می‌کشد، و به دنبال آن یک فاز کلونیک همراه با تکان دادن متقارن اندام‌ها در نتیجه انقباض و آرامش متناوب (فاز کلونیک) به مدت ۱-۲ دقیقه همراه است. فعالیت EEG سریع در مرحله تونیک وجود دارد. امواج آهسته که قبل از هر کدام یک سنبله وجود دارد، در زمان هر حرکت کلونیک رخ می‌دهد. امواج آهسته برای مدتی پس از حمله باقی می‌مانند.

The release of glutamate from astrocytes may play a role in in the pathophysiology of epilepsy. Also, there is evidence that reorganization of astrocytes along with dendritic sprouting and new synapse formation is the structural basis for recurrent excitation in the epileptic brain. Clinical Box 14-1 describes information on the role of genetic mutations in some forms of epilepsy.

انتشار گلوتامات از آستروسیت‌ها ممکن است در پاتوفیزیولوژی صرع نقش داشته باشد. همچنین، شواهدی وجود دارد که سازماندهی مجدد آستروسیت‌ها همراه با جوانه زدن دندریتی و تشکیل سیناپس جدید، اساس ساختاری برای تحریک مکرر در مغز صرعی است. جعبه بالینی ۱۴-۱ اطلاعاتی را در مورد نقش جهش‌های ژنتیکی در برخی از اشکال صرع توضیح می‌دهد.

CLINICAL BOX 14 -1

Genetic Mutations & Epilepsy

Epilepsy has no geographic, racial, sex, or social bias. It can occur at any age, but is most often diagnosed in infancy, childhood, adolescence, and old age. It is the second most common neurologic disorder after stroke. According to the World Health Organization, an estimated 50 million people worldwide (8.2 per 1000 individuals) experience epileptic seizures. The prevalence in developing countries (such as Colombia, Ecuador, India, Liberia, Nigeria, Panama, United Republic of Tanzania, and Venezuela) is more than 10 per 1000. Many affected individuals experience unprovoked seizures, for no apparent reason, and without any other neurologic abnormalities. These are called idiopathic epilepsies and are assumed to be genetic in origin. Mutations in voltage-gated potassium, sodium, and chloride channels have been linked to some forms of idiopathic epilepsy. Mutated ion channels can lead to neuronal hyperexcitability via various pathogenic mechanisms. Scientists have recently identified the mutated gene responsible for development of childhood absence epilepsy (CAE); several patients with CAE have mutations in a subunit gene of the GABA receptor called GABRB3. Also, SCN1A and SCN1B mutations have been identified in an inherited form of epilepsy called generalized epilepsy with febrile seizures. SCN1A and SCN1B are sodium channel subunit genes that are widely expressed within the central nervous system. SCN1A mutations are suspected in several other forms of epilepsy.

جعبه بالینی ۱۴ -۱

جهش ژنتیکی و صرع

صرع سوگیری جغرافیایی، نژادی، جنسیتی یا اجتماعی ندارد. ممکن است در هر سنی رخ دهد، اما اغلب در دوران نوزادی، کودکی، نوجوانی و پیری تشخیص داده می‌شود. این دومین اختلال عصبی شایع پس از سکته مغزی است. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، حدود ۵۰ میلیون نفر در سراسر جهان (۸.۲ در هر ۱۰۰۰ نفر) حملات صرع را تجربه می‌کنند. شیوع در کشورهای در حال توسعه (مانند کلمبیا، اکوادور، هند، لیبریا، نیجریه، پاناما، جمهوری متحد تانزانیا و ونزوئلا) بیش از ۱۰ نفر در ۱۰۰۰ است. بسیاری از افراد مبتلا بدون دلیل واضح و بدون هیچ گونه ناهنجاری عصبی دیگری، تشنج‌های غیرقابل تحریک را تجربه می‌کنند. این صرع‌های ایدیوپاتیک نامیده می‌شوند و منشأ ژنتیکی دارند. جهش در کانال‌های پتاسیم، سدیم و کلرید دارای ولتاژ با برخی از اشکال صرع ایدیوپاتیک مرتبط است. کانال‌های یونی جهش‌یافته می‌توانند از طریق مکانیسم‌های بیماری‌زای مختلف منجر به تحریک بیش از حد نورون شوند. دانشمندان اخیراً ژن جهش یافته را شناسایی کرده اند که مسئول ایجاد صرع غایب در دوران کودکی (CAE) است. چندین بیمار مبتلا به CAE دارای جهش در یک زیر واحد ژن گیرنده GABA به نام GABRB3 هستند. همچنین، جهش‌های SCN1A و SCN1B در شکل ارثی صرع به نام صرع عمومی‌همراه با تشنج ناشی از تب شناسایی شده است. SCN1A و SCN1B ژن‌های زیر واحد کانال سدیم هستند که به طور گسترده در سیستم عصبی مرکزی بیان می‌شوند. جهش‌های SCN1A در چندین شکل دیگر از صرع مشکوک هستند.

THERAPEUTIC HIGHLIGHTS

Only about two-thirds of those who experience seizure activity respond to drug therapies. Some respond to surgical interventions (eg, those with temporal lobe seizures), and others respond to vagal nerve stimulation (eg, those with partial seizures). Prior to the 1990s, the most common drugs used to treat seizures (anticonvulsants) included phenytoin, valproate, and barbiturates. Newer drugs have become available but, as is the case with the older drugs, they are palliative rather than curative. There are three broad mechanisms of action of anticonvulsant drugs: enhancing inhibitory neurotransmission (increased GABA release), reducing excitatory neurotransmission (decreased glutamate release), or altering ionic conductance. Gabapentin is a GABA analog that acts by decreasing Ca2+ entry into cells and reducing glutamate release; it is used to treat generalized seizures. Topiramate blocks voltage-gated Na+ channels associated with glutamate receptors and potentiates the inhibitory effect of GABA; it is also used to treat generalized seizures. Ethosuximide reduces the low threshold T-type Ca2+ currents in thalamic neurons and is particularly effective in treatment of absence seizures. Valproate and phenytoin block high-frequency firing of neurons by acting on voltage-gated Na+ channels to reduce glutamate release.

نکات برجسته درمانی

تنها حدود دو سوم از کسانی که فعالیت تشنجی را تجربه می‌کنند به درمان‌های دارویی پاسخ می‌دهند. برخی به مداخلات جراحی پاسخ می‌دهند (مثلاً کسانی که تشنج لوب گیجگاهی دارند)، و برخی دیگر به تحریک عصب واگ پاسخ می‌دهند (مثلاً کسانی که تشنج‌های جزئی دارند). قبل از دهه ۱۹۹۰، رایج ترین داروهای مورد استفاده برای درمان تشنج (ضد تشنج) شامل فنی توئین، والپروات و باربیتورات‌ها بود. داروهای جدیدتری در دسترس قرار گرفته‌اند، اما، همانطور که در مورد داروهای قدیمی‌تر اتفاق می‌افتد، به جای درمان، تسکین‌دهنده هستند. سه مکانیسم کلی اثر داروهای ضد تشنج وجود دارد: افزایش انتقال عصبی مهاری (افزایش انتشار GABA)، کاهش انتقال عصبی تحریکی (کاهش انتشار گلوتامات)، یا تغییر هدایت یونی. گاباپنتین یک آنالوگ GABA است که با کاهش ورود ⁺Ca^۲ به سلول‌ها و کاهش انتشار گلوتامات عمل می‌کند. برای درمان تشنج عمومی‌استفاده می‌شود. توپیرامات کانال‌های ⁺Na دارای ولتاژ مرتبط با گیرنده‌های گلوتامات را مسدود می‌کند و اثر مهاری GABA را تقویت می‌کند. همچنین برای درمان تشنج عمومی‌استفاده می‌شود. Ethosuximide جریان‌های ⁺Ca^۲ نوع T با آستانه پایین را در نورون‌های تالاموس کاهش می‌دهد و به ویژه در درمان تشنج‌های غیبت موثر است. والپروات و فنی توئین با اثر بر روی کانال‌های ⁺Na دارای ولتاژ برای کاهش انتشار گلوتامات، شلیک با فرکانس بالا نورون‌ها را مسدود می‌کنند.

SLEEP-WAKE CYCLE: VARIATIONS IN EEG RHYTHMS

ALPHA AND BETA RHYTHMS

In adult humans who are awake but at rest with the mind wandering and the eyes closed, the most prominent component of the EEG is a fairly regular pattern of waves at a frequency of 8-13 Hz and amplitude of 50-100 μV when recorded from the scalp. This pattern is the alpha rhythm (Figure 14-7). It is most marked in the parietal and occipital lobes and is associated with decreased levels of attention. The frequency and magnitude of the EEG rhythm can vary with age, with the use of some drugs, and in some pathological conditions (Clinical Box 14-2).

چرخه خواب و بیداری: تغییرات در ریتم‌های EEG

ریتم‌های آلفا و بتا

در انسان‌های بالغ که بیدار هستند اما در حالت استراحت با ذهن سرگردان و چشمان بسته هستند، برجسته ترین مؤلفه EEG یک الگوی نسبتاً منظم امواج با فرکانس ۸-۱۳ هرتز و دامنه ۵۰-۱۰۰ میکروولت است که از پوست سر ضبط می‌شود. این الگو ریتم آلفا است (شکل ۱۴-۷). بیشتر در لوب‌های جداری و پس سری مشخص می‌شود و با کاهش سطح توجه همراه است. فرکانس و بزرگی ریتم EEG می‌تواند با سن، با استفاده از برخی داروها و در برخی شرایط پاتولوژیک متفاوت باشد (باکس بالینی ۱۴-۲).

When attention is focused on something, the alpha rhythm is replaced by an irregular 13-30 Hz low-voltage activity, the beta rhythm (Figure 14-7). This phenomenon is called alpha block and can be produced by any form of sensory stimulation or mental concentration, such as solving arithmetic problems. Another term for this phenomenon is the arousal or alerting response because it is correlated with the aroused, alert state. It has also been called desynchronization because it represents breaking up of the obviously synchronized neural activity necessary to produce regular waves. However, the rapid EEG activity seen in the alert state is also synchronized but at a higher rate. Therefore, the term “desynchronization” is misleading.

هنگامی‌که توجه روی چیزی متمرکز می‌شود، ریتم آلفا با یک فعالیت ولتاژ پایین نامنظم ۱۳-۳۰ هرتز، ریتم بتا جایگزین می‌شود (شکل ۱۴-۷). این پدیده بلوک آلفا نامیده می‌شود و می‌تواند با هر نوع تحریک حسی یا تمرکز ذهنی مانند حل مسائل حسابی ایجاد شود. اصطلاح دیگر برای این پدیده واکنش برانگیختگی یا هشدار است زیرا با حالت برانگیخته و هشدار در ارتباط است. آن را همگام‌زدایی می‌نامند، زیرا نشان‌دهنده از هم گسیختگی فعالیت عصبی آشکارا هماهنگ لازم برای تولید امواج منظم است. با این حال، فعالیت سریع EEG که در حالت هشدار مشاهده می‌شود، همگام‌سازی می‌شود اما با سرعت بالاتر. بنابراین، اصطلاح “همگام سازی” گمراه کننده است.

FIGURE 14-7 EEG records showing the alpha and beta rhythms. When attention is focused on something, the 8-13 Hz alpha rhythm is replaced by an irregular 13-30 Hz low-voltage activity, the beta rhythm. This phenomenon is referred to as alpha block, arousal, or the alerting response. (Used with permission from Widmaier EP, Raff H, Strang KT: Vander’s Human Physiology, 11th ed. New York, NY: McGraw-Hill; 2008.)

شکل ۱۴-۷ EEG ریتم‌های آلفا و بتا را ثبت می‌کند. هنگامی‌که توجه روی چیزی متمرکز می‌شود، ریتم آلفای ۸-۱۳ هرتز با یک فعالیت ولتاژ پایین ۱۳-۳۰ هرتز نامنظم، ریتم بتا جایگزین می‌شود. به این پدیده بلوک آلفا، برانگیختگی یا پاسخ هشدار می‌گویند. (با اجازه Widmaier EP, Raff H, Strang KT: Vander’s Human Physiology, ed. 11 New York, NY: McGraw-Hill; 2008 استفاده شد.)

CLINICAL BOX 14-2

Variations in the Alpha Rhythm

In humans, the frequency of the dominant EEG rhythm at rest varies with age. In infants, there is fast, beta-like activity, but the occipital rhythm is a slow 0.5-2-Hz pattern. During childhood this latter rhythm speeds up, and the adult alpha pattern gradually appears during adolescence. The frequency of the alpha rhythm is decreased by low blood glucose levels, low body temperature, low levels of adrenal glucocorticoid hormones, and high arterial partial pressure of CO2 (PaCO2). It is increased by the reverse conditions. Forced over-breathing to lower the PaCO2 is sometimes used clinically to bring out latent EEG abnormalities. The frequency and magnitude of the alpha rhythm is also decreased by metabolic and toxic encephalopathies including those due to hyponatremia and vitamin B12 deficiency. The frequency of the alpha rhythm is reduced during acute intoxication with alcohol, amphetamines, barbiturates, phenytoin, and antipsychotics. Propofol, a hypnotic/sedative drug, can induce a rhythm in the EEG that is analogous to the classic alpha rhythm.

جعبه بالینی ۱۴-۲

تغییرات در ریتم آلفا

در انسان، فرکانس ریتم غالب EEG در حالت استراحت با سن متفاوت است. در نوزادان، فعالیت سریع و شبیه بتا وجود دارد، اما ریتم اکسیپیتال یک الگوی آهسته ۰.۵-۲-Hz است. در دوران کودکی این ریتم دوم سرعت می‌گیرد و الگوی آلفای بزرگسالان به تدریج در دوران نوجوانی ظاهر می‌شود. فرکانس ریتم آلفا با سطوح پایین گلوکز خون، دمای پایین بدن، سطوح پایین هورمون‌های گلوکوکورتیکوئید آدرنال و فشار جزئی شریانی بالای CO2 (PaCO2) کاهش می‌یابد. با شرایط معکوس افزایش می‌یابد. تنفس بیش از حد اجباری برای کاهش PaCO2 گاهی اوقات از نظر بالینی برای آشکار کردن ناهنجاری‌های پنهان EEG استفاده می‌شود. فرکانس و بزرگی ریتم آلفا نیز توسط انسفالوپاتی‌های متابولیک و سمی‌از جمله موارد ناشی از هیپوناترمی‌و کمبود ویتامین B12 کاهش می‌یابد. فرکانس ریتم آلفا در هنگام مسمومیت حاد با الکل، آمفتامین‌ها، باربیتورات‌ها، فنی توئین و داروهای ضد روان پریشی کاهش می‌یابد. پروپوفول، یک داروی خواب آور/ آرام بخش، می‌تواند ریتمی‌را در EEG القا کند که مشابه ریتم کلاسیک آلفا است.

SLEEP STAGES: NON-REM & REM SLEEP

Non-REM sleep is divided into four stages (Figure 14-8). Stage 1 non-REM sleep is the transition from wakefulness to sleep, the EEG shows a low-voltage, mixed frequency pattern. A theta rhythm (4-7 Hz) can be seen at this stage of sleep. Stage 2 of non-REM sleep is marked by the appearance of sinusoidal waves called sleep spindles (7-15 Hz) and occasional high voltage biphasic waves called K complexes. Muscle tone is reduced during this time. Stage 3 of non-REM sleep is characterized by the appearance of a high-amplitude delta rhythm (0.5-4 Hz) in the EEG, reflecting a further reduction is arousal, and a further reduction in muscle tone. Maximum slowing with large waves is seen in stage 4 of non-REM sleep. Thus, the characteristic of deep sleep is a pattern of rhythmic slow waves, indicative of marked synchronization of cortical and thalamic activity; it is sometimes referred to as slow-wave sleep. While the occurrence of theta and delta rhythms is normal during sleep, their appearance during wakefulness is a sign of brain dysfunction.

مراحل خواب: خواب غیر REM و REM

خواب غیر REM به چهار مرحله تقسیم می‌شود (شکل ۱۴-۸). مرحله ۱ خواب غیر REM انتقال از بیداری به خواب است، EEG یک الگوی ولتاژ پایین و فرکانس مختلط را نشان می‌دهد. ریتم تتا (۴-۷ هرتز) را می‌توان در این مرحله از خواب مشاهده کرد. مرحله ۲ خواب غیر REM با ظهور امواج سینوسی به نام دوک‌های خواب (۷-۱۵ هرتز) و گاهی اوقات امواج دو فازی ولتاژ بالا به نام کمپلکس K مشخص می‌شود. تون عضلانی در این مدت کاهش می‌یابد. مرحله ۳ خواب غیر REM با ظهور یک ریتم دلتا با دامنه بالا (۰.۵-۴ هرتز) در EEG مشخص می‌شود که نشان دهنده کاهش بیشتر برانگیختگی و کاهش بیشتر در تون عضلانی است. حداکثر کند شدن با امواج بزرگ در مرحله ۴ خواب غیر REM دیده می‌شود. بنابراین، ویژگی خواب عمیق، الگویی از امواج آهسته موزون است که نشان دهنده همزمانی مشخص فعالیت قشر و تالاموس است. گاهی اوقات به آن خواب موج آهسته نیز گفته می‌شود. در حالی که بروز ریتم‌های تتا و دلتا در طول خواب طبیعی است، ظهور آنها در هنگام بیداری نشانه ای از اختلال عملکرد مغز است.

FIGURE 14-8 EEG and muscle activity during various stages of the sleep- wake cycle. Non-REM sleep has four stages. Stage 1 is characterized by a slight slowing of the EEG. Stage 2 has high-amplitude K complexes and spindles. Stages 3 and 4 have slow, high-amplitude delta waves. REM sleep is characterized by eye movements, loss of muscle tone, and a low-amplitude, high-frequency activity pattern. The higher voltage activity in the EOG tracings during stages 2 and 3 reflect high amplitude EEG activity in the prefrontal areas rather than eye movements. EOG, electrooculogram registering eye movements; EMG, electromyogram registering skeletal muscle activity. (Reproduced with permission from Rechtschaffen A, Kales A: A Manual of Standardized Terminology, Techniques and Scoring System and Sleep Stages of Human Subjects. Los Angeles: University of California Brain Information Service; 1968.)

شکل ۱۴-۸ EEG و فعالیت ماهیچه ای در طول مراحل مختلف چرخه خواب و بیداری. خواب غیر REM چهار مرحله دارد. مرحله ۱ با کاهش جزئی EEG مشخص می‌شود. مرحله ۲ دارای کمپلکس‌ها و دوک‌های K با دامنه بالا است. مراحل ۳ و ۴ دارای امواج دلتا آهسته و با دامنه بالا هستند. خواب REM با حرکات چشم، از دست دادن تون عضلانی و الگوی فعالیت با دامنه کم و فرکانس بالا مشخص می‌شود. فعالیت ولتاژ بالاتر در ردیابی EOG در طول مراحل ۲ و ۳ منعکس کننده فعالیت EEG با دامنه بالا در نواحی جلوی مغز به جای حرکات چشم است. EOG، الکترواکولوگرام ثبت حرکات چشم. EMG، الکترومیوگرام ثبت کننده فعالیت عضلات اسکلتی. (تکثیر شده با مجوز Rechtschaffen A, Kales A: A Manual Standardized Terminology, Techniques and Scoring System and Sleep Stages of Human Subjects. Los Angeles: University of California Brain Information Service, 1968.)

The high-amplitude slow waves seen in the EEG during non-REM sleep are periodically replaced by rapid, low-voltage EEG activity in REM sleep (Figure 14-8). REM sleep gets its name from the characteristic rapid, roving eye movements that occur during this stage of sleep and are recorded as an electrooculogram (EOG). Except for eye movement, there is almost a complete loss of skeletal muscle tone in REM sleep. The threshold for arousal from sleep by sensory stimuli is elevated during this time. Another characteristic of REM sleep is the occurrence of large phasic potentials that originate in the cholinergic neurons in the pons and pass rapidly to the lateral geniculate body and from there to the occipital cortex. They are called pontogeniculo-occipital (PGO) spikes.

امواج آهسته با دامنه بالا که در EEG در طول خواب غیر REM مشاهده می‌شوند، به طور دوره ای با فعالیت سریع و ولتاژ پایین EEG در خواب REM جایگزین می‌شوند (شکل ۱۴-۸). خواب REM نام خود را از حرکات سریع و چرخشی چشم که در این مرحله از خواب رخ می‌دهد و به عنوان الکترواکولوگرام (EOG) ثبت می‌شود، گرفته است. به جز حرکت چشم، تقریباً تون عضلات اسکلتی در خواب REM از دست می‌رود. آستانه برانگیختگی از خواب توسط محرک‌های حسی در این مدت افزایش می‌یابد. یکی دیگر از ویژگی‌های خواب REM وجود پتانسیل‌های فازیک بزرگ است که از نورون‌های کولینرژیک در پونز منشأ می‌گیرند و به سرعت به بدن ژنیکوله جانبی و از آنجا به قشر اکسیپیتال منتقل می‌شوند. به آنها میخ‌های پونتوژنیکولو-اکسیپیتال (PGO) می‌گویند.

Positron emission tomography (PET) scans in REM sleep show increased activity in the pontine area, amygdala, and anterior cingulate gyrus, but decreased activity in the prefrontal and parietal cortex. Activity in visual association areas is increased, but activity is decreased in the primary visual cortex. This is consistent with increased emotion and operation of a closed neural system cut off from the areas that relate brain activity to the external world.

اسکن‌های توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) در خواب REM افزایش فعالیت در ناحیه پونتین، آمیگدال و شکنج سینگولیت قدامی‌را نشان می‌دهند، اما فعالیت در قشر جلوی پیشانی و جداری کاهش یافته است. فعالیت در نواحی تداعی بینایی افزایش می‌یابد، اما فعالیت در قشر بینایی اولیه کاهش می‌یابد. این با افزایش احساسات و عملکرد یک سیستم عصبی بسته بریده شده از مناطقی که فعالیت مغز را به دنیای بیرونی مرتبط می‌کند، سازگار است.

DISTRIBUTION OF SLEEP STAGES

In a typical night of sleep, a young adult first enters non-REM sleep, passes through stages 1 and 2, and spends 70-100 min in stages 3 and 4. Sleep then lightens, and a REM period follows. This cycle is repeated at intervals of about 90 min throughout the night (Figure 14-9). The cycles are similar, though there is less stage 3 and 4 sleep and more REM sleep toward morning; thus, four to six REM periods occur per night. REM sleep occupies 80% of total sleep time in premature infants and 50% in full-term neonates. Thereafter, the proportion of REM sleep falls rapidly and plateaus at about 25% until it falls to about 20% in the elderly. Children have more total sleep time (8-10 h) compared to most adults (about 6 h).

توزیع مراحل خواب

در یک شب معمولی خواب، یک بزرگسال جوان ابتدا وارد خواب غیر REM می‌شود، مراحل ۱ و ۲ را پشت سر می‌گذارد و ۷۰ تا ۱۰۰ دقیقه را در مراحل ۳ و ۴ می‌گذراند. سپس خواب سبک می‌شود و دوره REM به دنبال دارد. این چرخه با فواصل حدود ۹۰ دقیقه در طول شب تکرار می‌شود (شکل ۱۴-۹). چرخه‌ها مشابه هستند، اگرچه خواب مرحله ۳ و ۴ کمتر و خواب REM بیشتر تا صبح وجود دارد. بنابراین، چهار تا شش دوره REM در هر شب رخ می‌دهد. خواب REM 80 درصد از کل زمان خواب را در نوزادان نارس و ۵۰ درصد را در نوزادان ترم اشغال می‌کند. پس از آن، نسبت خواب REM به سرعت کاهش می‌یابد و در حدود ۲۵٪ افزایش می‌یابد تا زمانی که در افراد مسن به حدود ۲۰٪ کاهش می‌یابد. زمان خواب کل کودکان (۸ تا ۱۰ ساعت) در مقایسه با بیشتر بزرگسالان (حدود ۶ ساعت) بیشتر است.

Dreaming occurs in both REM and non-REM sleep stages, but their characteristics differ. Dreams that occur during REM sleep tend to be longer and more visual and emotional than those that occur during non-REM sleep.

خواب دیدن در هر دو مرحله خواب REM و غیر REM رخ می‌دهد، اما ویژگی‌های آنها متفاوت است. رویاهایی که در طول خواب REM رخ می‌دهند نسبت به خواب‌های غیر REM طولانی تر و بصری تر و احساسی تر هستند.

FIGURE 14–۹ Normal sleep cycles at various ages. REM sleep is indicated by the darker colored areas. In a typical night of sleep, a young adult first enters non-REM sleep, passes through stages 1 and 2, and spends 70-100 min in stages 3 and 4. Sleep then lightens, and a REM period follows. This cycle is repeated at intervals of about 90 min throughout the night. The cycles are similar, though there is less stage 3 and 4 sleep and more REM sleep toward morning. REM sleep occupies 50% of total sleep time in neonates; this proportion declines rapidly and plateaus at ~25% until it falls further in the elderly. (Reproduced with permission from Kales AM, Kales JD: Sleep disorders. N Engl J Med 1974; Feb 28; 290(9):487-499.)

شکل ۱۴-۹ چرخه خواب طبیعی در سنین مختلف. خواب REM با نواحی تیره رنگ نشان داده می‌شود. در یک شب معمولی خواب، یک بزرگسال جوان ابتدا وارد خواب غیر REM می‌شود، مراحل ۱ و ۲ را پشت سر می‌گذارد و ۷۰ تا ۱۰۰ دقیقه را در مراحل ۳ و ۴ می‌گذراند. سپس خواب سبک می‌شود و دوره REM به دنبال دارد. این چرخه با فواصل حدود ۹۰ دقیقه در طول شب تکرار می‌شود. چرخه‌ها مشابه هستند، اگرچه خواب مرحله ۳ و ۴ کمتر و خواب REM تا صبح بیشتر است. خواب REM 50 درصد از کل زمان خواب نوزادان را اشغال می‌کند. این نسبت به سرعت کاهش می‌یابد و در حدود ۲۵٪ افزایش می‌یابد تا زمانی که در افراد مسن کاهش می‌یابد. (تکثیر شده با اجازه از Kales AM، Kales JD: Sleep disorders. N Engl J Med 1974؛ فوریه ۲۸؛ ۲۹۰(۹):۴۸۷-۴۹۹.)

IMPORTANCE OF SLEEP

Various studies imply that sleep is needed to maintain metabolic-caloric balance, thermal equilibrium, and immune competence. Clinical Box 14-3 describes several common sleep disorders. If humans are awakened every time they show REM sleep and then permitted to sleep without interruption, they show a great deal more than the normal amount of REM sleep for a few nights. Relatively prolonged REM deprivation does not seem to have adverse psychological effects.

اهمیت خواب

مطالعات مختلف حاکی از آن است که خواب برای حفظ تعادل متابولیکی-کالری، تعادل حرارتی و صلاحیت ایمنی لازم است. جعبه بالینی ۱۴-۳ چندین اختلال خواب رایج را شرح می‌دهد. اگر انسان‌ها هر بار که خواب REM را نشان می‌دهند بیدار می‌شوند و سپس اجازه می‌دهند بدون وقفه بخوابند، بسیار بیشتر از مقدار معمول خواب REM برای چند شب نشان می‌دهند. به نظر نمی‌رسد محرومیت نسبتا طولانی مدت REM اثرات روانی نامطلوبی داشته باشد.

CLINICAL BOX 14-3

Sleep Disorders

Narcolepsy is a chronic neurologic disorder caused by the brain’s inability to regulate sleep-wake cycles normally. The affected individual experiences a sudden loss of voluntary muscle tone (cataplexy), an eventual irresistible urge to sleep during daytime, and possibly brief episodes of total paralysis at the beginning or end of sleep. Narcolepsy is also characterized by a sudden onset of REM sleep, unlike normal sleep that begins with non-REM, slow- wave sleep. The prevalence of narcolepsy ranges from 1 in 600 in Japan to 1 in 500,000 in Israel, with 1 in 1000 Americans being affected. Narcolepsy has a familial incidence strongly associated with a class II antigen of the major histocompatibility complex on chromosome 6 at the HLA-DR2 or HLA- DQW1 locus, implying a genetic susceptibility to narcolepsy. The HLA complexes are interrelated genes that regulate the immune system (see Chapter 3). Compared to brains from healthy persons, the brains of persons with narcolepsy often contain fewer hypocretin (orexin)-producing neurons in the hypothalamus. The HLA complex may increase susceptibility to an immune attack on these neurons, leading to their degeneration.

جعبه بالینی۱۴-۳

اختلالات خواب

نارکولپسی یک اختلال عصبی مزمن است که به دلیل ناتوانی مغز در تنظیم چرخه خواب و بیداری به طور طبیعی ایجاد می‌شود. فرد مبتلا دچار از دست دادن ناگهانی تون عضلانی ارادی (کاتاپلکسی)، یک میل غیرقابل مقاومت نهایی برای خواب در طول روز و احتمالاً دوره‌های کوتاه فلج کامل در ابتدا یا انتهای خواب می‌شود. نارکولپسی همچنین با شروع ناگهانی خواب REM مشخص می‌شود، برخلاف خواب طبیعی که با خواب غیر REM و با موج آهسته شروع می‌شود. شیوع نارکولپسی از ۱ در ۶۰۰ در ژاپن تا ۱ در ۵۰۰۰۰۰ در اسرائیل متغیر است و از هر ۱۰۰۰ آمریکایی ۱ نفر به آن مبتلا می‌شوند. نارکولپسی یک شیوع خانوادگی قویاً با آنتی ژن کلاس II از کمپلکس اصلی سازگاری بافتی در کروموزوم ۶ در جایگاه HLA-DR2 یا HLA-DQW1 دارد که نشان دهنده استعداد ژنتیکی به نارکولپسی است. کمپلکس‌های HLA ژن‌های مرتبط با هم هستند که سیستم ایمنی را تنظیم می‌کنند (به فصل ۳ مراجعه کنید). در مقایسه با مغز افراد سالم، مغز افراد مبتلا به نارکولپسی اغلب حاوی نورون‌های تولید کننده هیپوکرتین (اورکسین) کمتری در هیپوتالاموس است. کمپلکس HLA ممکن است حساسیت به حمله ایمنی به این نورون‌ها را افزایش دهد و منجر به انحطاط آنها شود.

Obstructive sleep apnea (OSA) is the most common cause of daytime sleepiness due to fragmented sleep at night; it affects about 24% of middle- aged men and 9% of women in the United States. Breathing ceases for more than 10 s during frequent episodes of obstruction of the upper airway (especially the pharynx) due to a reduction in muscle tone. The apnea causes brief arousals from sleep in order to reestablish upper airway tone. An individual with OSA typically begins to snore soon after falling asleep. The snoring gets progressively louder until it is interrupted by an episode of apnea, which is followed by a loud snort and gasp as the individual tries to breathe. OSA is not associated with a reduction in total sleep time, but individuals with OSA experience a much greater time in stage 1 non-REM sleep (from an average of 10% of total sleep to 30-50%) and a marked reduction in slow-wave sleep (stages 3 and 4 non-REM sleep). The pathophysiology of OSA includes both a reduction in neuromuscular tone at the onset of sleep and a change in the central respiratory drive.

آپنه انسدادی خواب (OSA) شایع ترین علت خواب آلودگی در طول روز به دلیل خواب پراکنده در شب است. حدود ۲۴ درصد از مردان میانسال و ۹ درصد از زنان در ایالات متحده را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در طول دوره‌های مکرر انسداد راه هوایی فوقانی (به خصوص حلق) به دلیل کاهش تون عضلانی، تنفس برای بیش از ۱۰ ثانیه متوقف می‌شود. آپنه باعث برانگیختگی‌های کوتاه از خواب می‌شود تا تون راه هوایی فوقانی را برقرار کند. یک فرد مبتلا به OSA معمولاً بلافاصله پس از به خواب رفتن شروع به خروپف می‌کند. خروپف به تدریج بلندتر می‌شود تا زمانی که با یک دوره آپنه قطع می‌شود، که با یک خرخر بلند و نفس نفس زدن به دنبال آن فرد سعی می‌کند نفس بکشد. OSA با کاهش کل زمان خواب همراه نیست، اما افراد مبتلا به OSA زمان بسیار بیشتری را در مرحله ۱ خواب غیر REM (از میانگین ۱۰٪ خواب کل به ۳۰-۵۰٪) و کاهش قابل توجهی در خواب با موج آهسته (مرحله ۳ و ۴ خواب غیر REM) تجربه می‌کنند. پاتوفیزیولوژی OSA شامل کاهش تون عصبی عضلانی در شروع خواب و تغییر در حرکت تنفسی مرکزی است.

Periodic limb movement disorder (PLMD) is a stereotypical rhythmic extension of the big toe and dorsiflexion of the ankle and knee during sleep lasting for about 0.5-10 s and recurring at intervals of 20-90 s. Movements can actually range from shallow, continual movement of the ankle or toes, to wild and strenuous kicking and flailing of the legs and arms. Electromyograph (EMG) recordings show bursts of activity during the first hours of non-REM sleep associated with brief EEG signs of arousal. The duration of stage 1 non-REM sleep may be increased and that of stages 3 and may be decreased compared to age-matched controls. PLMD is reported to occur in 5% of individuals between the ages of 30 and 50 and increases to 44% of those over the age of 65. PLMD is similar to restless leg syndrome or Willis-Ekbom disease in which individuals have an irresistible urge to move their legs while at rest all day long.

اختلال حرکتی دوره ای اندام (PLMD) یک اکستنشن ریتمیک کلیشه ای شست پا و خمیدگی پشتی مچ پا و زانو در طول خواب است که حدود ۰.۵-۱۰ ثانیه طول می‌کشد و در فواصل ۲۰-۹۰ ثانیه عود می‌کند. حرکات در واقع می‌تواند از حرکت کم عمق و مداوم مچ پا یا انگشتان پا گرفته تا لگد زدن و لرزیدن وحشیانه و شدید پاها و بازوها باشد. ضبط‌های الکترومیوگرافی (EMG) انفجارهای فعالیت را در اولین ساعات خواب غیر REM همراه با علائم کوتاه برانگیختگی EEG نشان می‌دهد. مدت مرحله ۱ خواب غیر REM ممکن است افزایش یافته و در مراحل ۳ و ممکن است در مقایسه با گروه کنترل همسان با سن کاهش یابد. گزارش شده است که PLMD در ۵% از افراد بین ۳۰ تا ۵۰ سال رخ می‌دهد و به ۴۴% در افراد بالای ۶۵ سال افزایش می‌یابد. PLMD مشابه سندرم پای بی قرار یا بیماری ویلیس-اکبوم است که در آن افراد میل مقاومت ناپذیری برای حرکت دادن پاهای خود در حالت استراحت در تمام طول روز دارند.

Sleepwalking (somnambulism), bed-wetting (nocturnal enuresis), and night terrors are referred to as parasomnias, which are sleep disorders associated with arousal from non-REM and REM sleep. Episodes of sleepwalking are more common in children than in adults and occur predominantly in males. They may last several minutes. Somnambulists walk with their eyes open and avoid obstacles, but when awakened they cannot recall the episodes.

راه رفتن در خواب (خواب‌روی)، شب ادراری (شب ادراری شبانه) و وحشت‌های شبانه به عنوان پاراسومنیا شناخته می‌شوند که اختلالات خواب مرتبط با برانگیختگی از خواب غیر REM و REM هستند. اپیزودهای راه رفتن در خواب در کودکان شایع تر از بزرگسالان است و عمدتاً در مردان رخ می‌دهد. ممکن است چند دقیقه طول بکشد. افراد خواب آور با چشمان باز راه می‌روند و از موانع دوری می‌کنند، اما وقتی بیدار می‌شوند نمی‌توانند قسمت‌ها را به خاطر بیاورند.

THERAPEUTIQ HIGHLIGHTS

Excessive daytime sleepiness in patients with narcolepsy can be treated with amphetamine-like stimulants, including modafinil, methylphenidate (Ritalin), and methamphetamine. Gamma hydroxybutyrate (GHB) is used to reduce the frequency of cataplexy attacks and the incidences of daytime sleepiness. Cataplexy is often treated with antidepressants such as imipramine and desipramine, but these drugs are not officially approved by the US Federal Drug Administration for such use. The most common treatment for OSA is continuous positive airflow pressure (CPAP), a machine that increases airway pressure to prevent airway collapse. Drugs have generally proven to have little or no benefit in treating OSA. Dopamine agonists, which are used to treat Parkinson disease, can be used to treat PLMD and restless leg syndrome.

نکات برجسته درمانی

خواب آلودگی بیش از حد در روز در بیماران مبتلا به نارکولپسی را می‌توان با محرک‌های شبه آمفتامین از جمله مودافینیل، متیل فنیدات (ریتالین) و متامفتامین درمان کرد. گاما هیدروکسی بوتیرات (GHB) برای کاهش دفعات حملات کاتاپلکسی و بروز خواب آلودگی در طول روز استفاده می‌شود. کاتاپلکسی اغلب با داروهای ضد افسردگی مانند ایمی‌پرامین و دزیپرامین درمان می‌شود، اما این داروها به طور رسمی‌توسط اداره داروی فدرال ایالات متحده برای چنین استفاده ای تایید نشده اند. رایج ترین درمان برای OSA فشار جریان هوا مثبت مداوم (CPAP) است، دستگاهی که فشار راه هوایی را برای جلوگیری از فروپاشی راه هوایی افزایش می‌دهد. به طور کلی ثابت شده است که داروها در درمان OSA فواید کمی‌دارند یا هیچ فایده ای ندارند. آگونیست‌های دوپامین، که برای درمان بیماری پارکینسون استفاده می‌شوند، می‌توانند برای درمان PLMD و سندرم پای بی قرار استفاده شوند.

CIRCADIAN RHYTHMS

ROLE OF SUPRACHIASMATIC NUCLEI

Most, if not all, living cells in plants and animals have rhythmic fluctuations in their function on a circadian cycle. Normally they become entrained or synchronized to the day-night light cycle in the environment. If they are not entrained, they become progressively more out of phase with the light-dark cycle because they are longer or shorter than 24 h. In most cases, the suprachiasmatic nuclei (SCN) play a major role in the entrainment process (Figure 14-10). The SCN receive information about the light-dark cycle via a special neural pathway, the retinohypothalamic fibers. Efferent fibers from the SCN initiate neural and humoral signals that entrain a wide variety of well- known circadian rhythms including the sleep-wake cycle and melatonin release from the richly vascularized pineal gland.

ریتم‌های شبانه روزی

نقش هسته‌های سوپراکیاسماتیک

اکثر سلول‌های زنده در گیاهان و جانوران، اگر نگوییم همه، دارای نوسانات ریتمیک در عملکرد خود در یک چرخه شبانه‌روزی هستند. به طور معمول آنها با چرخه نور روز و شب در محیط همراه یا هماهنگ می‌شوند. اگر آنها حباب نشوند، به تدریج با چرخه روشنایی تاریکی از فاز خارج می‌شوند زیرا طولانی تر یا کوتاه تر از ۲۴ ساعت هستند. در بیشتر موارد، هسته‌های فوق کیاسماتیک (SCN) نقش اصلی را در فرآیند حباب بازی می‌کنند (شکل ۱۴-۱۰). SCN اطلاعات مربوط به چرخه نور تا تاریکی را از طریق یک مسیر عصبی ویژه، رشته‌های رتینوهیپوتالاموس دریافت می‌کند. فیبرهای وابران از SCN سیگنال‌های عصبی و هومورال را آغاز می‌کنند که طیف گسترده‌ای از ریتم‌های شبانه‌روزی شناخته‌شده از جمله چرخه خواب و بیداری و ترشح ملاتونین از غده صنوبری بسیار عروقی شده را وارد خود می‌کنند.

FIGURE 14-10 Secretion of melatonin. The cyclic activity of the suprachiasmatic nucleus (SCN) sets up a circadian rhythm for melatonin release. This rhythm is entrained to light/dark cycles by neurons in the retina. Light signals are relayed via the retinohypothalamic (RHT) fibers to the SCN. GABAergic neurons in the SCN inhibit neurons in the hypothalamic paraventricular nucleus (PVN) which then reduces the activity of sympathetic preganglionic neurons in the spinal intermediolateral nucleus (IML). These sympathetic preganglionic neurons innervate postganglionic neurons in the superior cervical ganglion (SCG) that regulate release of melatonin from the pineal gland.

شکل ۱۴-۱۰ ترشح ملاتونین. فعالیت حلقوی هسته سوپراکیاسماتیک (SCN) یک ریتم شبانه روزی را برای ترشح ملاتونین تنظیم می‌کند. این ریتم توسط نورون‌های شبکیه به چرخه‌های نور/تاریکی وارد می‌شود. سیگنال‌های نور از طریق الیاف رتینوهیپوتالامیک (RHT) به SCN رله می‌شوند. نورون‌های GABAergic در SCN نورون‌های موجود در هسته پارابطنی هیپوتالاموس (PVN) را مهار می‌کنند که سپس فعالیت نورون‌های پیش‌گانگلیونی سمپاتیک را در هسته میانی جانبی نخاعی (IML) کاهش می‌دهد. این نورون‌های پیش گانگلیونی سمپاتیک نورون‌های پس گانگلیونی را در گانگلیون فوقانی گردنی (SCG) عصب دهی می‌کنند که ترشح ملاتونین را از غده صنوبری تنظیم می‌کند.

GABAergic neurons in the SCN inhibit neurons in the hypothalamic paraventricular nucleus. From the hypothalamus, descending pathways converge onto preganglionic sympathetic neurons that innervate the superior cervical ganglion, the site of origin of the postganglionic neurons to the pineal gland.

نورون‌های GABAergic در SCN سلول‌های عصبی را در هسته para-ventricular هیپوتالاموس مهار می‌کنند. از هیپوتالاموس، مسیرهای نزولی به نورون‌های سمپاتیک پیش گانگلیونی همگرا می‌شوند که گانگلیون گردنی فوقانی، محل منشاء نورون‌های پس گانگلیونی به غده صنوبری را عصب دهی می‌کنند.

The SCN have two peaks of circadian activity that may correlate with the observation that exposure to bright light can either advance, delay, or have no effect on the sleep-wake cycle depending on the time of day when it is experienced. During the usual daytime it has no effect, just after dark it delays the onset of the sleep period, and just before dawn it accelerates the onset of the next sleep period. Injections of melatonin have similar effects. Clinical Box 14- 4 describes circadian rhythm disorders that impact the sleep-wake state.

SCN دارای دو اوج فعالیت شبانه روزی است که ممکن است با مشاهده این که قرار گرفتن در معرض نور روشن می‌تواند بر چرخه خواب و بیداری بسته به زمانی از روز که تجربه می‌شود، پیشرفت کند، یا به تأخیر بیاندازد یا تأثیری نداشته باشد، مرتبط باشد. در طول روز معمولی تأثیری ندارد، درست بعد از تاریک شدن هوا شروع دوره خواب را به تأخیر می‌اندازد و درست قبل از سحر شروع دوره خواب بعدی را تسریع می‌کند. تزریق ملاتونین اثرات مشابهی دارد. جعبه بالینی ۱۴-۴ اختلالات ریتم شبانه روزی را توصیف می‌کند که بر وضعیت خواب و بیداری تأثیر می‌گذارد.

CLINICAL BOX 14.4

Insomnia & Circadian Rhythm Disturbances of the Sleep-Wake State

Insomnia is defined as difficulty in initiating and/or maintaining sleep several times a week. Nearly 30% of the adult population experience episodes of insomnia, and more than 50% of those aged 65 or older have sleep problems. Individuals with persistent episodes of insomnia are more likely to experience accidents, a diminished work experience, and a poorer overall quality of life. Insomnia is often comorbid with depression, and both disorders show abnormal regulation of corticotropin-releasing factor.

جعبه بالینی ۱۴.۴

بی خوابی و اختلالات ریتم شبانه روزی وضعیت خواب-بیداری

بی خوابی به عنوان مشکل در شروع و/یا حفظ خواب چندین بار در هفته تعریف می‌شود. تقریباً ۳۰ درصد از جمعیت بزرگسال دوره‌های بی‌خوابی را تجربه می‌کنند و بیش از ۵۰ درصد از افراد بالای ۶۵ سال مشکلات خواب دارند. افرادی که دوره‌های بی‌خوابی مداوم دارند، بیشتر در معرض حوادث، تجربه کاری کاهش یافته و کیفیت کلی زندگی ضعیف‌تر هستند. بی خوابی اغلب با افسردگی همراه است و هر دو اختلال تنظیم غیرطبیعی فاکتور آزاد کننده کورتیکوتروپین را نشان می‌دهند.

There are two major types of sleep disorders associated with disruption of the circadian rhythm. These are transient sleep disorders (jet lag, altered sleep cycle because of shift work, and illness) and chronic sleep disorders (delayed or advanced sleep phase syndrome). Those with delayed sleep phase syndrome have the inability to fall asleep in the evenings and awaken in the mornings. However, they have a normal total sleep time. Those with advanced sleep phase syndrome consistently fall asleep in early evening and awaken in early morning. This is seen most often in the elderly and the depressed.

دو نوع عمده از اختلالات خواب وجود دارد که با اختلال در ریتم شبانه روزی مرتبط است. اینها اختلالات خواب گذرا (جت لگ، تغییر چرخه خواب به دلیل شیفت کاری و بیماری) و اختلالات خواب مزمن (سندرم فاز خواب تاخیری یا پیشرفته) هستند. کسانی که سندرم فاز تاخیری خواب دارند، نمی‌توانند عصرها به خواب بروند و صبح‌ها از خواب بیدار شوند. با این حال، آنها یک زمان کلی خواب طبیعی دارند. کسانی که سندرم فاز خواب پیشرفته دارند به طور مداوم در اوایل عصر به خواب می‌روند و صبح زود بیدار می‌شوند. این اغلب در افراد مسن و افسرده دیده می‌شود.

THERAPEUTIQ HIGHLIGHTS

Light therapy is an effective treatment in individuals who experience disturbances in their circadian cycle. Melatonin can be used to treat jet lag and insomnia in elderly individuals. Ramelteon is a MT1 and MT2 melatonin receptor agonist that is more effective than melatonin in treating insomnia. Zolpidem (Ambien) is an example of a sedative-hypnotic that slows brain activity to promote sleep onset. In addition to treating daytime sleepiness in narcolepsy, modafinil has also been used successfully in the treatment of daytime sleepiness due to shift work and to treat delayed sleep disorder syndrome.

نکات برجسته درمانی

نور درمانی یک درمان موثر در افرادی است که در چرخه شبانه روزی خود اختلالاتی را تجربه می‌کنند. ملاتونین را می‌توان برای درمان جت لگ و بی خوابی در افراد مسن استفاده کرد. راملتون آگونیست گیرنده ملاتونین MT1 و MT2 است که در درمان بی خوابی موثرتر از ملاتونین است. زولپیدم (Ambien) نمونه ای از آرام بخش- خواب آور است که فعالیت مغز را کند می‌کند تا شروع خواب را تقویت کند. علاوه بر درمان خواب آلودگی روزانه در نارکولپسی، مودافینیل همچنین به طور موفقیت آمیزی در درمان خواب آلودگی روزانه ناشی از نوبت کاری و برای درمان سندرم اختلال خواب تاخیری استفاده شده است.

MELATONIN & CIRCADIAN RHYTHMS

Pineal pinealocytes contain melatonin and the enzymes responsible for its synthesis from serotonin by N-acetylation and O-methylation, and they secrete the hormone into the blood and the cerebrospinal fluid (Figure 14–۱۱). Two melatonin G-protein-coupled receptors (MT1 and MT2) are found on neurons in the SCN. Activation of MT1 receptors inhibits adenylyl cyclase and results in sleepiness. Activation of MT2 receptors stimulates phosphoinositide hydrolysis and may function to synchronize the light-dark cycle.

ملاتونین و ریتم‌های شبانه روزی

پینه آلوسیت‌های پینه آل حاوی ملاتونین و آنزیم‌هایی هستند که مسئول سنتز آن از سروتونین توسط N-استیله و O-متیلاسیون هستند و هورمون را به خون و مایع مغزی نخاعی ترشح می‌کنند (شکل ۱۴-۱۱). دو گیرنده جفت شده با پروتئین G ملاتونین (MT1 و MT2) روی نورون‌های SCN یافت می‌شوند. فعال شدن گیرنده‌های MT1 آدنیلیل سیکلاز را مهار کرده و منجر به خواب آلودگی می‌شود. فعال‌سازی گیرنده‌های MT2 هیدرولیز فسفوئینوزیتید را تحریک می‌کند و ممکن است چرخه روشنایی تاریکی را هماهنگ کند.

The diurnal change in melatonin secretion may function as a timing signal to coordinate events with the light-dark cycle in the environment. Melatonin synthesis and secretion are increased during the dark period of the day and maintained at a low level during daylight hours (Figure 14-11). This diurnal variation in secretion is due to norepinephrine released from postganglionic sympathetic nerves that innervate the pineal gland (Figure 14-10). Norepinephrine acts via ẞ-adrenoceptors to increase intracellular cAMP, and the CAMP in turn produces a marked increase in N-acetyltransferase activity. This results in increased melatonin synthesis and secretion.

تغییر روزانه در ترشح ملاتونین ممکن است به عنوان یک سیگنال زمانبندی برای هماهنگی رویدادها با چرخه روشنایی تاریکی در محیط عمل کند. سنتز و ترشح ملاتونین در طول دوره تاریک روز افزایش می‌یابد و در ساعات روشنایی روز در سطح پایینی حفظ می‌شود (شکل ۱۴-۱۱). این تغییرات روزانه در ترشح به دلیل نوراپی نفرین آزاد شده از اعصاب سمپاتیک پس گانگلیونی است که غده صنوبری را عصب دهی می‌کند (شکل ۱۴-۱۰). نوراپی نفرین از طریق گیرنده‌های آدرنرژیک برای افزایش cAMP داخل سلولی عمل می‌کند و CAMP به نوبه خود افزایش قابل توجهی در فعالیت N-استیل ترانسفراز ایجاد می‌کند. این باعث افزایش سنتز و ترشح ملاتونین می‌شود.

FIGURE 14-11 Diurnal rhythms of compounds involved in melatonin synthesis in the pineal. Melatonin and the enzymes responsible for its synthesis from serotonin are found in pineal pinealocytes; melatonin is secreted into the bloodstream. Melatonin synthesis and secretion are increased during the dark period (shaded area) and maintained at a low level during the light period.

شکل ۱۴-۱۱ ریتم روزانه ترکیبات دخیل در سنتز ملاتونین در پینه آل. ملاتونین و آنزیم‌های مسئول سنتز آن از سروتونین در پینه آلوسیت‌های پینه آل یافت می‌شوند. ملاتونین در جریان خون ترشح می‌شود. سنتز و ترشح ملاتونین در دوره تاریکی (منطقه سایه دار) افزایش می‌یابد و در دوره روشنایی در سطح پایینی حفظ می‌شود.

CHAPTER SUMMARY

خلاصه فصل

• The thalamus is the gateway to the cortex and includes neurons that project diffusely to wide areas of the neocortex (midline and intralaminar nuclei) and neurons that project to discrete regions of the neocortex (specific sensory relay nuclei).

• تالاموس دروازه‌ای به قشر مغز است و شامل نورون‌هایی است که به‌طور پراکنده به مناطق وسیعی از نئوکورتکس (هسته‌های خط میانی و داخل لایه‌ای) و نورون‌هایی که به مناطق مجزای نئوکورتکس (هسته‌های رله حسی خاص) می‌تابند، می‌شود.

• The ascending arousal system is comprised of monoaminergic, cholinergic, and histaminergic neurons that project to the intralaminar and reticular nuclei of the thalamus that project diffusely to wide regions of the cortex including the frontal, parietal, temporal, and occipital cortices.

• سیستم برانگیختگی صعودی متشکل از نورون‌های مونوآمینرژیک، کولینرژیک و هیستامینرژیک است که به هسته‌های داخل لایه‌ای و شبکه‌ای تالاموس که به طور پراکنده به مناطق وسیعی از قشر از جمله قشر پیشانی، جداری، گیجگاهی و اکسیپیتال پیش می‌روند.

• Wakefulness and REM sleep are at opposite extremes of consciousness. When norepinephrine- and serotonin-containing neurons (locus coeruleus and raphe nuclei) are most active, pontine cholinergic neurons are less active and wakefulness ensues. The reverse of this pattern leads to REM sleep. A more even balance of the activity in these groups of neurons is associated with non-REM sleep. Increases in GABA and decreases in histamine also promote non-REM sleep via deactivation of the thalamus and cortex.

• بیداری و خواب REM در نقطه مقابل هوشیاری قرار دارند. هنگامی‌که نورون‌های حاوی نوراپی نفرین و سروتونین (لوکوس سرولئوس و هسته‌های رافه) فعال ترین هستند، نورون‌های کولینرژیک پونتین کمتر فعال هستند و بیداری رخ می‌دهد. معکوس این الگو به خواب REM منجر می‌شود. تعادل یکنواخت تری از فعالیت در این گروه از نورون‌ها با خواب غیر REM مرتبط است. افزایش GABA و کاهش هیستامین نیز از طریق غیرفعال کردن تالاموس و قشر، خواب غیر REM را افزایش می‌دهد.

• The EEG reflects the electrical activity (summation of dendritic postsynaptic potentials) of the brain and can be of value in localizing pathologic processes and in characterizing different types of seizures.

• EEG فعالیت الکتریکی (مجموع پتانسیل‌های پس سیناپسی دندریتیک) مغز را منعکس می‌کند و می‌تواند در محلی‌سازی فرآیندهای پاتولوژیک و مشخص کردن انواع مختلف تشنج مفید باشد.

• Partial (focal) seizures originate in a small group of neurons and are subdivided into simple (without loss of consciousness) and complex (with altered consciousness). Generalized seizures are associated with widespread electrical activity and are subdivided into convulsive and non-convulsive categories depending on whether tonic or clonic movements occur.

• تشنج‌های جزئی (کانونی) از گروه کوچکی از نورون‌ها منشا می‌گیرند و به ساده (بدون از دست دادن هوشیاری) و پیچیده (با هوشیاری تغییر یافته) تقسیم می‌شوند. تشنج عمومی‌با فعالیت الکتریکی گسترده همراه است و بسته به اینکه حرکات تونیک یا کلونیک رخ دهد به دسته‌های تشنجی و غیر تشنجی تقسیم می‌شود.

• The major rhythms in the EEG are alpha (8-13 Hz) when awake with eyes closed, beta (13-30 Hz) when alert; theta (4-7 Hz) and delta (0.5-4 Hz) oscillations appear during deep sleep.

• ریتم‌های اصلی در EEG آلفا (۸-۱۳ هرتز) در بیداری با چشمان بسته، بتا (۱۳-۳۰ هرتز) در هنگام هوشیاری است. نوسانات تتا (۴-۷ هرتز) و دلتا (۰.۵-۴ هرتز) در خواب عمیق ظاهر می‌شوند.

• Throughout non-REM sleep, there is some activity of skeletal muscle. A theta rhythm can be seen during stage 1 of sleep. Stage 2 is marked by the appearance of sleep spindles and occasional K complexes. In stage 3, a delta rhythm is dominant. Maximum slowing with large slow waves is seen in stage 4. REM sleep is characterized by low-voltage, high-frequency EEG activity and rapid, roving movements of the eyes.

• در طول خواب غیر REM، مقداری فعالیت عضلات اسکلتی وجود دارد. ریتم تتا را می‌توان در مرحله ۱ خواب مشاهده کرد. مرحله ۲ با ظهور دوک‌های خواب و گاه به گاه کمپلکس‌های K مشخص می‌شود. در مرحله ۳، یک ریتم دلتا غالب است. حداکثر کند شدن با امواج آهسته بزرگ در مرحله ۴ مشاهده می‌شود. خواب REM با فعالیت EEG با ولتاژ پایین و فرکانس بالا و حرکات سریع و چرخشی چشم‌ها مشخص می‌شود.

• A young adult typically passes through stages 1 and 2, and spends 70-100 min in stages 3 and 4. Sleep then lightens, and a REM period follows. This cycle repeats at 90-min intervals throughout the night. REM sleep occupies 50% of total sleep time in full-term neonates; this proportion declines rapidly and plateaus at about 25% until it falls further in old age.

• یک بزرگسال جوان معمولاً مراحل ۱ و ۲ را پشت سر می‌گذارد و ۷۰-۱۰۰ دقیقه را در مراحل ۳ و ۴ می‌گذراند. خواب سپس سبک می‌شود و یک دوره REM به دنبال دارد. این چرخه با فواصل ۹۰ دقیقه ای در طول شب تکرار می‌شود. خواب REM 50 درصد از کل زمان خواب را در نوزادان ترم اشغال می‌کند. این نسبت به سرعت کاهش می‌یابد و حدود ۲۵ درصد افزایش می‌یابد تا زمانی که در سنین پیری کاهش یابد.

• Narcolepsy is a sudden loss of voluntary muscle tone (cataplexy), an irresistible urge to sleep during daytime, and a sudden onset of REM sleep. OSA is the most common cause of daytime sleepiness; breathing ceases for more than 10 s during frequent episodes of obstruction of the upper airway. Compared to normal sleep patterns, individuals spend more time in stage 1 non-REM sleep and less time in stages 3 and 4 non-REM sleep. PLMD is a stereotypical rhythmic extension of the big toe and dorsiflexion of the ankle and knee during sleep lasting for about 0.5-10 s and recurring at intervals of 20-90 s.

• نارکولپسی از دست دادن ناگهانی تون ماهیچه ای ارادی (کاتاپلکسی)، میل غیرقابل مقاومت به خواب در طول روز و شروع ناگهانی خواب REM است. OSA شایع ترین علت خواب آلودگی در طول روز است. در طول دوره‌های مکرر انسداد راه هوایی فوقانی، تنفس برای بیش از ۱۰ ثانیه متوقف می‌شود. در مقایسه با الگوهای خواب طبیعی، افراد زمان بیشتری را در مرحله ۱ خواب غیر REM و زمان کمتری را در مرحله ۳ و ۴ خواب غیر REM می‌گذرانند. PLMD یک اکستنشن ریتمیک کلیشه ای شست پا و دورسی فلکشن مچ پا و زانو در طول خواب است که حدود ۰.۵-۱۰ ثانیه طول می‌کشد و در فواصل ۲۰-۹۰ ثانیه عود می‌کند.

• The entrainment of biologic processes to the light-dark cycle is regulated by the SCN. The diurnal change in melatonin release from the pineal gland may coordinate events with the light-dark cycle.

• حباب فرآیندهای بیولوژیکی به چرخه روشنایی تاریکی توسط SCN تنظیم می‌شود. تغییر روزانه در ترشح ملاتونین از غده صنوبری ممکن است رویدادها را با چرخه روشنایی تاریکی هماهنگ کند.

MULTIPLE-CHOICE QUESTIONS

For all questions, select the single best answer unless otherwise directed.

سوالات چند گزینه ای

برای همه سؤالات، بهترین پاسخ را انتخاب کنید، مگر اینکه دستور دیگری داده شود.

۱. An MD/PhD student was comparing sleep patterns in different age groups. What is expected to be the different about sleep as a function of age?

A. Non-REM sleep occupies about 50% of total sleep in young adults and falls to about 20% in the elderly.
B. Young adults experience about 4-6 episodes of REM sleep each night, and infants experience about 5-10 episodes of REM each night.
C. REM sleep occupies about 80% of total sleep in full-term infants and falls to about 20% in the elderly.
D. REM sleep occupies about 80% of total sleep in premature infants and falls until it plateaus at about 25% in adults.
E. In a typical night, a young adult spends 70-100 min in stages 3 and 4 of non-REM sleep, whereas a child spends only about 30 min in these stages of deep sleep.

۱. یک دانشجوی MD/PhD در حال مقایسه الگوهای خواب در گروه‌های سنی مختلف بود. انتظار می‌رود تفاوت خواب با توجه به سن چه باشد؟

الف. خواب غیر REM حدود ۵۰ درصد از کل خواب را در بزرگسالان جوان اشغال می‌کند و در افراد مسن به حدود ۲۰ درصد کاهش می‌یابد.
ب. بزرگسالان جوان حدود ۴-۶ دوره خواب REM را هر شب تجربه می‌کنند و نوزادان حدود ۵-۱۰ دوره خواب REM را هر شب تجربه می‌کنند.
ج. خواب REM حدود ۸۰ درصد از کل خواب نوزادان ترم را اشغال می‌کند و در افراد مسن به حدود ۲۰ درصد کاهش می‌یابد.
د. خواب REM حدود ۸۰ درصد از کل خواب نوزادان نارس را اشغال می‌کند و تا زمانی که در بزرگسالان به ۲۵ درصد برسد کاهش می‌یابد.
ی. در یک شب معمولی، یک بزرگسال جوان ۷۰-۱۰۰ دقیقه را در مراحل ۳ و ۴ خواب غیر REM سپری می‌کند، در حالی که یک کودک تنها حدود ۳۰ دقیقه را در این مراحل خواب عمیق می‌گذراند.

۲. An MD/PhD student was studying the role of thalamocortical pathways in control of arousal. He was preparing his thesis proposal and included the following information on the two major types of thalamic projections to the cortex.

A. Most thalamic neurons release glutamate throughout the cortex, but thalamic reticular neurons release GABA in the cortex.
B. Afferents from the specific nuclei of the thalamus terminate in cortical layer I-IV, whereas the nonspecific afferents terminate primarily on spiny stellate cells of layer IV.
C. Afferents from the specific nuclei of the thalamus terminate primarily on pyramidal neurons in layer IV, whereas the nonspecific afferents terminate primarily on inhibitory basket calls of layer IV.
D. Thalamic projections to wide regions of the neocortex originate from the midline and intralaminar nuclei; thalamic projections to discrete regions of the neocortex originate in specific sensory relay nuclei.

۲. یک دانشجوی MD/PhD در حال مطالعه نقش مسیرهای تالاموکورتیکال در کنترل برانگیختگی بود. او در حال آماده کردن پروپوزال پایان نامه خود بود و اطلاعات زیر را در مورد دو نوع عمده برآمدگی تالاموس به قشر مغز درج کرد.

الف. بیشتر نورون‌های تالاموس گلوتامات را در سراسر قشر آزاد می‌کنند، اما نورون‌های شبکه ای تالاموس GABA را در قشر آزاد می‌کنند.
ب. آوران‌های هسته‌های خاص تالاموس به لایه قشری I-IV ختم می‌شوند، در حالی که آوران‌های غیر اختصاصی عمدتاً به سلول‌های ستاره ای خاردار لایه IV ختم می‌شوند.
ج. آوران‌های هسته‌های خاص تالاموس عمدتاً به نورون‌های هرمی‌در لایه IV ختم می‌شوند، در حالی که آوران‌های غیراختصاصی عمدتاً در تماس‌های سبد بازدارنده لایه IV خاتمه می‌یابند.
د. برجستگی‌های تالاموس به نواحی وسیعی از نئوکورتکس از خط میانی و هسته‌های داخل لامینار منشا می‌گیرند. برآمدگی‌های تالاموس به نواحی مجزای نئوکورتکس از هسته‌های رله حسی خاص منشا می‌گیرند.

۳. In a healthy, alert adult sitting with their eyes closed, the dominant EEG rhythm observed with electrodes over the occipital lobes is

A. delta (0.5-4 Hz).
B. theta (4-7 Hz).
C. alpha (8-13 Hz).
D. beta (18-30 Hz).
E. fast, irregular low-voltage activity.

۳. در یک بزرگسال سالم و هوشیار که با چشمان بسته نشسته است، ریتم غالب EEG که با الکترودهای روی لوب‌های پس سری مشاهده می‌شود.

الف. دلتا (۰.۵-۴ هرتز).
ب. تتا (۴-۷ هرتز).
ج. آلفا (۸-۱۳ هرتز).
د. بتا (۱۸-۳۰ هرتز).
ی. فعالیت سریع و نامنظم ولتاژ پایین.

۴. A 35-year-old man spent the evening in a sleep clinic to determine if he had obstructive sleep apnea. The tests showed that non-REM sleep accounted for over 30% of his total sleep time. Which of the following pattern of changes in central neurotransmitters or neuromodulators are associated with the transition from non-REM to wakefulness?

A. Decrease in norepinephrine, increase in serotonin, increase in acetylcholine, decrease in histamine, and decrease in GABA.
B. Decrease in norepinephrine, increase in serotonin, increase in acetylcholine, decrease in histamine, and increase in GABA.
C. Decrease in norepinephrine, decrease in serotonin, increase in acetylcholine, increase in histamine, and increase in GABA.
D. Increase in norepinephrine, increase in serotonin, decrease in acetylcholine, increase in histamine, and decrease in GABA.
E. Increase in norepinephrine, decrease in serotonin, decrease in acetylcholine, increase in histamine, and decrease in GABA.

۴. مردی ۳۵ ساله شب را در کلینیک خواب گذراند تا مشخص کند آیا آپنه انسدادی خواب دارد یا خیر. آزمایش‌ها نشان داد که خواب غیر REM بیش از ۳۰ درصد از کل زمان خواب او را تشکیل می‌دهد. کدام یک از الگوی تغییرات زیر در انتقال دهنده‌های عصبی مرکزی یا تعدیل کننده‌های عصبی با گذار از غیر REM به بیداری مرتبط است؟

الف. کاهش نوراپی نفرین، افزایش سروتونین، افزایش استیل کولین، کاهش هیستامین و کاهش GABA.
ب. کاهش نوراپی نفرین، افزایش سروتونین، افزایش استیل کولین، کاهش هیستامین و افزایش GABA.
ج. کاهش نوراپی نفرین، کاهش سروتونین، افزایش استیل کولین، افزایش هیستامین و افزایش GABA.
د. افزایش نوراپی نفرین، افزایش سروتونین، کاهش استیل کولین، افزایش هیستامین و کاهش GABA.
ی. افزایش نوراپی نفرین، کاهش سروتونین، کاهش استیل کولین، افزایش هیستامین و کاهش GABA.

۵. A healthy medical student participated in a research project on the effect of sleep deprivation on their EEG. During the baseline testing phase, no abnormalities were found. The following behavioral and EEG characteristics were likely recorded during stage 2 of non-REM sleep.

A. Skeletal muscle movements were observed and the EEG showed a mixture of sleep spindles and theta waves.
B. Skeletal muscle tone was reduced and sleep spindles and K complexes appeared in the EEG.
C. Skeletal muscle movements were detected and the dominant rhythm in the EEG was delta waves.
D. There was a complete absence of eye movements and the dominant rhythm in the EEG was theta waves.
E. There was an absence of skeletal muscle and eye movements and the EEG was desynchronized.

۵. یک دانشجوی پزشکی سالم در یک پروژه تحقیقاتی در مورد تأثیر کم خوابی بر EEG شرکت کرد. در مرحله آزمایش پایه، هیچ ناهنجاری یافت نشد. ویژگی‌های رفتاری و EEG زیر احتمالاً در مرحله ۲ خواب غیر REM ثبت شده است.

الف. حرکات ماهیچه‌های اسکلتی مشاهده شد و EEG مخلوطی از دوک‌های خواب و امواج تتا را نشان داد.
ب. تون عضلات اسکلتی کاهش یافت و دوک‌های خواب و کمپلکس‌های K در EEG ظاهر شدند.
ج. حرکات عضلات اسکلتی تشخیص داده شد و ریتم غالب در EEG امواج دلتا بود.
د. عدم وجود کامل حرکات چشم و ریتم غالب در EEG امواج تتا بود.
ی. عدم وجود حرکات عضلانی اسکلتی و چشم و EEG غیر همزمان بود.

۶. For the past several months, a 67-year-old woman experienced difficulty initiating and/or maintaining sleep several times a week. A friend suggested that she take melatonin to regulate her sleep-wake cycle. Endogenous melatonin secretion would be increased by

A. reducing the synthesis of serotonin.
B. inhibition of the paraventricular nucleus.
C. stimulation of the superior cervical ganglion.
D. stimulation of the optic nerve.
E. by blockade of hydroxyindole-O-methyltransferase.

۶. در چند ماه گذشته، یک زن ۶۷ ساله چندین بار در هفته در شروع و/یا حفظ خواب مشکل داشت. یکی از دوستان به او پیشنهاد کرد که ملاتونین مصرف کند تا چرخه خواب و بیداری خود را تنظیم کند. ترشح ملاتونین درون زا افزایش می‌یابد

الف. کاهش سنتز سروتونین.
ب. مهار هسته paraventricular.
ج. تحریک گانگلیون فوقانی دهانه رحم.
د. تحریک عصب بینایی.
ی. توسط محاصره هیدروکسی اندول-O-متیل ترانسفراز.

۷. Childhood absence epilepsy was diagnosed in a 10-year-old boy. His EEG showed a bilateral synchronous, symmetric 3-Hz spike-and-wave discharge. Absence seizures are a form of

A. nonconvulsive generalized seizures accompanied by momentary loss of consciousness.
B. complex partial seizures accompanied by momentary loss of consciousness.
C. nonconvulsive generalized seizures without a loss of consciousness.
D. simple partial seizures without a loss of consciousness.
E. convulsive generalized seizures accompanied by momentary loss of consciousness.

۷. صرع غیبت دوران کودکی در یک پسر ۱۰ ساله تشخیص داده شد. EEG او یک تخلیه همزمان دو طرفه و متقارن ۳ هرتز اسپایک و موج را نشان داد. تشنج غیبت نوعی از

الف. تشنج عمومی‌غیر تشنجی همراه با از دست دادن لحظه ای هوشیاری.
ب. تشنج‌های جزئی پیچیده همراه با از دست دادن لحظه ای هوشیاری.
ج. تشنج عمومی‌بدون تشنج بدون از دست دادن هوشیاری.
د. تشنج‌های جزئی ساده بدون از دست دادن هوشیاری.
ی. تشنج عمومی‌تشنج همراه با از دست دادن لحظه ای هوشیاری.

۸. A child diagnosed with absence epilepsy began treatment with ethosuximide. What is the mechanism of action by which ethosuximide is an effective antiseizure drug?

A. It is a GABA analog that decreases Ca2+ entry into cells.
B. It blocks voltage-gated Na+ channels associated with glutamate receptors.
C. It potentiates GABA transmission.
D. It is a dopamine receptor agonist.
E. It inhibits T-type Ca2+ channels.

۸. کودکی که به صرع غایب تشخیص داده شد درمان با اتوسوکسیماید را آغاز کرد. مکانیسم اثر که توسط آن اتوسوکسیماید یک داروی موثر ضد تشنج است چیست؟

الف. این یک آنالوگ GABA است که ورود ⁺Ca^۲ به سلول‌ها را کاهش می‌دهد.
ب. کانال‌های ⁺Na دارای ولتاژ مرتبط با گیرنده‌های گلوتامات را مسدود می‌کند.
ج. انتقال GABA را تقویت می‌کند.
د. آگونیست گیرنده دوپامین است.
ی. کانال‌های ⁺Ca^۲ نوع T را مهار می‌کند.

۹. A 57-year-old professor at a medical school experienced numerous episodes of a sudden loss of muscle tone and an irresistible urge to sleep in the middle of the afternoon. The diagnosis was narcolepsy, which

A. is characterized by a sudden onset of non-REM sleep.
B. has a familial incidence associated with a class II antigen of the major histocompatibility complex.
C. may be due to the presence of an excessive number of orexin-producing neurons in the hypothalamus.
D. is often effectively treated with dopamine receptor agonists.
E. is the most common cause of daytime sleepiness.

۹. یک استاد ۵۷ ساله در یک دانشکده پزشکی، دوره‌های متعددی از کاهش ناگهانی تون عضلانی و میل مقاومت ناپذیر به خواب در وسط بعد از ظهر را تجربه کرد. تشخیص نارکولپسی بود که

الف. با شروع ناگهانی خواب غیر REM مشخص می‌شود.
ب. دارای بروز خانوادگی مرتبط با آنتی ژن کلاس II از کمپلکس اصلی سازگاری بافتی است.
ج. ممکن است به دلیل وجود تعداد بیش از حد نورون‌های تولید کننده اورکسین در هیپوتالاموس باشد.
د. اغلب به طور موثر با آگونیست‌های گیرنده دوپامین درمان می‌شود.
ی. شایع ترین علت خواب آلودگی در طول روز است.