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| 網状構造 | |
|---|---|
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 延髄のオリーブ核の中央付近における横断面。（左側に網状灰白質と網状白質のラベルを示す。） | |
| 詳細 | |
| 位置 | 脳幹、視床下部、その他の領域 |
| 識別子 | |
| ラテン | 網状形成 |
| メッシュ | D012154 |
| ニューロネームズ | 1223 |
| NeuroLex ID | nlx_143558 |
| TA98 | A14.1.00.021 A14.1.05.403 A14.1.06.327 |
| TA2 | 5367 |
| FMA | 77719 |
| 神経解剖学の解剖学的用語 | |
網様体は、延髄の下端から中脳の上端まで広がる脳幹内の相互接続された核の集合体である。[ 2 ]網様体のニューロンは、脳幹の中心部で複雑な神経ネットワークを形成している。 [ 3 ]網様体は、明確に定義されていない網状核の拡散した網状構造で構成されている。 [ 4 ]よりコンパクトで名前の付いた構造の間に散在するすべての細胞で構成されていると考えることができる。[ 4 ]
網様体は、機能的に、大脳皮質への上行路である上行網様体賦活系（ARAS ）と、脊髄への下行路（網様体脊髄路）である下行網様体系に分けられる。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]脳幹に沿って広がっているため、中脳網様体、中脳中心網様体、橋網様体、傍正中橋網様体、背外側橋網様体、延髄網様体などの異なる領域に分けられることがある。[ 9 ]
ARASのニューロンは基本的に大脳皮質のオン/オフスイッチとして機能し、覚醒の調節において重要な役割を果たします。行動覚醒と意識は、網様体において多数の神経伝達物質覚醒システムを用いて機能的に関連しています。網様体の全体的な機能は調節機能と前運動機能であり、体 性運動制御、心血管制御、疼痛調節、睡眠と意識、および慣れに関与しています。[ 10 ]調節機能は主に網様体の吻側領域に見られ、前運動機能はより尾側の領域のニューロンに局在しています。
網様体は、縫線核（正中）、巨大細胞網様体核（内側領域）、小細胞網様体核（外側領域）の 3 つの柱に分かれています。縫線核は、気分調節に重要な役割を果たす神経伝達物質セロトニンの合成場所です。巨大細胞核は運動協調に関与しています。小細胞核は呼気を調節します。[ 11 ]
網状構造は、高等生物の基本的な機能のいくつかを制御するために不可欠です。系統発生的に古く、下等脊椎動物に見られます。[ 2 ]
ヒトの網様体は、約 100 個の核から構成され、前脳、脳幹、小脳などの領域に多くの投射を含んでいます。[ 6 ]網様体核、網様体視床投射線維、びまん性視床皮質投射、上行性コリン作動性投射、下行性非コリン作動性投射、および下行性網様体脊髄投射が含まれます。[ 7 ]網様体には、認知および生理学的プロセスが異なる上行性網様体賦活系と下行性網様体脊髄路という 2 つの主要な神経サブシステムも含まれています。[ 6 ] [ 7 ]機能的には、矢状面と冠状面の両方で分割されています。
伝統的に網様体核は3つの列に分けられる：[ 12 ]
当初の機能分化は、尾側と吻側の区分であった。これは、ネコの脳において吻側網様体の損傷が過眠症を引き起こす一方、尾側部分の損傷は不眠症を引き起こすという観察に基づいていた。この研究は、尾側部分が吻側網様体の機能を抑制するという考えにつながった。
矢状面分割では、より多くの形態学的差異が明らかになる。縫線核は網様体の中央に隆起を形成し、その周辺には内側網様体と呼ばれる区分がある。内側網様体は大きく、長い上行線維と下行線維を持ち、外側網様体に囲まれている。外側網様体は脳神経の運動核に近く、主にその機能を媒介する。
内側網様体と外側網様体は、境界が不明瞭な2つの核の柱であり、延髄を通って中脳に投射を送っている。これらの核は、機能、細胞の種類、遠心性または求心性神経の投射によって区別することができる。吻側中脳から尾側に向かって、吻側橋と中脳の部位では、内側網様体は目立たなくなり、外側網様体はより目立つようになる。
内側網様体の両側には、外側網様体が存在し、特に延髄吻側部と橋尾側部で顕著である。この領域からは、非常に重要な迷走神経を含む脳神経が分岐している。 外側網様体は、脳神経の周囲に存在する神経節と介在ニューロンの領域で知られており、これらは脳神経特有の反射や機能を媒介する役割を担っている。
網様体のサブシステムは、上行性網様体賦活系と下行性網様体系である。[ 7 ]
上行性網様体賦活系（ARAS）は、視床外制御調節系または単に網様体賦活系（RAS）とも呼ばれ、脊椎動物の脳内の接続された核の集合体であり、覚醒と睡眠覚醒の移行を調節する役割を担っています。ARASは中脳網様体にあります。[ 13 ]主に視床/視床下部のさまざまな核 と、多数のドーパミン作動性、ノルアドレナリン作動性、セロトニン作動性、ヒスタミン作動性、コリン作動性、グルタミン酸作動性の脳核で構成されています。[ 6 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
ARASは、視床と視床下部を経由する異なる経路を介して、後部中脳の背側部と腹側橋を大脳皮質に接続する複数の神経回路で構成されています。[ 6 ] [ 15 ] [ 16 ] ARASは、上部脳幹、橋、延髄、後部視床下部に左右それぞれ20個以上の異なる核の集合体です。[ 13 ]これらのニューロンが放出する神経伝達物質には、ドーパミン、ノルアドレナリン、セロトニン、ヒスタミン、アセチルコリン、グルタミン酸が含まれます。[ 6 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]これらは、直接軸索投射と視床中継を介した間接投射によって皮質に影響を及ぼします。[ 15 ] [ 16 ] [ 13 ]
視床経路は主に橋被蓋のコリン作動性ニューロンから構成され、一方、視床下部経路は主にモノアミン神経伝達物質、すなわちドーパミン、ノルアドレナリン、セロトニン、ヒスタミンを放出するニューロンから構成されています。[ 6 ] [ 14 ] ARASのグルタミン酸放出ニューロンは、モノアミン作動性およびコリン作動性核に比べてはるかに最近になって同定されました。[ 17 ] ARASのグルタミン酸作動性成分には、視床下部の1つの核とさまざまな脳幹核が含まれます。[ 15 ] [ 17 ] [ 18 ]外側視床下部のオレキシンニューロンは、上行性網様体賦活系のすべての構成要素を神経支配し、システム全体の活動を調整します。[ 16 ] [ 19 ] [ 20 ]
ARASは、動物の生存に不可欠であり、動物催眠の抑制期（トットステル反射とも呼ばれる）などの不利な時期に保護される、進化的に古い脳領域で構成されています。[ 24 ] 神経調節投射を皮質に送る上行網様体賦活系は、主に前頭前皮質に接続しています。[ 25 ]皮質の運動領域との接続性は低いようです。 [ 25 ]
上行性網様体賦活系は意識状態にとって重要な促進因子である。[ 13 ]上行性システムは、皮質および行動的覚醒によって特徴づけられる覚醒に寄与すると考えられている。[ 8 ]
ARASの主な機能は、脳波（EEG）の非同期化が生じるように視床と皮質の機能を変化させて増強することです。[ B ] [ 27 ] [ 28 ]覚醒時と睡眠時の脳の電気活動には明確な違いがあります。低電圧の高速バースト脳波（EEGの非同期化）は覚醒時とREM睡眠（電気生理学的に類似）に関連しており、高電圧の低速波はノンレム睡眠中に見られます。一般的に、視床中継ニューロンがバーストモードのときはEEGは同期しており、トーニックモードのときは非同期化しています。[ 28 ] ARASの刺激は、低速皮質波（0.3～1 Hz）、デルタ波（1～4 Hz）、紡錘波振動（11～14 Hz）を抑制し、ガンマ帯域（20～40 Hz）振動を促進することによってEEGの非同期化を引き起こします。[ 19 ]
深い睡眠状態から覚醒状態への生理的変化は可逆的であり、ARASによって媒介される。[ 29 ]視床下部の腹外側視索前核（VLPO）は覚醒状態を担う神経回路を抑制し、VLPOの活性化は睡眠開始に寄与する。[ 30 ]睡眠中、ARASのニューロンの発火率は大幅に低下する。逆に、覚醒状態では活動レベルが高くなる。[ 31 ]脳が睡眠をとるためには、ARASの抑制によって皮質に到達する上行性求心性活動が減少する必要がある。[ 29 ]視床下部室傍核の機能不全は、 1日最大20時間の眠気を引き起こす可能性がある。 [ 32 ]
ARASは、リラックスした覚醒状態から高い注意を要する期間への移行を仲介するのにも役立ちます。[ 23 ]高い覚醒度と注意力を必要とするタスク中、中脳網様体（MRF）と視床層間核の局所血流が増加します（おそらく神経活動の増加を示しています）。
ARAS核の損傷は、一時的な意識喪失から昏睡または死に至るまでの影響を引き起こす可能性がある。[ 33 ] [ 13 ] [ 34 ]
ARASへの直接的な電気刺激はネコに痛み反応を引き起こし、ヒトに痛みの口頭報告を誘発する。ネコにおける上行性網様体活性化は散瞳を引き起こす可能性があり、[ 35 ]これは持続的な痛みから生じる可能性がある。これらの結果は、ARAS回路と生理的な痛みの経路との間に何らかの関係があることを示唆している。[ 35 ]
ARASの病理の一部は加齢に起因する可能性があり、ARASの反応性は加齢とともに全般的に低下するようです。[ 36 ]電気的結合[ C ]の変化がARAS活動の変化の原因として示唆されています。結合がダウンレギュレーションされると、高周波同期（ガンマ帯域）が相応に減少します。逆に、電気的結合がアップレギュレーションされると、覚醒とREM睡眠欲求の増加につながる可能性のある速いリズムの同期が増加します。[ 38 ]具体的には、ARASの障害は、次の疾患に関与していると考えられています。
上行性網様体賦活系の発達に悪影響を及ぼす可能性のある要因はいくつか存在する。
網様体脊髄路は、網様体形成[ 43 ]から2つの経路で下降する錐体外路運動路であり、体幹および近位四肢の屈筋と伸筋を支配する運動ニューロンに作用します。網様体脊髄路は主に歩行と姿勢制御に関与していますが、他の機能も持っています。[ 44 ]下降網様体脊髄路は、筋骨格活動のための脊髄への4つの主要な皮質経路の1つです。網様体脊髄路は、他の3つの経路と連携して、繊細な操作を含む運動の協調制御を行います。[ 43 ] 4つの経路は、内側システムと外側システムの2つの主要なシステム経路にグループ化できます。内側システムには、網様体脊髄路と前庭脊髄路が含まれ、姿勢制御を提供します。皮質脊髄路と赤核脊髄路は、運動の精密な制御を行う外側系に属します。[ 43 ]
網様体脊髄路は、内側網様体脊髄路と外側網様体脊髄路である。[ 45 ]
反対方向に情報を伝える上行性感覚路は脊髄網様体路である。[ 46 ]
網様体脊髄路は、視床下部が交感神経系の胸腰部流出と副交感神経系の仙骨流出を制御するための経路を提供する。
脳幹と小脳から脊髄へ信号を伝える2つの主要な下行路は、バランスと方向感覚のための自動的な姿勢反応を引き起こすことができる。それは、前庭核からの前庭脊髄路と、橋と延髄からの網様体脊髄路である。 これらの経路の損傷は、重度の運動失調と姿勢不安定を引き起こす。[ 48 ]
脳幹の物理的または血管的な損傷により、赤核（中脳）と前庭核（橋）が切断されると、除脳硬直を引き起こす可能性があり、これは筋緊張の亢進と伸張反射の亢進という神経学的徴候を伴います。驚愕刺激または痛覚刺激に反応して、両腕と両脚が伸展し、内側に回転します。原因は、赤核脊髄路からの抑制なしに伸展運動ニューロンを刺激する外側前庭脊髄路と網様体脊髄路の緊張性活動です。[ 49 ]
赤核レベルより上の脳幹の損傷は、皮質硬直を引き起こす可能性があります。驚愕刺激や痛み刺激に反応して、腕は屈曲し、脚は伸展します。原因は、赤核が赤核脊髄路を介して、外側前庭脊髄路および網様体脊髄路からの伸筋運動ニューロンの興奮に対抗することです。赤核脊髄路は頸髄までしか伸びていないため、脚ではなく、主に腕に作用し、屈筋を興奮させ、伸筋を抑制します。[ 49 ]
前庭核より下の延髄の損傷は、弛緩性麻痺、筋緊張低下、呼吸駆動の喪失、四肢麻痺を引き起こす可能性がある。運動ニューロンの活動が完全に失われるため、脊髄ショックの初期段階に似た反射は起こらない。これは、外側前庭脊髄路および網様体脊髄路から生じる緊張活動がもはや存在しないためである。[ 49 ]
「網状構造」という用語は、19世紀後半にオットー・ダイテルスによって造語され、ラモン・イ・カハルのニューロン説と同時期に登場しました。アラン・ホブソンは著書『網状構造再考』の中で、この名称は神経科学における集合場理論の衰退した時代からの語源的名残であると述べています。「網状構造」という用語は「網状構造」を意味し、網状構造は一見すると網状に見えます。網状構造は、研究するには複雑すぎる、あるいは全く組織化されていない脳の未分化部分であると説明されてきました。エリック・カンデルは、網状構造は脊髄の中間灰白質と同様の方法で組織化されていると述べています。この混沌として緩く複雑な組織形態が、多くの研究者が脳のこの特定の領域をさらに詳しく調べることを躊躇させてきました。細胞には明確な神経節境界はありませんが、明確な機能的組織と明確な細胞型を持っています。 「網状構造」という用語は、一般的な説明をする場合を除いて、現在ではほとんど使われなくなっている。現代の科学者は通常、網状構造を構成する個々の核を指す。
モルッツィとマゴウンは、 1949年に脳の睡眠覚醒メカニズムを調節する神経成分を初めて調査した。生理学者は、脳の深部にある何らかの構造が精神的な覚醒と注意力を制御すると提唱していた。[ 27 ]覚醒は、大脳皮質での求心性（感覚）刺激の直接的な受容のみに依存すると考えられていた。
脳への直接的な電気刺激によって皮質電気リレーをシミュレートできることから、マゴウンはこの原理を用いて、ネコの脳幹の2つの異なる領域で、睡眠から覚醒を生み出す方法を実証した。彼はまず上行性の体性および聴覚経路を刺激し、次に「下部脳幹の網様体から中脳被蓋、視床下部、視床下部を経て内包に至る一連の上行リレー」を刺激した。[ 50 ]後者は特に興味深いもので、この一連のリレーは覚醒信号伝達の既知の解剖学的経路には対応しておらず、上行性網様体賦活系（ARAS）と名付けられた。
次に、新たに同定されたこの中継システムの重要性を評価するため、中脳前部の内側部と外側部に病変を作製した。ARASへの伝達を中脳で遮断したネコは深い眠りに入り、それに伴う脳波の変化を示した。一方、聴覚および体性感覚の上行路に同様の部位で遮断したネコは、正常な睡眠と覚醒を示し、物理的な刺激によって覚醒させることができた。これらの外部刺激は遮断によって皮質への伝達が阻害されるため、上行伝達は新たに発見されたARASを経由する必要があることが示唆された。
最後に、マゴウンは脳幹の内側部分で電位を記録し、聴覚刺激が網様体賦活系の一部を直接発火させることを発見した。さらに、坐骨神経の単発刺激も内側網様体、視床下部、視床を活性化した。ARASの興奮は小脳回路を介したさらなる信号伝播に依存しておらず、小脳除皮後も同じ結果が得られた。研究者らは、中脳網様体を取り囲む細胞の柱が脳幹のすべての上行路から入力を受け取り、これらの求心性線維を皮質に中継し、それによって覚醒を調節すると提唱した。[ 50 ] [ 29 ]
上行網様体賦活系 (ARAS) は持続的な覚醒状態を担っています。ARAS は、脊髄網様体路および脳神経 (三叉神経 - 多感覚経路、嗅神経、視神経、および前庭蝸牛神経 - 単感覚経路) を介して伝達される、さまざまな様式の感覚受容体からの情報を受け取ります。これらの経路は、網様体核の内側柱（大細胞核および橋被蓋の網様体核）を介して直接または間接的に視床に到達します。網様体賦活系は、後部中脳および前部橋の背側部で始まり、間脳に続き、その後、視床と視床下部の2つの部分に分かれ、そこから大脳皮質に投射されます（図1）。視床への投射は、橋および中脳の脚橋被蓋核（PPT）および橋および中脳の外側背側被蓋核（LDT）核に由来するコリン作動性ニューロンが主体です[17, 18]。視床下部投射には、青斑核（LC）のノルアドレナリン作動性ニューロンと背側および正中縫線核（DR）のセロトニン作動性ニューロンが関与しており、これらは外側視床下部を通過してヒスタミン作動性結節乳頭体核（TMN）の軸索に到達し、前脳、皮質、海馬に伸びる経路を形成します。皮質の覚醒には、黒質（SN）、腹側被蓋野（VTA）、中脳水道周囲灰白質（PAG）のドーパミン作動性ニューロンも利用されます。橋と中脳のコリン作動性ニューロンは、視床を迂回して腹側経路に沿って前脳に投射する数は少ないです[19, 20]。
RASは、4つのモノアミン経路を含むいくつかの異なる回路からなる複雑な構造です。
ノルアドレナリン経路は青斑核（LC）および関連する脳幹核から発生し、セロトニン作動性ニューロンは脳幹内の縫線核から発生し、ドーパミン作動性ニューロンは腹側被蓋野（VTA）から発生し、ヒスタミン作動性経路は後部視床下部の結節乳頭体核（TMN）のニューロンから発生します。第6章で述べたように、これらのニューロンは限られた細胞体の集合から脳全体に広く投射しています。ノルアドレナリン、セロトニン、ドーパミン、ヒスタミンは複雑な調節機能を持ち、一般的に覚醒を促進します。脳幹のPTもARASの重要な構成要素です。 PTコリン作動性ニューロン（REMオン細胞）の活動は、REM睡眠を促進する。覚醒時には、REMオン細胞は、ARASノルアドレナリンおよびセロトニンニューロンのサブセットであるREMオフ細胞によって抑制される。
ARASの覚醒および覚醒維持機能の理解は、脳幹網様体核（橋中脳核を含む）から始まる上行路を持つ多数のニューロン群の神経化学的発見によってさらに複雑化している。これらのニューロン群は、さまざまな神経伝達物質を合成し、脳の広範囲および新皮質全体に放出する（レビューについては、Jones 2003; Lin et al. 2011を参照）。これらには、グルタミン酸作動性、コリン作動性、ノルアドレナリン作動性、ドーパミン作動性、セロトニン作動性、ヒスタミン作動性、およびオレキシン作動性システムが含まれる（レビューについては、Lin et al. 2011を参照）。
... ARASは、正中線および層間視床核を介して作用し、新皮質全体の活動を変化させることができる拡散的で非特異的な経路を表しており、そのため、このシステムは当初、自然刺激に対する一般的な覚醒システムおよび覚醒の根底にある重要なシステムとして提案されました（Moruzzi and Magoun 1949; Lindsley et al. 1949; Starzl et al. 1951、図1の点線領域を参照）。...
ラットを用いた最近の研究では、覚醒状態は主に傍腕核および前青斑核領域から基底前脳へのグルタミン酸作動性投射によって維持され、その後大脳皮質に中継されることがわかっています（Fuller et al. 2011）。
解剖学的研究により、覚醒に関与し、コリン作動性細胞群が存在する領域から発生する2つの主要な経路が明らかになっている。1つは視床を通る経路、もう1つは視床下部と視索前野を腹側に通り、辺縁系と相互に接続されている経路である（Nauta and Kuypers 1958; Siegel 2004）。...
視床網様核へのコリン作動性接続として数えられるように
...
この上行性網様体賦活系（ARAS）は、コリン作動性の外側背側および脚橋被蓋（LDT/PPT）、ノルアドレナリン作動性の青斑核（LC）、セロトニン作動性（5-HT）縫線核、ドーパミン作動性の腹側被蓋野（VTA）、黒質（SN）、および視床、視床下部、および基底前脳を介して直接的および間接的に皮質を刺激する中脳水道周囲灰白質投射から構成されています。6
, 12-18
これらのアミン作動性およびカテコールアミン作動性ニューロン群は多数の相互接続と並行投射を有しており、おそらくこのシステムに機能的冗長性と回復力をもたらしていると考えられます。
6、13、19
... 最近では、解剖学的、電気生理学的、化学遺伝学的、および光遺伝学的研究に基づいて、顔面神経に隣接する延髄傍顔面領域（PZ）が睡眠促進中枢として同定されました。23、24 GABA作動性PZニューロンは
、
BFに投射するグルタミン酸作動性傍腕核（PB）ニューロンを抑制し、
25
それによって覚醒とREM睡眠を犠牲にしてNREM睡眠を促進します。
... Hcrtニューロンは、脳と脊髄全体に広く投射しており
、92、96、99、100
TMのHA細胞、
101
背側縫線核（DRN）の5-HT細胞、
101
LCのノルアドレナリン作動性細胞、
102
およびLDT、PPT、BFのコリン作動性細胞などの覚醒促進細胞群への主要な投射を含みます。
101、103
... Hcrtは、LC、
102、106、107
DRN、
108、109
TM、
110-112
LDT、
113、114
コリン作動性BF、
115
およびVTAのドーパミン（DA）ニューロンと非DAニューロンの両方を含む、覚醒と興奮に関与する細胞システムを直接興奮させる
。116、117
傍腕核および脚橋核のグルタミン酸作動性覚醒システム
BFからの逆行性トレーサーは、古典的なモノアミン作動性上行性覚醒システムの一部ではない脳幹の入力部位を一貫して特定している。それは、傍腕核および脚橋核のグルタミン酸作動性ニューロンである
。... 脚橋核ニューロンからの傍細胞記録では、この領域のほぼすべてのコリン作動性ニューロン、および多くのグルタミン酸作動性ニューロンとGABA作動性ニューロンが、覚醒時とREM睡眠時に最も活発であることが示されている[25]。ただし、後者のニューロンの中には、覚醒時またはREM睡眠時のいずれかで最大活性を示すものもあったが、両方で最大活性を示すものはなかった。...
[傍腕核および脚橋核のグルタミン酸作動性ニューロン]は、外側視床下部、扁桃体中心核、およびBFに強い神経支配を提供している。
、これを支える細胞の種類は完全には理解されていない。
本稿では、乳頭体上領域のグルタミン酸放出ニューロン（SuMvglut2）が化学遺伝学的に活性化されると、持続的な行動的および脳波的覚醒を引き起こすことを報告する。
モノアミンニューロン（第6章参照）と同様に広範囲に投射する構造を持ち、ARASのすべての構成要素を神経支配している。覚醒時にはREMオフ型モノアミン作動性ニューロンを、REM睡眠時にはPTコリン作動性ニューロンを興奮させる。ノンレム睡眠時にはVLPOニューロンによって抑制される。
、青斑核（LC）のモノアミン作動性ニューロン、結節乳頭体核（TMN）のヒスタミン作動性ニューロン、傍腕核（PB）のグルタミン酸作動性ニューロンからなるネットワークを介して覚醒を促進します
。
これは、層内グループの中心正中核および外側中心核に対応します。
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Wiktionaryにおけるreticular formationの辞書定義