Nếu không có sự truyền liên tục tín hiệu thần kinh từ thân não lên não, thì não không hoạt động được. Thật vậy, sự chèn ép thân não nặng nề ở phần nối não giữa và đại não, như khi bị bướu tuyến tùng, sẽ làm bệnh nhân bị hôn mê suốt quãng đời còn lại.

Tín hiệu thần kinh từ thân não hoạt hóa đại não bằng hai cách:

1. Kích thích trực tiếp mức hoạt động căn bản của những vùng rộng lớn của não nhờ hệ lưới ở thân não.
2. Hoặc hoạt hóa hệ thống nội tiết – thần kinh, tiết ra chất dẫn truyền thần kinh chuyên biệt giống như hormon, có tác dụng hỗ trợ hay ức chế ở những vùng chọn lọc của não bộ.

Hai hệ thống này hoạt động phối hợp nhau, không tách biệt nhau.

1.Điều hòa hoạt động của não bởi những tín hiệu kích thích liên tục từ hệ lưới thân não

1.1.Hệ lưới hoạt hóa ở phần cầu não và não giữa

Chính là vùng lưới ở thân não đã truyền các tín hiệu hỗ trợ xuống tủy sống, duy trì trương lực cơ của các cơ chống trọng lực, và điều hòa mức độ hoạt động của các phản xạ tủy sống.

Ngoài ra vùng lưới này còn truyền rất nhiều tín hiệu đi lên, phần lổn tiếp hợp với đồi thị, và được phân phôi tới tất cả các vùng của vỏ não, mặc dù số khác đi tới tiếp hợp-ở những cấu trúc dưới vỏ khác ngoài đồi thị.

1.1.1.Tín hiệu thần kinh tiếp hợp ở đồi thị gồm hai loại:

• Một loại tín hiệu xuất phát từ thân tế bào thần kinh có kích thước rất lớn, nằm khắp chất lưới, có điện thế động truyền nhanh, kích thích đại não trong vòng vài miligiây, đầu tận cùng tiết ra acetylcholin, có tác dụng trong vài giây trước khi bị phá hủy, có lẽ có vai trò tạo ra giấc ngủ cử động mắt nhanh.
• Loại tín hiệu thứ hai xuất phát từ số lượng lớn những tế bào thần kinh rất nhỏ, nằm trải khắp chất lưới hoạt hóa, phần lớn có kích thước nhỏ, dẫn truyền rất chậm đến tiếp hợp với nhân trong lá và nhân lưới ở bề mặt của đồi thị, sau đó cho ra thêm những sợi thần kinh rất nhỏ, đi tới tất cả mọi nơi ở vỏ não. Tác dụng kích thích bởi hệ thống này có thể kéo dài liên tục trong nhiều giây tới một phút hay hơn nữa, hệ thống này có nhiệm vụ quan trọng trong việc điều hòa mức độ kích thích cơ bản kéo dài của não.
• Ngoài ra đồi thị gồm nhiều nhân khác, còn là trung tâm phân phối điều hòa hoạt động của những vùng chuyên biệt của vỏ não.

Kích thích điện vào một điểm chuyên biệt của đồi thị, sẽ làm hoạt hóa một vùng nhỏ chuyên biệt tương ứng ở vỏ não. Hơn nữa tín hiệu còn đều đặn dội đi dội lại giữa đồi thị và vỏ não.

Người ta nghĩ rằng một phần của quá trình suy nghĩ để giúp thành lập trí nhớ dài hạn có thể là kết quả từ sự dội đi dội lại của các tín hiệu thần kinh. Tuy nhiên, đồi thị có nhiệm vụ gợi lại những trí nhớ đặc hiệu hay hoạt hóa quá trình nghĩ đặc hiệu hay không thì chưa biết. Chắc chắn đồi thị có vòng thần kinh thích hợp để làm điều này.

1.1.2.Có hai loại kích thích làm tăng hoạt động của hệ lưới hoạt hóa

1.1.2.1.Tín hiệu cảm giác từ ngoại biên đến qua các nhánh bên vào hệ lưới làm tăng hoạt tính của hệ lưới hoạt hóa, và từ đó làm tăng hoạt tính của toàn não bộ. Cảm giác đau làm tăng kích thích hệ lưới hoạt hóa và làm cho não tăng sự chú ý nhiều. Nếu cắt thân não phía trên chỗ thần kinh V đi vào cầu não (thần kinh V là thần kinh ở vị trí cao nhất truyền những tín hiệu cảm giác của cơ thể vào não), thì hoạt tính của hệ lưới hoạt hóa bị giảm ngay lập tức, có thể đưa tới trạng thái hôn mê thường xuyên. Tuy nhiên nếu cắt thân não ở phía dưới thần kinh sọ V, chừa tín hiệu cảm giác từ vùng mặt và vùng miệng tới hệ lưới hoạt hóa, thì có thể ngăn ngừa được hôn mê.

1.1.2.2.Ngoài ra các tín hiệu từ đại não tới làm tăng hoạt động của hệ lưới hoạt hóa

Khi vỏ não được hoạt hóa bởi quá trình suy nghĩ, hay quá trình vận động, tín hiệu được truyền ngược lại hệ lưới hoạt hóa, làm tăng hoạt động lên, và sau đó hệ lưới hoạt hóa lại gửi nhiều tín hiệu hơn tới vỏ não, điều này giúp cho sự duy trì mức độ kích thích của vỏ não và tăng cường nó. Đó là cơ chế tổng quát của sự điều hòa ngược dương tính, khiến cho bất cứ hoạt động nào khởi đầu từ não bộ sẽ giúp cho nhiều hoạt động khác, như vậy làm cho tinh thần được tĩnh táo, thức tinh.

1.2.Hệ lưới ức chế phần thấp hơn của thân não

Nằm ở phía trong và phía bụng của hành não. Vùng này có thể ức chế vùng hệ lưới hoạt hóa, như vậy giảm trương lực của tín hiệu thần kinh truyền tới tủy sống, đến các cơ chống trọng lực. Cũng chính hệ lưới ức chế khi bị kích thích sẽ làm giảm hoạt tính của phần não phía trên.

Một trong những cơ chế mà hệ lưới ức chế sử dụng là kích thích các tế bào thần kinh tiết ra serotonin ở những điểm quan trọng của não.

2.Điều hòa hoạt động não hệ thống hormon thần kinh

Hệ thống hormon thần kinh khi hoạt động sẽ làm tiết ra hormon thần kinh, có tác dụng kích thích hay ức chế vào trong chất của não, tồn tại hàng phút hoặc hàng giờ, như vậy có thể điều khiển hoạt động của não lâu hơn.

2.1.Hình vẽ cho thấy bản đồ chi tiết của ba hệ thống hormon thần kinh não chuột

Hệ thống tiết ra norepinephrin, hệ thống tiết dopamin và hệ thống tiết serotonin. Norepinephrin thường là kích tố kích thích, serotonin thường là kích tố ức chế, dopamin là chất kích thích ở vài vùng và ức chế ở những nơi khác. Hệ thống norepinephrin phân phối hầu như tới tất cả các vùng của não bộ, xuất phát từ nhân xanh, trong khi hệ thống dopamin chính yếu phân phối cho vùng hạch nền, và hệ thống serotonin tới câu trúc ở đường giữa.

2.2.Hệ thống hormon thần kinh ở não người

Có 4 hệ thông chính ở người phân phối ở thân não như hình vẽ

 2.2.1.Nhân xanh và hệ thống tiết nore- pinephrin

Nhân xanh là một vùng nhỏ nằm ở hai bên và phía sau chỗ tiếp nối giữa cầu não và não giữa. Sợi thần kinh từ nhân xanh phân bổ khắp não bộ và tiết norepinephrin. Một cách tổng quát, norepinephrin kích thích não bộ làm tăng hoạt động, tuy nhiên nó có tác dụng ức chế ở vài nơi trên não, vì có những thụ thể ức chế ở một số xináp. Hệ thống này có lẽ có vai trò quan trọng trong việc tạo ra giấc mơ trong giai đoạn cử động mắt nhanh của giấc ngủ và sự thức tỉnh.

2.2.2.Chất đen và hệ thống tiết dopamin

Nằm ở phía trước của phần trên não giữa, cho sợi thần kinh tận cùng chính yếu ở nhân đuôi và nhân bèo sẫm, nơi đó tiết ra dopa- min. Những tế bào thần kinh ở vùng lân cận cũng tiết dopamin, nhưng sợi thần kinh đi tới các vùng ở gần vùng bụng hơn của não bộ,đặc biệt là tới vùng dưới đồi và hệ viền. Dopamin hoạt động như là chất ức chế ở hạch nền, ở vài vùng khác của não bộ, nó có thể là chất kích thích. Nếu phá hủy hệ thống tiết dopamin ở chất đen thì sẽ bị bệnh Parkinson (xem bài hạch nền).

2.2.3.Nhân đường giữa và hệ thống tiết serotonin

Ở đường giữa của cầu não và hành não, có vài nhân mỏng, gọi là nhân đường giữa. Nhiều tế bào thần kinh của nhân này tiết serotonin, cho nhiều sợi thần kinh tới não trung gian, và một vài sợi thần kinh tới vỏ não, còn nhiều sợi khác đi xuống tủy sống. Những sợi thần kinh tới tủy sống làm giảm đau. Serotonin tiết ra ở não trung gian và đại não chắc chắn đóng vai trò chính yếu ức chế, giúp tạo ra giấc ngủ.

2.2.4.Nhân đại tế bào của hệ lưới hoạt hóa và hệ thống tiết acetylcholin

Các tế bào thần kinh khổng lồ có sợi thần kinh chia ngay làm hai nhánh, nhánh đi lên vùng cao hơn của não và nhánh khác qua bó lưới – tủy vào tủy sống, đầu tận cùng tiết ra acetylcholin. ớ phần lớn nơi, acetylcholin là chất kích thích ở những xináp chuyên biệt, kích thích các tế bào thần kinh này gây ra trạng thái tinh thần thức tinh và phấn kích.

Tuy nhiên có những tế bào thần kinh hiện diện ở vài vùng của não trung gian tiết ra acetylcholin. Vài rối loạn tâm lý của não kết hợp với sự giảm chức năng hoặc phá hủy những tế bào thần kinh này.

2.2.5.Những chất dẫn truyền thần kinh và hormon thần kinh khác được tiết trong não được liệt kê ở đây, mà không nói đến chức năng sinh lý của chúng. Các chất này hoặc có tác dụng ở xináp, hoặc được phóng thích vào chất dịch của não bộ: enkephalin, gamma – aminobutyric acid, glutamate, va- sopressin, ACTH, epinephrin, endorphin, angiotensin II, neurotensin.

Như vậy có rất nhiều hệ thông hormon thần kinh ở não bộ, hoạt hóa mỗi hệ thống sẽ làm điều hòa những nhiệm vụ khác nhau của não.

3.Giấc ngủ

Ngủ là tình trạng mất tri thức tạm thời, và có thể được đánh thức bởi tín hiệu cảm giác hay các kích thích khác, cần phân biệt rõ ngủ và hôn mê là tình trạng bệnh nhân mất tri thức mà không thể đánh thức dậy được.

3.1.Các giai đoạn của giấc ngủ

Mỗi đêm, người ta trải qua hai loại giấc ngủ luân phiên nhau là giấc ngủ sóng chậm và giấc ngủ cử động mắt nhanh. Phần lớn giấc ngủ mỗi đêm thuộc loại giấc ngủ sóng chậm, đây là loại giấc ngủ sâu, yên tĩnh mà người ta trải qua trong giờ đầu của giấc ngủ, sau khi đã thức tinh nhiều giờ. Giấc ngủ cử động mắt nhanh xảy ra theo chu kỳ và chiếm 25 phần trăm thời gian ngủ của người trẻ, giấc ngủ này thường lập lại sau mỗi 90 phút. Giấc ngủ này thường không được yên tĩnh, và thường kèm với giấc mơ sinh động.

3.1.1.Giấc ngủ sóng chậm

Hầu hết chúng ta đều có thể hiểu được giấc ngủ sóng chậm bằng cách nhớ lại những lần ta phải thức hơn 24 giờ, sau đó được đi ngủ và ngủ sâu trong 1 giờ đầu. Giấc ngủ này rất yên tĩnh, giảm trương lực của mạch máu ngoại biên, và các hoạt động thực vật khác của cơ thể đều giảm, áp huyết, nhịp thở và chuyển hóa năng lượng giảm từ 10 đên 30 phần trăm. Mặc dù giấc ngủ sóng chậm thường được gọi là “giấc ngủ không có mơ” nhưng thật ra giấc mơ và đôi khi có cả ác mộng xảy ra vào giai đoạn này. Tuy nhiên dường như chi có những giấc mơ trong giấc ngủ cử động mắt nhanh mới được nhớ, điều này có nghĩa là trong giai đoạn giấc ngủ sóng chậm, quá trình củng cố giấc mơ vào trí nhớ không xảy ra.

3.1.2.Giấc ngủ cử động mắt nhanh

Trong một đêm ngủ bình thường, các đợt giấc ngủ này kéo dài từ 5 đến 30 phút, và thường xuất hiện sau mỗi 90 phút. Đợt đầu tiên xảy ra sau khi ngủ được từ 80 phút đến 100 phút. Khi một người rất buồn ngủ, thời gian kéo dài của mỗi đợt rút ngắn lại và có thể không có. Ngược lại khi một người được nghi ngơi suốt buổi tối thì thời gian của giấc ngủ này kéo dài ra.

Các đặc điểm quan trọng của giấc ngủ này là:

• Nó thường kèm theo giấc mơ sinh động.
• Khó đánh thức so với giấc ngủ sóng chậm. Tuy nhiên ta thường hay thức dậy buổi sáng trong khi đang ở giai đoạn giấc ngủ này.
• Trương lực cơ khắp cơ thể giảm rất nhiều, chứng tỏ có sự ức chế mạnh vùng chất lưới hoạt hóa ở thân não, không cho kích thích hệ Y đi tới tủy sống.
• Nhịp tim và nhịp thở thường không đều, đó là biểu hiện của sự đang nằm mơ.
• Mặc dù có sự ức chế mạnh các cơ ngoại biên, vẫn có một vài cử động cơ bất thường, đặc biệt là cử động nhanh của mắt.
• Não hoạt động rất mạnh, và chuyển hóa năng lượng của toàn thể não bộ tăng lên 20 phần trăm. Ngoài ra điện não đồ cho thấy dạng sóng p giông như dạng sóng ghi được khi đang thức, vì vậy giấc ngủ này còn gọi là giấc ngủ nghịch thường.

3.2.Những lý thuyết cơ bản của giấc ngủ

Trước đây có lý thuyết cho rằng hệ thống lưới hoạt hóa bị mệt sau một thời gian thức tinh vào ban ngày, do đó trở nên bất hoạt và gây ngủ, đó là lý thuyết thụ động của giấc ngủ.

 Một thí nghiệm quan trọng cho thấy giấc ngủ có lẽ được tạo ra nhờ cách ức chế chỏ động. Cắt thân não ở vùng giữa cầu não sẽ làm con vật bị mất ngủ. Một cách khác, dường như có vài trung tâm nằm dưới vùng giữa cầu não ở thân não cần để gây ra giấc ngủ, bằng cách ức chế những vùng khác của não bộ.

3.2.1.Các trung tâm gây ngủ – Các chất dẫn truyền gây ngủ và các cơ chế có thể tạo giấc ngủ. Vai trò đặc biệt của serotonin

Kích thích vài vùng đặc biệt ở não có thể tạo ra giấc ngủ rất giống giấc ngủ tự nhiên. Các vùng đó là:

3.2.1.1.Nhân đường giữa ở nửa dưới cầu não và hành não

Sợi thần kinh của các nhân này phân phối rộng rãi tới chất lưới, đồi thị, vỏ não mới, vùng dưới đồi và hầu hết các vùng của hệ viền, ngoài ra còn đi xuống tủy sống, tận cùng ở  sừng sau, để ức chế tín hiệu đau đi vào.

Người ta biết rằng nhánh tận của các sợi thần kinh này tiết ra chất serotonin. Khi cho vào con vật một chất thuốc chặn sự tạo thành serotonin, con vật thường bị mất ngủ trong vài ngày sau đó. Như vậy người ta cho là serotonin là chất dẫn truyền thần kinh chính gây ra giấc ngủ.

Tuy nhiên, người ta đo thấy nồng độ se- rotonin trong máu lúc ngủ thấp hơn là lúc thức. Do đó người ta đang nghiên cứu xem bên cạnh serotonin, còn có thêm vài chất gây ngủ của hệ thống nhân đường giữa không.

3.2.1.2.Kích thích bó đơn độc

Là vùng cảm giác ở hành não và cầu não, nhận những tín hiệu cảm giác nội tạng vào não qua dây thần kinh số IX và X, cũng gây ngủ, nhưng với điều kiện là nhân đường giữa không bị phá hủy. Do đó có lẽ các vùng này hoạt động bằng cách kích thích nhân đườn giữa và hệ thống serotonin.

3.2.1.3.Kích thích vài vùng ở não trung gian cũng gây ngủ

• Vùng trước của vùng dưới đồi, chính yếu là vùng trên tréo thị giác.
• Vài vùng ở các nhân rải rác của đồi

3.2.2.Hậu quả do tổn thương các trung tâm gây ngủ

• Tổn thương riêng biệt ở nhân đường giữa đưa tới trạng thái thức tỉnh cao độ.
• Bị tổn thương hai bên ở phần trước trong của phần trên tréo thị của vùng dưới đồi trước cũng làm cho sinh vật thức mãi.

Trong cả hai trường hợp trên nhân lưới hoạt hóa thoát khỏi sự ức chế. Thực vậy, đôi khi chân thương ở vùng trước vùng dưới đồi, có thể gây thức mãi khiến sinh vật bị chết vì kiệt sức.

3.2.3.Những chất dẫn truyền thần kinh khác có thể liên hệ tới giấc ngủ

Thí nghiệm cho thấy ở dịch não tủy, máu, nước tiểu của những con vật bị thức tinh liên tục trong vòng vài ngày, có chứa một hay nhiều chất gây ngủ khi chích vào não thất của con vật khác. Một chất đã được định danh là muramyl peptide, có trọng lượng phân tử thấp, tích tụ ở dịch não tủy và nước tiểu của con vật thức lâu.

Một chất khác là nonapeptide được phân lập từ máu của con vật được gây ngủ bằng cách trên. Tuy nhiên còn một yếu tố thứ ba gây ngủ cũng được phân lập từ mô thần kinh của thân não của con vật thức lâu trong vài ngày. Như vậy có thể tình trạng thức tinh kéo dài gây tích tụ một yếu tố ngủ, hay nhiều yếu tố ngủ ở thân não, dịch não tủy dẫn đến mất ngủ.

3.2.4.Nguyên nhân của giấc ngủ cử động mắt nhanh

Tại sao giấc ngủ sóng chậm lại bị xen kẽ vào từng đợt bởi giấc ngủ cử động mắt nhanh. Câu hỏi này vẫn chưa được trả lời rõ. Tuy nhiên, những thuốc bắt chước tác dụng của acetylcholin sẽ làm tăng sự xuất hiện của giấc ngủ này. Bởi vậy, người ta thừa nhận rằng những tế bào thần kinh có kích thước lớn ở phần hệ lưới hoạt hóa tiết acetylcho- lin, có thể qua sự phân phối rộng của các sợi thần kinh, hoạt hóa nhiều phần của não bộ: ta có điện thế động “cầu – gối – chẩm” phát xuất từ hệ lưới ở cầu não đi tới thể gối ngoài, sau đó tới vỏ thùy chẩm gây ra giấc ngủ cử động mắt nhanh, ngoài ra còn hoạt hóa vùng hệ lưới ức chế, nên làm giảm trương lực cơ toàn cơ thể, và các phản xạ cũng giảm. Ngoài ra khi có điện thế động “cầu – gối – chẩm” thì nhân xanh và nhân đường giữa sẽ không hoạt động, nên sự thức tinh không xảy ra.

3.2.5.Chu kỳ giữa tình trạng thức và ngủ

Tại sao hiện tượng thức ngủ có tính cách lập đi lập lại như vậy. Có thể giải thích theo cơ chế sau đây:

• Khi các trung tâm ngủ không được hoạt hóa, hệ lưới hoạt hóa thoát sự ức chế, sẽ tự phát hoạt động, từ đó kích thích vỏ não và hệ thần kinh ngoại biên. Kế đến, tín hiệu điều hòa ngược dương từ các vùng này làm hệ lưới hoạt hóa càng hoạt hóa hơn. Như vậy mỗi khi trạng thái thức bắt đầu, nó có khuynh hướng tự nhiên tự duy trì tình trạng thức này nhờ các tín hiệu điều hòa ngược dương.
• Sau khi được hoạt hóa trong nhiều giờ, các tế bào thần kinh của hệ hoạt hóa bị mệt. Kết quả là vòng điều hòa ngược dương tính giữa hệ lưới hoạt hóa và vỏ não tắt dần, và tác dụng ức chế của các trung tâm ngủ sẽ làm chuyển tiếp nhanh chóng từ thức sang ngủ.
• Sau đó, trong thời gian ngủ kéo dài, các tế bào thần kinh của hệ lưới hoạt hóa sẽ dần dần được kích thích trở lại sau khi được nghỉ ngơi một thời gian dài, trong khi các tế bào thần kinh ức chế của các trung tâm ngủ trở nên kém linh hoạt, vì đã hoạt động quá độ, như vậy dẫn đến chuyển sang giai đoạn thức.

Lý thuyết tổng quát này có thể cắt nghĩa được sự chuyển tiếp nhanh chóng từ trạng thái ngủ sang thức và ngược lại. Lý thuyết này cũng cắt nghĩa được sự thức tinh không ngủ được xảy ra ở một người đang có chuyện gì lo nghĩ, tình trạng thức tinh do các vận động của cơ thể, và nhiều tình trạng khác ảnh hưởng đến tình trạng ngủ hay thức.

3.3.Chức năng sinh lý của giấc ngủ

3.3.1.Ảnh hưởng trên hệ thần kinh trung ương

Sự thức kéo dài lâu ngày thường gây ra sự bất thường về hoạt động tinh thần, và đôi khi gây ra những hành vi không bình thường của hệ thần kinh trung ương. Tất cả chúng ta đều quen thuộc với tình trạng suy nghĩ chậm chạp xảy ra sau một thời kỳ không ngủ kéo dài, hơn nữa, người ta còn trở nên dễ bực tức hoặc bị loạn tâm thần nếu bị bắt buộc phải thức tinh kéo dài. Như vậy giấc ngủ có nhiệm vụ duy trì hoạt động bình thường, và sự quân bình bình thường giữa những bộ phận khác nhau của hệ thần kinh trung ương, vì nếu ở trạng thái thức tinh lâu dài, thì sự sử dụng quá mức vài trung tâm của não bộ sẽ làm mất quân bình giữa các trung tâm này với phần còn lại của hệ thần kinh trung ương.

3.3.2.Ảnh hưởng trên những cơ quan khác của cơ thể

Tình trạng thức hay ngủ nhiều không có tác dụng hại trên những cơ quan khác trong cơ thể, nhưng tình trạng kích thích thần kinh tăng lên khi thức, và giảm đi khi ngủ cũng có tác dụng sinh lý vừa phải trên cơ thể.

Khi thức tỉnh, có sự tăng hoạt động giao cảm, tăng xung động thần kinh tới cơ vân làm tăng trương lực cơ. Ngược lại, trong giấc ngủ sóng chậm, hoạt động giao cảm giảm, hoạt động đốì giao cảm tăng, áp huyết động mạch giảm, nhịp tim giảm, mạch máu da giãn nở, hoạt động của hệ tiêu hóa đôi khi tăng, trương lực cơ vân giảm, chuyển hóa năng lượng của toàn cơ thể giảm từ 10 đến 30 phần trăm.