Je denkt dat je aan het lezen bent, maar misschien slaap je eigenlijk. Ook in zogenaamd wakkere toestand kunnen sommige delen van het brein in slaapmodus gaan en ons gedrag verstoren, ontdekte neurowetenschapper Yuval Nir.
Onze slaap bestaat uit een aaneenschakeling van vier à zes cycli, die telkens een aantal slaapstadia bevatten zoals lichte slaap, diepe slaapfases en de remslaap (rapid eye movement), ook wel droomslaap genoemd. Het slaaponderzoek focuste lange tijd op deze stadia en ook de medische behandelingen baseerden zich op het idee van een soort geüniformiseerde breinactiveit tijdens het slapen.
Nieuw onderzoek laat een ingewikkelder plaatje zien. Neurowetenschappers bestuderen nu verschillende golven van elektrische activiteit in specifieke breinregio's, zoals trage golven (minder dan 1 herz) die tijdens de non-remslaap plaatsvinden. Ze beïnvloeden, veel meer dan de levendige breinactiviteit in de remslaap, onze gezondheid.
We weten eigenlijk niet waarom we slapen, maar er zijn een drietal theorieën
Yuval Nir van de Tel Aviv University in Israël en zijn team konden de trage golven van de non-remslaap capteren bij epilepsiepatiënten, die om medische redenen elektroden ingeplant kregen. Zo konden ze de activiteit van individuele neuronen, op lokaal niveau, tijdens de slaap bestuderen. Dat levert nieuwe inzichten op. Onlangs haalde Nir nog Nature Medicine met onderzoek dat aantoonde dat ook in een wakkere toestand sommige lokale delen van het brein trage golven kunnen vertonen - dus in slaapmodus gaan. Slapeloosheid vertraagt de respons van individuele zenuwcellen, en dat verstoort ons gedrag.
Ik ontmoet Nir op de Falling Walls-conferentie in Berlijn. Elk jaar op 9 november, de verjaardag van de val van de Muur, komen er twintig gerenommeerde wetenschappers vertellen over de nakende doorbraken in hun vakgebied. Voor hun talks krijgen ze exact vijftien minuten en geen seconde meer, waardoor sommige kwesties onderbelicht blijven.
Waarom slapen we überhaupt?
‘Eigenlijk weten we dat nog niet’, zegt Nir. ‘Dat is een kort, maar eerlijk antwoord. Al zijn er natuurlijk een aantal theorieën in omloop. De slaap zou dienen om de breinactiviteit te herstellen, bijvoorbeeld om grote moleculen te synthetiseren en vervolgens te lozen. Een soort onderhoud waarbij afval wordt afgevoerd.’
‘Een andere theorie is die van de adaptieve inactiviteit, een dure term om aan te duiden dat slapen het beste is wat we kunnen doen als we niets anders omhanden hebben. Het klinkt wat onnozel, maar er is wel bewijs voor. Leeuwen slapen bijvoorbeeld twintig uur per dag, veel meer dan hun prooien. Stel, je bent een leeuw, en je hebt je al voortgeplant en voldoende gegeten, waarom zou je dan nog energie verspillen door verder rond te lopen?’
‘Een derde theorie zegt dat het brein letterlijk van de wereld moet ontkoppelen om het leervermogen en het geheugen te ondersteunen. Terwijl je bezig bent informatie te vergaren en te leren, kunnen de synaptische verbindingen tussen de zenuwcellen zich niet reorganiseren. Zoals tijdens het defragmenteren van de harde schijf van je computer alle andere toepassingen afgesloten moeten worden.’
Een olifant slaapt amper vier uur per dag, en toch staat hij bekend als intelligent. Waarom varieert het aantal uren slaap zo sterk in de dierenwereld?
‘Ook dat begrijpen we nog niet goed. Het is wel duidelijk dat het aantal uur dat je slaapt maar een deel van het verhaal is, en niet noodzakelijk het belangrijkste. Hoe diep je slaapt, en wat er precies in de hersenen plaatsvindt, is veel doorslaggevender. Als je bijvoorbeeld drie dagen wakker blijft, zul je vervolgens geen 24 uur slapen – het equivalent voor drie nachten op rij. Je brein zal dit compenseren door in een intensere, diepere slaap te gaan. We weten niet of en waarom dieren zoals olifanten evolutionair gezien een diepere slaap hebben ontwikkeld.’
Dankzij uw onderzoek weten we dat slaap nog complexer is dan gedacht. Het is geen regelmatige opvolging van cycli, maar eerder een continue wisselwerking tussen verschillende regio's in de hersenen.
‘Laat me dat een beetje verfijnen. Het is niet zo dat een deel van het brein in remslaap gaat en een ander deel in tragegolfslaap. Bepaalde golven doen zich, op het niveau van tienden van een seconde, voor op verschillende tijdstippen en plaatsen in de hersenen. Het zou dus kunnen dat het hele brein zich in een staat van tragegolfslaap bevindt, maar dat in bepaalde breinregio’s de golven zich op verschillende tijdstippen voordoen.’
‘Het leert ons preciezer hoe slaap werkt. Sommige theorieën zeggen dat slaap het geheugen ondersteunt doordat verschillende regio’s met elkaar communiceren en ‘vertellen’ wat ze gedurende de dag hebben geleerd. Nu hebben we ontdekt dat terwijl een bepaalde regio informatie aan het doorzenden is, sommige andere regio’s niet beschikbaar zijn om die te ontvangen. Het betekent dat slaap vooral op erg lokaal niveau opereert en dat trage golven een belangrijke rol spelen.’
Kan je mensen in een welbepaalde slaapmodus houden, als een soort behandeling?
‘Bepaalde geneesmiddelen veranderen de biomedische eigenschappen van een bepaalde slaapfase. Als je een bepaalde setting gaat imiteren, dan is er een kans dat een individu in een specifieke fase belandt. Ik denk niet dat het al in mensen is getest, maar in dierexperimenten heeft men dieren met injecties onmiddellijk in remslaap gebracht. Ook omgevingsfactoren, zoals temperatuur, hebben een invloed. Als ik iemand in slaap breng in een warme of koude kamer, kan ik hem in een bepaalde fase duwen. Maar erg precies is dit niet. Tot slot veranderen veel geneesmiddelen die mensen voor andere redenen innemen, de slaap compleet. Medicijnen tegen angst en depressie, SSRI’s zoals Prozac, verminderen de remslaap met maar liefst 90 procent.’
Als je moe bent, slaapt een deel van je brein al
‘Het lijkt erop dat er geen dramatische gevolgen zijn. Sommige onderzoekers concluderen dat remslaap wellicht niet cruciaal is voor je gezondheid, omdat meer dan 20 procent van de westerse bevolking geneesmiddelen inneemt die deze fase tot een minimum beperkt. Over het algemeen doen ze het goed. Het zou kunnen dat het brein verandert, maar dat kan je pas in het lab zien en voor effecten op langere termijn is het nog te vroeg. Dat is ook de reden waarom mijn onderzoek zich op de trage golven focust. Deze fase lijkt me veel crucialer voor de gezondheid.’
Dromen doen we vooral tijdens de remslaap. Betekent dit dat dromen niet zo belangrijk zijn?
‘Sommige mensen dromen ook levendig in non-remslaap. Het heeft wat tijd gekost voor we dat begrepen. Zijn dromen noodzakelijk voor onze fysieke gezondheid? De vraag waarom we dromen is identiek aan de vraag waarvoor ons bewustzijn dient. Waarom wordt ons gedrag niet gewoon automatisch aangestuurd? Biedt het opdoen van ervaringen extra voordelen? Die vragen willen we in de toekomst beantwoorden.’
Welke nieuwe kennis over dromen levert uw onderzoek op?
‘We ontdekten dat de oogbewegingen in de remslaap overeenkomen met het wisselen van mentale beelden. Het visuele aspect is minder belangrijk, het draait om concepten die veranderen, zoals ‘(Concept:) ik zit met mijn moeder in de woonkamer. Oogbeweging. (Volgend concept:) Ik ben bezorgd dat ik te veel heb gegeten.’ Zo volgen de associaties elkaar op. Zoals een diaprojector de ene dia letterlijk wegschuift voor de volgende, zo switchen samen met de oogbewegingen de mentale beelden of concepten.’
‘Het is complexe materie. Ook blinden bewegen met de ogen, maar ze zullen nooit visuele beelden zien. En er vinden ook dromen in de non-remslaap plaats, zonder oogbewegingen. Het zou kunnen dat de ogen tijdens het dromen bewegen zoals bij vegetatieve comapatiënten, als een teken van perifere arousal (opwinding, red.), zonder iets over de inhoud te vertellen. Net zoals erecties in de remslaap – wat alle mannen overkomt – niet naar de inhoud van de droom verwijzen.’
En de psychologische kant van het verhaal? Hoe moeten we onze dromen interpreteren?
‘Ik denk dat de inhoud van onze dromen niet volledig willekeurig is. Hij is mogelijk gemaakt door wie we zijn, door onze herinneringen of de associaties die we maken. Als je nauwkeurig naar je dromen kijkt, dan kan je interessante dingen te weten komen over jezelf, op een neutrale, niet-Freudiaanse manier. Als je in wakkere toestand een verhaal neerschrijft, zal dat iets over jou vertellen, over je herinneringen en je ervaringen. Dat is net zo met dromen. Wat je kan dromen is wat je je kan inbeelden. Het zegt iets over wie je bent. Eigenlijk moeten we experimenteel testen, maar dat zal niet voor morgen zijn.’
Slaaponderzoek gebeurt traditioneel met eeg (elektro-encefalogram), dat bovenop de schedel de hersenactiviteit registreert. Wat is het voordeel van ingeplante elektroden?
‘Dat maakt een enorm verschil. Stel dat ik wil onderzoeken hoe mensen communiceren, en ik mag een microfoon plaatsen aan de buitenkant van de Allianz Arena (het stadion van Bayern Munchen, red.) waar een Champions League-wedstrijd aan de gang is. Ik zal geen conversaties opvangen, wel veel ruis en een lawaaiopstoot bij elk doelpunt. Zo weet ik alleen of het een saaie of boeiende wedstrijd was. Maar als ik tienduizend microfoons in het stadion kan plaatsen, pik ik op hoe mensen praten. Dat zal me veel meer inzicht in taal verschaffen.’
‘Met het brein is het net hetzelfde. Honderd miljard neuronen praten met elkaar door middel van een binaire code. Als we deze code willen begrijpen, hebben we een veel beter, preciezer signaal nodig dan we met eeg opvangen, en minder ruis.’
Hoe meet u dat concreet?
‘Elke patiënt krijgt acht à tien elektroden ingeplant. Je kunt ze vergelijken met een zeer dun potlood dat aan het einde acht ultradunne microdraden heeft. We beschikken in totaal dus over ongeveer tachtig kanalen om naar neuronen te kijken. Ongeveer de helft daarvan zal enige activiteit oppikken, de andere helft zit bijvoorbeeld niet dicht genoeg bij een zenuwcel. Vervolgens proberen we met algoritmes de signalen te analyseren.’
Een analyse van veertig neuronen op een totaal van honderd miljard, vormt dat geen al te smalle basis waarmee je aan de slag moet?
Wat je kan dromen is wat je je kan inbeelden
‘Ja. Afgelopen week verscheen in Nature een paper over de neuroPixel (waar ook het Leuvense onderzoekscentrum Imec aan meewerkte, red.). Die kan in dieren meer dan duizend neuronen tegelijkertijd registreren. Maar deze elektroden bevatten glas, en dat kan breken in de hersenen. Bij mensen kunnen we niet de nieuwste speeltjes gebruiken die bij dieren in het lab worden toegepast.’
‘Ik wil de oceaan bestuderen, maar ik kan maar één kopje water per keer vullen. Doen we dit honderd keer en ik ontdek elke keer dat 17 procent van het volume uit plastics bestaat, dan leren we iets over vervuiling van het water. Maar het blijft waar dat één kopje op zich niet veel water bevat.’
Uw onderzoek gebeurde in epilepsiepatiënten. In hoeverre gelden de bevindingen ook voor gezonde mensen?
‘In het begin dachten we dat die lokale golven een gevolg waren van de epilepsie. Maar bij gezonde proefpersonen zagen we hetzelfde met eeg. We herhaalden ons onderzoek met ratten en muizen. De resultaten bevestigen onze bevindingen. We zijn er dus gerust in dat wat we in het brein van epilepsiepatiënten vonden, ook in jouw en mijn brein gebeurt. Voor de duidelijkheid: we implanteren geen elektroden in mensen om onze nieuwsgierigheid te bevredigen. We onderzoeken epilepsiepatiënten die al zulke elektroden hebben. Het is een unieke kans om dit onderzoek te doen.’
‘Nu we beter snappen wat in de hersenen gebeurt, kijken we op een andere manier naar eeg’s. In een slaaplab brengt men normaal tien of twintig sensoren aan. Nu we weten dat complexe zaken zich op lokaal niveau manifesteren, doen we onderzoek met 250 sensoren, en zien we duidelijke verschillen tussen diverse breinregio’s. We gaan terug naar de eeg-basis, maar beter deze keer. Omdat we weten waarnaar we moeten kijken.’
Is de toestand waarbij we in wakkere toestand al een beetje slapen niet gewoon indommelen of knikkebollen?
‘Nee. Dat kennen we al vijftig jaar en kunnen we met eeg perfect meten. Nu zien we iets anders. Het is vier uur in de ochtend, je bent moe en toch rij je met de auto. Je denkt dat alles onder controle is, want je ogen zijn nog open. Niet dus. Lokaal geven je hersenen zich al over aan deze trage golven, nog vóór je indommelt of inslaapt. Wakker zijn of niet is geen zwart-witgebeuren met duidelijk afgebakende hersenactiviteit. Het gaat om een continuüm tussen klaarwakker en doodmoe. Vergelijk het met het in elkaar vloeien van yin en yang. Misschien kunnen we dankzij deze nieuwe kennis de slaperigheid van autobestuurders meten en zo nodig een rijverbod opleggen. Dat kan vele levens sparen.’
