Hoe slaap de hersenen helpt zichzelf te reinigen

De exacte reden waarom we slapen is al lang een van de grootste mysteries van de moderne wetenschap. Er zijn veel verschillende theorieën voorgesteld, maar het feit is dat niemand helemaal zeker weet waarom we ongeveer een derde van ons leven islapen.

Er is veel onderzoek gedaan naar de manier waarop slaap helpt om herinneringen op te slaan (consolideren) en het lichaam te herstellen, maar veel wetenschappers zijn van mening dat deze functies het onderliggende doel van slaap niet volledig verklaren, met name vanuit een evolutionair standpunt. Het feit dat we zoveel van ons leven in slaap en dus kwetsbaar doorbrengen, stelt ons bloot aan groot gevaar, dus veel deskundigen geloven dat er een dwingender reden moet zijn waarom we slapen.

Een van de belangrijkste theorieën van de slaap suggereert dat slaap noodzakelijk is om de hersenen in staat te stellen om op te ruimen en te herstarten na de activiteiten van de vorige dag. Onderzoek bij muizen ondersteunt deze theorie.

Een studie gepubliceerd in 2013 in het tijdschrift Science onthulde dat slaap de hersenen een kans geeft om zichzelf schoon te maken. De studie omvatte het kijken naar de beweging van vloeistoffen in de hersenen van muizen in wakkere en slaaptoestanden.

De onderzoekers richtten zich met name op de manier waarop vloeistoffen binnen het lymfestelsel of de ruimtes tussen de neuronen stromen. Dit is zoiets als een afvalverwijderingssysteem, waarbij de afvalstoffen worden opgeruimd die hersencellen genereren bij het uitvoeren van normale taken.

Vloeistofstroom neemt toe in slapende hersenen

Het transport van deze afvalstoffen vergt echter veel energie en de onderzoekers veronderstelden dat de hersenen niet in staat zouden zijn om deze reinigingsfuncties te ondersteunen en tegelijkertijd zintuiglijke informatie te verwerken. Om dit idee te testen heeft de hoofdauteur van het onderzoek, Lulu Xie, twee jaar lang muizen getraind om in slaap te vallen op een soort microscoop die de onderzoekers in staat zou stellen om kleurstof te observeren die door levend weefsel beweegt.

Nadat de EEG-activiteit bevestigde dat de muizen echt sliepen, werd er een groene kleurstof in hun hersenvocht geïnjecteerd. Een half uur later werden de muizen wakker gemaakt en werd een rode kleurstof geïnjecteerd. Door dit proces konden de onderzoekers de bewegingen van de groene en rode kleurstof door de hersenen volgen. Wat ze observeerden was dat er tijdens de slaap grote hoeveelheden hersenvocht door de hersenen stroomde, en er als de muizen wakker waren zeer weinig beweging werd waargenomen.

Ruimtes tussen hersencellen worden tijdens de slaap groter

Waarom was er dan zo’n grotere vloeistofstroom tijdens de slaaptoestand in tegenstelling tot de wakkere staten? De onderzoekers merkten op dat de tussenruimten tussen de hersencellen tijdens de slaap veel groter werden, waardoor de vloeistof vrijer kon stromen. Deze kanalen namen tijdens de slaap met ongeveer 60% toe.

De onderzoekers zagen ook dat wanneer bepaalde eiwitten in de muizen werden geïnjecteerd, de eiwitten tijdens de slaap veel sneller werden opgeruimd.

Mogelijke implicaties

“Deze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor de behandeling van hersenaandoeningen zoals Alzheimer”, aldus Maiken Nedergaard, een van de auteurs van het onderzoek. “Precies begrijpen hoe en wanneer de hersenen het systeem activeren en afval opruimen is een cruciale eerste stap in de pogingen om dit systeem mogelijk efficiënter te laten werken.

Wetenschappers weten al lang dat bepaalde neurologische aandoeningen zoals dementie, Alzheimer en beroerte allemaal verband houden met slaapstoornissen. Volgens Nedergaard zouden deze resultaten kunnen suggereren dat slaapgebrek een oorzakelijke rol kan spelen bij dergelijke aandoeningen.

Nu de onderzoekers dit hersenreinigingsproces hebben geïdentificeerd, hopen ze dat het zal leiden tot verder onderzoek naar hoe het proces werkt en de mogelijke rol die het kan spelen bij neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer.

Bronnen

  • Underwood, E. (2013, Oct. 17). Sleep: The Ultimate Brainwasher?Science
  • Xie, L., Kang, H., Xu, Q., Chen, M. J., Liao, Y., Thyagarajan, M., O’Donnell, J. Nedergaard, M. (2013). Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain. Science. 342(6156), 373-377. DOI: 10.1126/science.1241224.