Wetenschappers hebben een opmerkelijke ontdekking gedaan over onze hersenen. Jarenlang dacht men dat slaap en waaktoestanden zich als langzame golven door onze hele hersenen verplaatsen. Maar nu blijkt dat kleine delen van de hersenen heel kort kunnen dutten, terwijl de rest wakker blijft. Dit zet de traditionele opvattingen over slaap en waak toestanden op losse schroeven.
Een team van wetenschappers van de Universiteit van Californië en de Washington University in St. Louis deed deze verrassende ontdekking. Ze trainden een kunstmatig neuraal netwerk om extreem korte patronen van hersenactiviteit te herkennen. Tot nu toe keek men vooral naar de langzame hersengolven, die zich in tienden van seconden door de hele hersenen lijken te verplaatsen. Maar de onderzoekers ontdekten nu dat slaap al te detecteren is in patronen van amper een milliseconde lang, duizend keer korter dus!
Dit betekent dat kleine groepjes van enkele neuronen heel kort kunnen overschakelen tussen een slaap- en waaktoestand. De wetenschappers noemen dit ‘hyperlokale activiteitspatronen’. Ook zagen ze af en toe ‘flikkeringen’, waarbij een hersengebied plots heel even in slaap valt of wakker wordt, terwijl de rest van de hersenen in de andere toestand blijft. Deze bevindingen geven een compleet nieuw inzicht in hoe ons brein werkt. Kennelijk is slaap veel meer een lokaal fenomeen dan we dachten.
De onderzoekers analyseerden enorme hoeveelheden data van elektrische hersenactiviteit bij muizen. De dieren droegen lichte sensoren, waarmee hun hersenactiviteit tot op de microseconde nauwkeurig werd gemeten. Met behulp van krachtige computers en geavanceerde neurale netwerken wisten de wetenschappers verborgen patronen te ontdekken in deze data.
Ze vroegen het neurale netwerk om op basis van steeds kleinere stukjes data te voorspellen of een hersengebied sliep of wakker was. Tot hun verbazing bleek het netwerk dit al te kunnen bepalen aan de hand van amper een milliseconde aan data. De traditionele langzame golven waren dus niet nodig om het verschil tussen slaap en waak te detecteren! Kennelijk gaat er op een zeer snelle, lokale schaal iets fundamenteels anders in onze hersenen tijdens slaap.
Na uitsluiting van alle langzame golven, keken de onderzoekers naar de allerhoogste frequenties in de data. Ze ontdekten hyperlokale patronen van activiteit tussen enkele neuronen die slechts een milliseconde duurden. Deze patronen bleken essentieel om slaap van waak te onderscheiden. Blijkbaar is niet de langzame golf, maar juist deze snelle lokale interactie tussen neuronen de kern van slaap en waak zijn.
Ook observeerden de wetenschappers korte ‘flikkeringen’ waarbij een deel van de hersenen heel even overschakelt tussen slapen en waken. Dit gaat in tegen de regels, want normaal switchen onze hersenen geleidelijk tussen de slaapstadia. Deze flikkeringen treden echter heel lokaal en onverwacht op. Als tijdens de slaap een gebied even ‘ontwaakt’, trilt een muis even. En een flikkering naar slaap tijdens waak leidt tot een seconde ‘uitval’.
Deze opzienbarende resultaten dwingen neurowetenschappers hun fundamentele aannames over slaap en waak bij te stellen. Kennelijk is slaap een veel complexer en meer gelaagd proces dan gedacht. Hopelijk helpt dit onderzoek om slaapstoornissen en neurologische ziekten als Alzheimer beter te begrijpen. Want als we de kern van slaap en waak niet doorgronden, missen we een cruciaal inzicht in onszelf. De hersenen blijven een fascinerend en complex orgaan, waarin zelfs de meest basale processen als slaap vol verrassingen zitten. Dit onderzoek toont dat we zelfs over onszelf nog veel te ontdekken hebben (bron: MedicalXpress).
