Heb je je ooit afgevraagd wat er in je brein gebeurt als je wakker blijft voor een dag, een nacht en een andere dag, voordat je eindelijk gaat slapen? Nou, we zijn er net achter gekomen.

Het is bekend voor vele jaren hoe slaperig we zijn, hoe goed we getallen kunnen optellen, opletten of een taak in het werkgeheugen kunnen uitvoeren, hangt af van hoe lang we wakker zijn geweest en hoe laat het is. Meestal, als we wakker blijven gedurende een periode van twee dagen (een dag, een nacht en dan de volgende dag), zijn de eerste 16 uren of zo van wakker - de prestaties zijn goed en veranderen niet veel.

Maar als we de "biologische nachttijd" binnengaan, zoals aangegeven door een toename van het hormoon melatonine, gaat de prestatie snel achteruit en bereikt hij de volgende ochtend een minimum rond 6-8am. Op de tweede dag kan de prestatie iets beter worden (maar nog altijd ruim onder die van de eerste dag) en keert alleen terug naar de normale basislijnniveaus na een goede nachtrust.

Het belangrijkste kenmerk van deze prestatietijdlijn is dat deze niet lineair verslechtert op basis van hoe lang je wakker bent geweest maar in plaats daarvan wordt gemoduleerd op het tijdstip van de dag. In feite weten we nu dat het niet echt "tijd van de dag" is maar "interne biologische tijd van de dag" die de gevolgen van slaapverlies veroorzaakt. Op het gedragsniveau wordt de hersenfunctie bepaald door de gecombineerde effecten van de circadiaanse ritmiek en slaaphomeostase - de slaapdruk die zich tijdens het waken opstapelt en tijdens de slaap verdwijnt.

Circadiaans ritme

Circadiaanse ritmiek kan worden waargenomen in vele aspecten van gedrag en fysiologie en wordt gegenereerd door circadiane klokken in bijna elke cel in de hersenen en het lichaam. Lokaal, deze ritmes worden gegenereerd door een terugkoppelingslus van klokproteïnen op klokgenen die genetische informatie tot expressie brengen die dan in eiwitten wordt vertaald

Al deze klokken - inclusief hersenklokken - worden gesynchroniseerd door een centrale regisseur / dirigent die zich bevindt in een hersengebied dat de suprachiasmatische kern in de hypothalamus wordt genoemd. Dit deel van de hersenen stimuleert ook het ritme van melatonine in bloed en speeksel.

Dus hoe werkt deze gecombineerde actie van circadiaanse ritmiek en slaaphomeostase? Welnu, tijdens de biologische dag genereert de circadiane klok een waarschuwings- of wakkerheidsbevorderend signaal dat sterker wordt naarmate de dag vordert en 's avonds maximale kracht bereikt. Dit lijkt misschien een beetje paradoxaal, maar dit signaal moet sterker worden naarmate de dag vordert, omdat de slaapdruk ook toeneemt naarmate we langer wakker zijn - dus iets moet ons alert houden.

Maar als we de biologische nacht binnengaan, verdwijnt het waakzaamheidsbevorderende circadiaanse signaal en verandert het in een slaapbevorderend signaal met een maximale sterkte rond 6-8am. Nogmaals, dit lijkt misschien een beetje paradoxaal maar onder normale omstandigheden wanneer we 's nachts slapen, komt dit goed van pas omdat het slaapbevorderende signaal ons in staat stelt om goed te blijven slapen, zelfs na zes of zeven uur wanneer de slaapdruk is verdwenen.

Problemen ontstaan ​​wanneer we 's nachts en de volgende dag wakker blijven. Tijdens de nacht blijft de slaapdruk hoog en neemt zelfs toe omdat we wakker zijn. Het circadiane signaal verzet zich niet langer tegen deze druk en we worstelen om wakker te blijven en te presteren. De volgende dag begint de circadiane klok, die nog steeds tikt of we slapen of niet, opnieuw wakkere signalen te bevorderen, zodat het een beetje gemakkelijker wordt om te presteren en wakker te blijven.

Hoe ziet dit eruit in de hersenen?

Dit is allemaal goed en goed en is logisch. Inderdaad, dit werkmodel is algemeen aanvaard van wat we hebben gezien als het gaat om gedrag. Maar hoe ziet deze gecombineerde actie van het circadiane ritme en de slaaphomeostase eruit in het menselijk brein

Ons team van onderzoekers, van de Universiteit van Luik en de Universiteit van Surrey, scande de hersenen van 33-mensen met behulp van functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) - wat een gedetailleerd beeld geeft van de niveaus van neuronale activiteit in de hersenen - die slaapgebrek hadden twee dagen en na een periode van herstel slaap. We hebben ook de melatoninewaarden gemeten om een ​​goede indicator te hebben van de inwendige biologische tijd, die varieert tussen individuen. Onze resultaten zijn gepubliceerd in Science.

Voor elke deelnemer werden 13-hersenbeelden verkregen terwijl ze een eenvoudige reactietijdstaak aan het uitvoeren waren. Twaalf hersenbeelden werden verzameld tijdens de slaapgebrek, soms gekenmerkt door die snelle veranderingen die eerder werden waargenomen voor prestaties in de avond en in de ochtend. Het dertiende beeld werd genomen na de herstelslaap.

Activiteit in verschillende hersengebieden, met name subcorticale gebieden (bijvoorbeeld de thalamus, een belangrijk centrum voor het doorgeven van informatie aan de cortex), volgde een 24-uurs ritme (circadiane) patroon in intervallen die verrassenderwijze varieerden hersengebieden. Andere hersengebieden - met name frontale hersengebieden waaronder hogere orde associatiegebieden - vertoonde een afname in activiteit met tijdwekkendheid gevolgd door een terugkeer naar de niveaus van slaapontbering voorafgaand aan de slaap na het herstel van de slaap. Sommige hersengebieden vertoonden een patroon dat een combinatie was van een ritmisch patroon en een afname in verband met tijdwekkendheid.

Nog verrassender waren de effecten van slaapverlies op hersenactiviteit veel meer verbreid wanneer de deelnemers een eenvoudige reactietijdstaak uitvoerden in vergelijking met een meer complexe, geheugenafhankelijke taak.

Wat dit allemaal betekent, is dat verschillende hersenregio's anders lijken te worden beïnvloed door slaapverlies en het circadiane ritme, en over het algemeen laten de resultaten zowel de doordringendheid van deze effecten zien, als de gelijkenis en lokale aard van deze invloeden.

De verscheidenheid in hersenreacties laat zien hoe complex de mechanismen zijn waarmee de hersenen reageren op slaapverlies. Het helpt ons te begrijpen hoe de hersenen de prestaties overdag en 's nachts kunnen handhaven. Deze resultaten kunnen de ploegarbeiders en mensen die heel lang werken geruststellen, die moeite hebben om op te letten en zich op hun werk te concentreren, vooral in de vroege ochtenduren. Ja, je brein zal 's nachts anders zijn dan overdag. Ze suggereren ook dat als je laat aan het werk bent, het misschien beter is om het in te pakken, wat te slapen en 's morgens opnieuw te beginnen.

Het kan ons zelfs helpen beter te begrijpen waarom veel symptomen bij psychiatrische en neurodegeneratieve aandoeningen afnemen en afnemen, en waarom we in de vroege ochtend na een nacht zonder slaap moeite hebben om de aandacht vast te houden, terwijl dat 's avonds geen probleem is.

Over de auteur

Derk-Jan Dijk, hoogleraar slaap- en fysiologie en directeur van Surrey Sleep Research Center, Universiteit van Surrey

Pierre Maquet, onderzoeksdirecteur, Cyclotron Research, Université de Liège

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon