Hoge resolutiebeelden slaaponderzoek tonen reset hersenen
tijdens slaap
UNIVERSITY VAN WISCONSIN-MADISON
Madison, Wisconsin -- Indrukwekkende electronenmicroscoopfoto's
van binnenin de hersenen van muizen tonen aan wat elke dag in ons
brein plaatsvindt: onze synapsen - de verbindingen tussen
zenuwcellen - groeien sterk en groot gedurende daglichtstimulatie,
en krimpen 's nachts bijna 20% terwijl we slapen, waardoor ruimte
wordt gecreëerd voor meer groei en kennis de daaropvolgende dag.
Het vandaag in Science gepubliceerde 4-jarenonderzoek biedt
direct visueel bewijs van de "synaptische homeostase hypothese"
(SHY) van drs. Chiara Cirelli en Giuilio Tononi van het Winsconsin
Center for Sleep and Consciousness.
Deze hypothese houdt in dat slaap de prijs is die we betalen voor
plastische hersenen die in staat zijn om nieuwe dingen te blijven
leren.
Als een synapse herhaaldelijk geactiveerd wordt tijdens het
wakker-zijn, wordt hij sterker en deze groei lijkt belangrijk te
zijn voor kennis en geheugen. Volgens de SHY echter moet deze groei
in balans zijn om de verzadiging van de synapsen en de vernietiging
van neurale signalering en geheugen te vermijden. De slaapperiode
zou de beste tijd moeten zijn voor dit proces van renormalisatie,
omdat we tijdens de slaap nauwelijks aandacht hebben voor de
buitenwereld en weg zijn uit het "hier en nu".
Als synapsen sterker en effectiever worden, worden ze ook groter.
Als ze daarentegen verzwakken, krimpen ze. Dus concludeerden Cirelli
en Tononi dat een directe test van de SHY zou zijn het vaststellen
of de grootte van de synapsen veranderde tussen slapen en waken. Om
dit te kunnen doen gebruikten ze een methode met extreem hoge
spatiale resolutie, de zgn seriële 3-D electron microscopie
scanning.
Het onderzoek zelf was een megaproject, waarbij vele
onderzoeksspecialisten 4 jaar lang werkten aan de fotografie,
reconstructie en analyse van twee gebieden in de cerebrale cortex
van het muizenbrein. Het lukte ze om 6.920 synapses te reconstrueren
en hun grootte te meten.
Het team koos er bewust voor om niet te weten of ze de
hersencellen van een goed uitgeruste muis analyseerden of van een
muis die wakker was. Toen ze uiteindelijk de code loslieten en de
metingen correleerden met de hoeveelheid slaap die de muizen hadden,
6-8 uur voordat de foto werd genomen, ontdekten ze dat een paar uur
slaap zorgde voor een gemiddelde 18% afname in de grootte van de
synapsen. Deze veranderingen deden zich voor in beide gebieden van
de cerebrale cortex en waren proportioneel ten opzichte van de
grootte van de synapsen.
Deze verhouding hield stand bij 80% van de synapsen maar ging
niet op bij de grootsten, wat in verband gebracht kan worden met de
meest stabiele geheugensporen.
"Dit laat zien, in onmiskenbare ultrastructerele termen, dat de
balans tussen synaptische grootte en sterkte tijdens het waken wordt
verstoord en tijdens de slaap wordt hersteld," zegt Cirelli. "Het is
opmerkelijk dat de grote meerderheid van de synapsen in de cortex
zo'n grote verandering in grootte ondergaan in slechts een paar uur
van wakker zijn en slapen."
Tononi voegt toe: "Afleidend van muizen naar mensen betekent onze
ontdekking dat triljoenen synapsen in onze cortex elke nacht bijna
20% verkleinen."
Vandaag werd de studie in Science gepubliceerd, samen met het
onderzoek van het lab van dr. Richard Hunganir van de Johns Hopkins
universiteit in Baltimore. Deze studie, gebruik makend van
biochemische en moleculaire methodes, bevestigt de voorspelling van
de SHY dat er een schaalverkleining van de synapses plaatsvindt
tijdens de slaap, en dat voor dit proces belangrijke genen worden
identificeerd.
Vertaling: Ellen Lam