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 gecreŽerd 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 seriŽle 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


Naar het andere nieuws van vandaag