Wetenschappers Ontdekken een Kenmerkende ‘Golf’ van Activiteit wanneer de Hersenen Ontwaken

Wat gebeurt er in onze hersenen wanneer we wakker worden? Onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut en de Universiteit van Lausanne hebben een opvallend consistent patroon ontdekt in hoe hersenactiviteit verandert tijdens de overgang van slaap naar ontwaken.

Elke ochtend starten je hersenen met een opvallende reeks gebeurtenissen: ze ondergaan een overgang door van slapen, mogelijk in een andere realiteit, naar wakker worden. Binnen korte tijd word je volledig wakker, raak je weer georiënteerd en krijg je opnieuw contact met je omgeving, zodat je klaar bent om weer actief deel te nemen aan de wereld om je heen. Maar hoe brengen je hersenen deze transitie veilig en efficiënt tot stand?

Om de ontwakende hersenen beter te begrijpen, analyseerden onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut en de Universiteit van Lausanne meer dan duizend ontwakingsmomenten met behulp van hoge-dichtheid EEG-opnames, waarbij ze de hersenactiviteit seconde voor seconde in kaart brachten. Dit onderzoek, gepubliceerd in Current Biology, onthult dat de hersenen niet in één keer ontwaken; ze coördineren een precieze reeks aan gebeurtenissen.

Bewegende Golven

De onderzoekers gebruikten hoge-dichtheid EEG-data die informatie biedt over de tijdspanne en locatie van hersenactiviteit. Wanneer ze keken naar de progressie van een ontwakend brein, ontdekten ze een duidelijke volgorde: hersenactiviteit start in delen centraal en voor in de hersenen en verspreidt zich geleidelijk richting de achterkant.

Aurélie Stephan, eerste auteur, is niet verrast door deze opeenvolging: “Deze progressie reflecteert hoogst waarschijnlijk hoe signalen vanuit de subcorticale activatiecentra (dieper in het brein) de cortex bereiken. Deze signalen leggen een kortere weg af naar de voorste hersengebieden en een langere weg naar de achterste hersengebieden.”

Slaapstadia: REM vs non-REM

Om beter te begrijpen hoe het brein op elk moment wakker kan worden, hebben onderzoekers de patronen van twee slaapstadia bestudeerd: REM-slaap, die vaak wordt geassocieerd met levendige dromen, en non-REM-slaap, ook wel bekend als diepe slaap.

Wanneer participanten ontwaakten uit non-REM-slaap toonde hun hersenactiviteit een korte piek in langzamere slaapachtige golven, direct gevolgd door snellere activiteit, die lijkt op waakzaamheid. Wanneer participanten ontwaakten uit REM-slaap, werden de langzame golven overgeslagen. Dit leidde tot een directe boost in hogere hersenactiviteit.

“De hersenen reageren verschillend op ontwakingssignalen, afhankelijk van de stadia waarin ze zich bevinden”, legt Stephan uit. “In non-REM-slaap wisselen neuronen die de activatiecentra met de cortex verbinden af tussen toestanden van activatie en rust. Dit is een dynamiek die bekend staat als ‘bistabiliteit’. Door deze bistabiliteit leidt een ontwakingsprikkel eerst tot een langzame golf vóór de overgang naar snellere golven. REM-slaap vertoont daarentegen geen bistabiel patroon, waardoor de cortex direct met snellere golven reageert, vergelijkbaar met de activiteit tijdens waakzaamheid.”

Begrijpen van slaperigheid en slaapstoornissen

De onderzoekers bestudeerden ook hoe slaperig participanten zich voelden wanneer ze wakker werden. Alhoewel participanten zich het meest slaperig voelden als zij ontwaakten uit REM-slaap, is Stephan het meest gefascineerd over het effect van langzame golven in non-REM-slaapstadia.

“We hebben een nieuw aspect ontdekt waarin langzame golven zeer uiteenlopende en tegenovergestelde gedragingen kunnen vertonen. Sommige langzame golven gedragen zich eigenlijk als activerende elementen; ze maken deel uit van het ‘word wakker!’-signaal. Hoe vaker deze golven vlak voor het ontwaken optreden, hoe alerter je je kan voelen zodra je wakker wordt. Dit terwijl andere langzame golven, of ze nu vlak voor het ontwaken aanwezig zijn of daarna, juist de reden zijn waarom we ons soms zo slaperig voelen op de eerste momenten van de dag,” legt Stephan uit.

Stephan hoopt dat deze bevindingen gebruikt kunnen worden in vervolgonderzoek naar slaapstoornissen, zoals slapeloosheid of aandoeningen waarbij iemand niet volledig wakker wordt. “Als we het proces van waakzaamheid beter begrijpen, kunnen we signalen van hyperactiviteit in slaapstoornissen ook beter begrijpen”, concludeert ze.

Al met al is Stephan enthousiast over de toekomstige mogelijkheden: “Deze studie biedt een nieuw perspectief op de reis van de hersenen van slaap naar waakzaamheid, en opent daarmee een deur naar een van de meest fundamentele overgangen in het menselijk bewustzijn.”

Bron: Current Biology

Bekijk de infographic