Alsof we niet genoeg redenen hadden om minstens acht uur slaap te krijgen, is er nu nog een. Neuronen zijn nog steeds actief tijdens de slaap. We realiseren het ons misschien niet, maar de hersenen profiteren van deze oplaadperiode om zich te ontdoen van de rommel die zich tijdens de wakkere uren heeft opgehoopt.
Slapen is een soort zachte herstart. We wisten dat langzame hersengolven iets te maken hadden met een goede nachtrust; Onderzoekers van de Washington University School of Medicine in St. Louis kreeg nu te horen waarom. Als we wakker zijn, hebben onze neuronen energie nodig om complexe taken uit te voeren, zoals het oplossen van problemen en het onthouden van dingen. Het probleem is dat er resten achterblijven na het nuttigen van deze voedingsstoffen. Terwijl we slapen, gebruiken neuronen deze ritmische golven om hersenvocht door hersenweefsel te helpen bewegen, waarbij metabolisch afval wordt afgevoerd.
Met andere woorden: neuronen moeten het afval opruimen, zodat het zich niet ophoopt en mogelijk bijdraagt aan neurodegeneratieve ziekten. “Neuronen dienen als de belangrijkste organisatoren voor het reinigen van de hersenen”, zei het WUSTL-onderzoeksteam in een onderzoek dat onlangs in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd.
Ingebouwde vuilophaal
Het menselijk brein (en de hersenen van andere hogere organismen) is geëvolueerd en heeft miljarden neuronen in het functionele weefsel, of parenchym, van de hersenen, dat wordt beschermd door de bloed-hersenbarrière.
Alles wat deze neuronen doen, creëert metabolisch afval, vaak in de vorm van eiwitfragmenten. Andere onderzoeken hebben aangetoond dat deze fragmenten kunnen bijdragen aan neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer.
De hersenen moeten op de een of andere manier hun afval afvoeren, en dat doen ze via het zogenaamde glymfatische systeem (nee, dat is geen typefout), dat hersenvocht transporteert dat afval uit het parenchym afvoert via kanalen in de buurt van de bloedvaten. Dit liet echter nog steeds vragen achter: wat triggert het glymfatische systeem eigenlijk om dit te doen – en hoe? Het WUSTL-team wilde erachter komen.
Om te zien wat het glymfatische systeem vertelde om het afval weg te gooien, voerden de wetenschappers experimenten uit op muizen, waarbij ze sondes in hun hersenen brachten en elektroden in de ruimtes tussen neuronen plaatsten. Vervolgens verdoofden ze de muizen met ketamine om slaap te veroorzaken.
De neuronen vuurden sterke, geladen stromen af nadat de dieren in slaap waren gevallen. Hoewel de hersengolven onder narcose over het algemeen lang en langzaam waren, veroorzaakten ze overeenkomstige stroomgolven in het hersenvocht. De vloeistof stroomt dan door de dura mater, de buitenste weefsellaag tussen de hersenen en de schedel, en neemt het afval mee.
Was het gewoon af
De wetenschappers wilden er zeker van zijn dat de neuronen inderdaad de kracht waren die het glymfatische systeem in actie bracht. Om dit te doen, moesten ze de hersenen van sommige muizen genetisch modificeren om de neuronale activiteit vrijwel te elimineren terwijl ze sliepen (hoewel niet tot het punt van hersendood), terwijl andere muizen ter vergelijking intact bleven.
Bij deze gemanipuleerde muizen werden de lange, langzame hersengolven die we eerder zagen niet gedetecteerd. Als gevolg hiervan werd de vloeistof niet langer geduwd om metabolisch afval uit de hersenen te transporteren. Dit kon alleen maar betekenen dat de neuronen actief moesten zijn om de zelfreinigende cyclus van de hersenen te laten werken.
Bovendien ontdekte het onderzoeksteam dat er fluctuaties waren in de hersengolven van de niet-gemanipuleerde muizen, waarbij iets snellere golven vermoedelijk gericht waren op puin dat moeilijker te verwijderen was (tenminste dat is wat de onderzoekers aannamen). Het lijkt op het afwassen en daarna wat harder schrobben op plaatsen waar bijzonder hardnekkige resten achterblijven.
De onderzoekers ontdekten ook waarom eerdere experimenten verschillende resultaten opleverden. Omdat het wegspoelen van het afvaldragende hersenvocht sterk afhankelijk is van neurale activiteit, was het gebruikte type verdovingsmiddel belangrijk: anesthetica die de neurale activiteit remmen kunnen de resultaten verstoren. Andere eerdere experimenten mislukten vanwege verwondingen veroorzaakt door oudere en meer invasieve methoden om monitoringhardware in hersenweefsel te implanteren. Dit verstoorde ook de neuronen.
“De experimentele methodologieën die we hier gebruikten voorkomen grotendeels acute schade aan het hersenparenchym, waardoor waardevolle strategieën worden geboden om de neurale dynamiek en hersenklaring verder te onderzoeken”, aldus het team in hetzelfde onderzoek.
Nu bekend is dat neuronen het lymfestelsel aansturen, kan er meer aandacht worden besteed aan de complexiteit van dat proces. Meer leren over de accumulatie en verwijdering van metabolisch afval kan bijdragen aan ons begrip van neurodegeneratieve ziekten. Het is zeker iets om over na te denken voordat je in slaap valt.
Natuur, 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07108-6