Onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut en de Universiteit van Lausanne hebben een consistent en verfijnd patroon in kaart gebracht van hoe de hersenen ontwaken uit slaap. De bevindingen, gepubliceerd in Current Biology, bieden nieuw inzicht in de manier waarop hersenactiviteit zich tijdens het ontwaken geleidelijk verspreidt en verschilt per slaapstadium. De resultaten kunnen relevant zijn voor verdere studies naar slaapstoornissen, alertheidsproblemen en het optimaliseren van ontwakingsprocessen.
Via hoge-dichtheid EEG-registraties analyseerden de onderzoekers meer dan duizend momenten van ontwaken. Deze geavanceerde meetmethode maakte het mogelijk om hersenactiviteit per seconde én per hersengebied in kaart te brengen. Wat blijkt: de hersenen ontwaken niet in één keer, maar doorlopen een duidelijk gecoördineerde volgorde.
Bij het ontwaken start de hersenactiviteit in de centrale en frontale gebieden van de hersenen en breidt zich vervolgens uit naar de achterhoofdskwab. “Deze volgorde weerspiegelt waarschijnlijk hoe signalen vanuit subcorticale gebieden (dieper in het brein) de hersenschors bereiken”, aldus de eerste auteur van het onderzoek, dr. Aurélie Stephan.
REM- versus non-REM-slaap
De studie laat zien dat het ontwakingsproces verschilt afhankelijk van het slaapstadium. Wordt iemand wakker uit non-REM-slaap, dan volgt eerst een piek in trage hersengolven, kenmerkend voor slaap. Dat wordt gevolgd door snellere, waakachtige hersenactiviteit. Bij ontwaken uit REM-slaap wordt deze fase van trage golven overgeslagen: de hersenen schakelen direct over op hogere activiteit.
Dr. Stephan legt uit dat in non-REM-slaap zich neuronen in een zogenaamde bistabiele toestand bevinden, waarbij ze afwisselend actief en in rust zijn. Een externe prikkel leidt dan eerst tot een trage golf, voordat snellere activiteit optreedt. Bij REM-slaap is die bistabiliteit afwezig en volgt direct snelle hersenactivatie.
Dubbelrol
Opmerkelijk volgens de onderzoekers is dat deelnemers zich na ontwaken uit REM-slaap subjectief het meest slaperig voelden. Tegelijkertijd speelt de aanwezigheid van trage golven bij non-REM-slaap ook een rol. Sommige van deze golven werken juist activerend, terwijl andere golven juist de alertheid onderdrukken. Deze dubbelrol van trage golven kan verklaren waarom we ons volgens Stephan soms direct fris voelen, en soms juist versuft ontwaken, ondank het feit dat we even lang slapen.
De onderzoekers zien perspectief voor klinische toepassingen. Door beter te begrijpen hoe hersenactiviteit zich tijdens het ontwaken ontwikkelt, kunnen bijvoorbeeld signalen van verstoorde alertheid of hypersomnie beter worden herkend. Denk aan aandoeningen waarbij mensen niet volledig wakker worden of kampen met extreme slaperigheid overdag. De opgedane kennis kan van waarde zijn voor de ontwikkeling van diagnostische instrumenten en therapieën rondom slaapstoornissen, maar ook voor technologieën die alertheid monitoren of stimuleren, bijvoorbeeld in zorginstellingen of bij werken in ploegendiensten.
Hersenactiviteit in realtime volgen
Eind juni werd bekend dat een innovatief echoapparaat, ontwikkeld door het BrainEcho Lab van het Erasmus MC, het mogelijk om hersenactiviteit zeer gedetailleerd en in realtime te volgen. Dit baanbrekend onderzoek toont aan dat het apparaat hersenactiviteit kan meten met een snelheid van 10.000 beelden per seconde.
