Je wordt wakker, je strekt je zoet uit in een zacht bed, staat op en ziet door een enorm raam de zon opkomen boven de oceaan, het witte zand van het strand en de palmbomen. Een frisse zeebries waait door de open deur van de loggia en het geluid van de branding is te horen. Je drinkt aromatische versgemalen koffie, verlaat de deuren van een twee verdiepingen tellende villa, stapt in de auto met een steigerend paard op de motorkap, draait de sleutel om en tot het nobele gebrul van de V8-motor … Je wordt eindelijk wakker van het rinkelen van de wekker.
Nogmaals, het verraderlijke brein deed ons geloven in de realiteit van wat er gebeurde. Maar hoe doet hij dat? Hoe slaag je erin om een persoon zeven uur of langer bijna onbeweeglijk te laten liggen, terwijl je de meest interessante blockbusters met een opwindend plot laat zien? De reden hiervoor zijn de meest complexe biochemische processen, waarbij niet een of twee hersenstructuren betrokken zijn, maar een heel netwerk. Hoe vindt de interactie en het ‘schakelen’ van wakker zijn in slaap plaats? Hoe ontwikkelt de slaap zich en wanneer komen dromen? Waarom voelen we ons soms, als we wakker worden van de wekker, in staat om bergen te verzetten en soms geïrriteerd om alles om ons heen te vernietigen?
Door de sluier van de tijd
Somnologie - de wetenschap die slaap bestudeert - is relatief recent verschenen, omdat de leeftijd van het eerste fundamentele onderzoek in het "koninkrijk van Morpheus" niet meer dan 120 jaar bedraagt. Voordien kreeg slaap een mystieke betekenis als grens tussen leven en dood. Aristoteles zei: "Slaap behoort blijkbaar door zijn aard tot toestanden zoals bijvoorbeeld de grens tussen leven en niet leven, en de slapende persoon bestaat niet volledig, en bestaat wel." De grote arts uit de oudheid, Hippocrates, geloofde dat slaap optreedt als gevolg van de uitstroom van bloed en warmte van het hoofd naar de interne delen van het lichaam. Deze verklaring domineerde de hoofden van Europese wetenschappers en werd bijna tweeduizend jaar lang in geloof aangenomen. In één ding had Hippocrates gelijk: de redenen voor iemands onderdompeling in de wereld van dromen moesten in het hoofd worden gezocht.
Het slaapregulatienetwerk functioneert als een trigger zonder tussenliggende posities. Dit mechanisme is mogelijk door het in elkaar grijpen van de centra van in slaap vallen en ontwaken. Zodra een van de partijen een voordeel behaalt, gaat het hele systeem direct in de tegenovergestelde toestand. Zodat ze niet elke minuut heen en weer schakelt, stimuleert orexin alle centra van waakzaamheid, zonder het centrum van slaap te onderdrukken. Deze lichte onbalans maakt het moeilijk om net genoeg over te schakelen dat we relatief zelden van slaap naar waken gaan en vice versa. Voor de overgang naar slaap is het noodzakelijk dat het excitatiesysteem verzwakt en de activiteit van het slaapcentrum toeneemt. Dit langzame proces is bij iedereen bekend als geleidelijk toenemende vermoeidheid.
En nu is de twintigste eeuw aangebroken. In Duitsland wordt een patiënt opgenomen in de kliniek van professor Strumpel, die door een trauma gedeeltelijk zijn zicht en gehoor heeft verloren - doof aan één oor en blind aan één oog. Artsen merkten op dat de patiënt in slaap viel toen de beide overgebleven "vensters naar de wereld" werden gesloten. De beroemde fysioloog Pavlov raakte geïnteresseerd in deze observaties en besloot soortgelijke experimenten uit te voeren op zijn favoriete onderwerpen - honden. Hij ontdekte dat als je de constante instroom van impulsen van de zintuigen naar de hersenschors uitsluit, er slaap optreedt. De wetenschapper onderzocht ook de effecten van monotone stimuli, waarbij herhaaldelijk lichte aanrakingen op de huid van de dij van de achterpoot werden herhaald. Ze euthanaseerden bijna altijd dieren, en dit gaf de onderzoeker het recht om te geloven dat slaap een voorwaardelijke remming is die zich wijd verspreidt over de hersenschors.die is ontworpen om de hersenen van de hond te beschermen tegen overmatige herhalingen van irritatie.
Promotie video:
De volgende stap om de geheimen van slaap te overwinnen, was de opkomst van de elektro-encefalografie (EEG) -methode. In 1905 registreerde de Duitse fysioloog Hans Berger voor het eerst sinusoïdale oscillaties van elektrisch potentieel met een frequentie van 8-11 Hz bij een persoon die in een rustige toestand was met gesloten ogen, het meest uitgesproken in de occipitale gebieden van de hersenen. Deze fluctuaties worden het alfaritme genoemd.
Het begin en de duur van de slaap worden gereguleerd door complexe fysiologische processen, waarvan er twee belangrijke zijn: de homeostatische behoefte aan slaap (het zogenaamde proces S, pijlen naar beneden) en de interne klok (proces C, pijlen omhoog in de figuur). De gele lijn toont de "som" van deze twee processen.
In de jaren dertig werd de situatie een beetje duidelijker: wetenschappers die de hersenstam van de kat halverwege de hersenen hadden doorgesneden, zorgden ervoor dat het dier in coma raakte - een toestand die lijkt op slaap. Tegelijkertijd werden langzame elektrische trillingen waargenomen op het EEG van de kat, die later "slaperige spindels" werden genoemd (de tekening leek op een ondersteboven gedraaide spil). Toen de hersenen werden doorgesneden ter hoogte van de eerste cervicale segmenten, waardoor het ruggenmerg van de hersenen werd gescheiden, was het mogelijk om de zogenaamde voorbereiding van de wakende hersenen te verkrijgen: de kat volgde de objecten die ervoor bewegen met zijn ogen, en het EEG vertoonde oscillaties met een frequentie van 14-30 Hz (bèta-ritme). Het werd duidelijk dat er verschillende structuren in de hersenen van dieren zijn - verantwoordelijk voor het in slaap vallen en verantwoordelijk voor het ontwaken.
Centrum van vrolijkheid
Aan het einde van de 19e eeuw beschreven Vladimir Bechterew en Santiago Ramon y Cajal de structuren van de hersenstam van de kat die verantwoordelijk zijn voor de staat van waakzaamheid, die een open cluster van neuronen zag, gepenetreerd door zenuwvezels, in het midden van de hersenstam. Maar waarom deze vorming nodig is, hebben de Italiaanse neurowetenschapper Giuseppe Moruzzi en de Amerikaanse neuroloog Horace Magun pas in de tweede helft van de twintigste eeuw opgericht. Ze noemden deze structuur de reticulaire formatie ("reticula" betekent in het Latijn "netwerk"). Het is in de hersenstam dat de kernen zich bevinden, die in zichzelf alle impulsen van sensorische receptoren die naar de hersenen gaan, concentreren. Lange processen (axonen) van neuronen van de reticulaire formatie zijn verbonden met de hersenschors en met de neuronen van het ruggenmerg. Zenuwvezels van de cortex en van het ruggenmerg gaan ook naar de reticulaire formatie zelf,er ontstaat dus een complex feedbacksysteem. Signalen van de reticulaire formatie (reticulaire ontlading) activeren de mechanismen van waakzaamheid in de hersenschors, en de cortex regelt op zijn beurt de toestand van de reticulaire formatie.
Kistje met slaap
In 1990 kwam de film Awakening uit, gebaseerd op het gelijknamige boek van de beroemde psychiater Oliver Sachs. Hij vertelt over een vreemde groep van 80 oudere patiënten die al meer dan 40 jaar lijden aan een onbekende ziekte die lijkt op autisme of Parkinson. De patiënten van Sachs waren de laatste overlevende slachtoffers van een mysterieuze epidemie die plotseling in Europa begon in de winter van 1916-1917, zich vervolgens over de hele wereld verspreidde en in de periode na de Eerste Wereldoorlog 5 miljoen mensen doodde. De patiënten vielen in plotselinge apathie en leden aan hoge koorts, slechtziendheid en hallucinaties. Toen veranderde de ziekte in een chronische vorm en ging gepaard met een groot aantal verschillende klinische manifestaties. Maar alle vormen hadden één ding gemeen: slaapstoornis. Dit feit leek de Weense neuroloog Baron Konstantin von Economo interessant. Hij ontdekte dat sommige patiënten weken, maanden lang te veel sliepen, alleen wakker werden om te drinken en te eten, terwijl anderen de slaap volledig verloren. Bij autopsies vond de wetenschapper een vergelijkbaar anatomisch beeld: in een bepaald gebied van het diencephalon bij patiënten was er een massale dood van zenuwcellen.
Dit gebied van de hersenen wordt de hypothalamus genoemd omdat het zich onder de thalamus bevindt, het gebied van de hersenen dat signalen van de zintuigen herverdeelt. Als we de wijsvinger ter hoogte van de neusbrug rechtstreeks in het hoofd konden steken, dan zouden we precies in het gat hebben gelegen waar het zich bevindt - het "Turkse zadel". De hypothalamus is een van de belangrijkste centra die het autonome zenuwstelsel beheersen en met name de lichaamstemperatuur, bloeddruk, eetlust, seksueel verlangen en dorst regelen. Economo wist dit natuurlijk niet allemaal. Hij vermoedde echter dat er een centrum moest zijn dat de slaap controleert. "Blijkbaar, - concludeerde de onderzoeker, - doen deze cellen iets, waardoor we in slaap vallen."
Nu, dankzij het onderzoek van Cliford Seiper van de Harvard University in Boston, werd bekend dat er inderdaad een speciaal gebied in de hypothalamus is dat wordt geactiveerd bij het inslapen - het ventrolaterale preoptische gebied (VLPO). De axonen van neuronen van de VLPO gaan naar de gebieden die waakzaamheid ondersteunen. Omgekeerd, om te voorkomen dat we in slaap vallen, moet het krachtcentrum een verbinding hebben met de hypothalamus, zodat de zenuwvezels omhoog gaan.
Seiper en zijn collega's concludeerden dat de cellen in het voorste deel van de hypothalamus het slaapcentrum zijn dat hun axonen gebruikt om de waakcentra in de hersenstam, waaronder de middenhersenen en pons, te onderdrukken. Dit proces leidt uiteindelijk tot in slaap vallen. "Misschien is dit de sleutel tot het hele mechanisme dat, via de hypothalamus, de toestand van slaap en waakzaamheid regelt", schreef de neuroloog. Dus in 2005 verscheen het moderne concept van slaap, dat Siper publiceerde in zijn artikel in het tijdschrift Nature. Volgens dit concept is het hele ‘slaapsysteem’ een netwerk van verschillende onderling verbonden knooppunten die op bepaalde momenten op een speciale manier schakelen en slaap en waakzaamheid reguleren.
Brain confrontatie
Het eerste deel van het algemene slaap-waaksysteem is het remmende systeem. Dit is VLPO in de anterieure hypothalamus, van waaruit een remmingsgolf naar het waaksysteem wordt gestuurd, en dit leidt tot de overgang van de hersenen naar een "slaapmodus". Vanuit het oogpunt van biochemie is gamma-aminoboterzuur (GABA) de belangrijkste "remvloeistof" van het systeem. Door op speciale receptoren in te werken, onderdrukt het de activiteit van neuronen. GABA-receptoren zijn een kanaal in het celmembraan dat wordt omgeven door grote eiwitmoleculen die hun ruimtelijke structuur kunnen veranderen (relatief gesproken "ontvouwen" of "vouwen"). Wanneer GABA zich bindt aan receptoren, neemt het kanaallumen toe, gaan er meer chloorionen doorheen, wat leidt tot een afname van de elektrische geleidbaarheid van het celmembraan - waardoor het minder gevoelig wordt voor elektrische invloeden. En dit leidt tot de onderdrukking van impulsactiviteit - de cel "vermindert de snelheid" van een snelle "galop" naar een rustige "stap".
Het tweede deel van het systeem is het excitatiesysteem, dat is gebaseerd op acht zenuwknopen die twee parallelle bundels vormen. Via hen worden excitatiegolven naar de hersenschors geleid. De ene bundel begint in de reticulaire formatie (dit is de hersenstam), de andere in de zogenaamde blauwe vlek (Locus coeruleus). De cellen hier produceren het grootste deel van de prikkelende neurotransmitter norepinefrine in de hersenen. Het gebied is verantwoordelijk voor het ontstaan van angst en paniek, maar ook voor een groot deel van onze opwinding.
Er zijn andere neurotransmitters (dopamine, serotonine en andere), maar deze worden in verband gebracht met verschillende processen in de hersenen. Er is echter nog een andere specifieke slaapneurotransmitter. De laterale (laterale) hypothalamus bevat enkele tienduizenden zenuwcellen die een speciale neurotransmitter produceren, orexine (hypocretine). Biochemici isoleerden deze stof pas in 1998. Als er te weinig orexine is of als de hersenen de overeenkomstige receptormoleculen missen, treedt een zeldzame ziekte op - narcolepsie, die wordt gekenmerkt door plotselinge aanvallen van slaperigheid en in slaap vallen.
Dag, nacht - dag weg
Dit is echter slechts een deel van het slaapmechanisme. Zoals alle levende natuur, leven mensen in overeenstemming met hun eigen interne ritmes, die verbonden zijn met de cycli van dag en nacht. Er is een tijd dat iemand vatbaar is voor slaap, en er is een tijd voor actief werk. Het lichaam heeft een "biologische klok" - het melatonergische systeem. De belangrijkste spelers daarin zijn de suprachiasmale kernen van de hypothalamus en de pijnappelklier (pijnappelklier), die zich in het tussenliggende gebied van de hersenen bevinden.
Wanneer licht het netvlies raakt, gaat informatie hierover naar de suprachiasmale kernen van de hypothalamus (kleine uurtjes), en na een lange reis komt het de pijnappelklier binnen, of het zogenaamde derde oog, dat veel dieren dient, bijvoorbeeld reptielen en vogels. lichtniveau detector. Bij mensen zijn tijdens het evolutieproces de grote hersenhelften aanzienlijk toegenomen, waardoor de pijnappelklier is gesloten en hij het contact met het licht heeft verloren. De natuur moest al deze complexe en bestaande tegenwoordig manier "uitvinden" om de synthese van "slaperig" hormoon te reguleren.
De pijnappelklier maakt melatonine aan, het hormoon van nacht en duisternis. Wanneer het lichtniveau 's avonds daalt, komt melatonine vrij, wat de cellen het signaal geeft om “de dag te beëindigen”. De belangrijkste functie is het remmende effect op de suprachiasmatische kernen, waardoor de waaksystemen worden geactiveerd.
Dit proces is te vergelijken met de werking van een thermostaat die een bepaalde temperatuur in de koelkast handhaaft. Hoe langer we een actief leven leiden, hoe sterker het slaapcentrum de drang voelt om de schakelaar om te zetten in slaap. Hoe langer we slapen, hoe minder we slaap nodig hebben, zodat op een gegeven moment het waaksysteem het overneemt en we wakker worden en het gevoel hebben dat we hebben geslapen. Dit reguleringsmodel wordt tweefactoren genoemd en werd in 1982 ontwikkeld door Alexander Borbeli, het hoofd van de afdeling psychofarmacologie en somnologie van de Universiteit van Zürich. Volgens haar is onze slaapbehoefte op een bepaald moment het resultaat van de interactie van chronobiologische en homeostatische (behoud van interne balans) factoren. De wetenschapper noemde deze componenten proces S en proces C. Proces S is de homeostatische component van de slaapbehoefte en proces C is de invloed van de interne klok, waarvan de belangrijkste taak is de nacht achter te laten om lang te slapen.
"Proces S daarentegen is als een zandloper", zegt Borbeli. - Tijdens het wakker zijn wordt het zand van bovenaf in het onderste vat gestort; bij het inslapen wordt de klok omgedraaid. Voor een goed gevoel van rust is het daarom niet alleen belangrijk hoeveel tijd we achter elkaar hebben geslapen, maar ook hoeveel tijd we overdag hebben besteed aan het vormen van de S-component. En dit heeft een goede praktische toepassing, bij velen bekend: als je dat weet in de volgende u zult 's nachts niet genoeg kunnen slapen, u kunt proberen om vroeg in het midden van de vorige dag te slapen. En dan voel je je veel beter.
En dit is slechts een vluchtige blik op het systeem dat verantwoordelijk is voor slaap. Zoals Jürgen Zulli, een somnoloog uit Regensburg, zegt: "Slaap is geen rust, het is een ander wakker zijn."
Anna Horuzhaya
