Wetenschappers hebben een belangrijke ontdekking gedaan over hoe onze hersenen zich tijdens diepe slaap schoonmaken. Het blijkt dat een specifiek molecuul, norepinefrine, een centrale rol speelt in dit natuurlijke reinigingsproces.
De hersenen beschikken over een ingebouwd reinigingssysteem (het glymfatische systeem) dat hersenvocht door het hersenweefsel pompt om afvalstoffen af te voeren. Dit proces is vooral actief tijdens diepe slaap. Tot nu toe was echter onduidelijk wat dit systeem precies aanstuurt. Een team van wetenschappers uit Denemarken en het Verenigd Koninkrijk heeft nu in een nieuwe studie aangetoond dat het molecuul norepinefrine dit proces reguleert. Tijdens diepe slaap komt dit stofje bij muizen ongeveer elke 50 seconden vrij in de hersenstam.
Dit veroorzaakt een ritmische samentrekking van bloedvaten, waardoor een pompend effect ontstaat dat hersenvocht door het weefsel stuwt en daarbij afvalstoffen meeneemt. “Het is alsof je de vaatwasser aanzet voordat je naar bed gaat en wakker wordt met een schoon brein”, verklaart hoofdonderzoeker Maiken Nedergaard.
Hoe de studie werd uitgevoerd
De onderzoekers maakten gebruik van een innovatieve techniek genaamd “flow fiber photometry”. Hiermee konden ze in realtime de dynamiek van bloed en hersenvocht meten bij vrij bewegende muizen. De techniek combineert optische vezels met fluorescerende markeringen om veranderingen in norepinefrine, bloedvolume en hersenvocht nauwkeurig te volgen.
Bij de experimenten werd gebruikgemaakt van genetisch gemodificeerde muizen die uitgerust waren met een sensor voor norepinefrine. Gedurende de natuurlijke slaapcyclus van de muizen werden regelmatige oscillaties in norepinefrine gemeten. Deze oscillaties waren nauw verbonden met veranderingen in de bloed- en hersenvochtvolumes.
Optogenetische manipulaties (een techniek waarbij licht wordt gebruikt om neurale activiteit te beïnvloeden) bevestigden dat het stimuleren van de locus coeruleus, een gebied in de hersenstam dat norepinefrine produceert, leidde tot een toename van hersenvochtstromen, met een verbeterde verwijdering van afvalstoffen als gevolg.
Gevolgen voor slaapmedicatie
Maar de wetenschappers deden meer dan enkel ontdekken hoe het brein zichzelf reinigt wanneer we slapen. Ook ontdekten ze bepaalde mechanismen die het effect verzwakken. Een verontrustende bevinding uit het onderzoek betreft het populaire slaapmiddel zolpidem. Bij proefdieren die dit middel kregen toegediend, bleek de norepinefrine-afgifte met 50 procent verminderd. Als gevolg hiervan nam de efficiëntie van het glymfatische systeem met 30 procent af, ondanks het feit dat de muizen sneller in slaap vielen.
Dit komt doordat zolpidem de natuurlijke norepinefrine-golven verstoort. Dit zou kunnen verklaren waarom mensen die langdurig slaapmedicatie gebruiken soms cognitieve problemen ontwikkelen. Het natuurlijke reinigingsproces van de hersenen werkt bij hen mogelijk minder efficiënt.
Betekenis voor hersengezondheid
De bevindingen suggereren dus dat verstoring van het natuurlijke slaap-waakritme het reinigingsproces van de hersenen kan beïnvloeden. Dit is vooral relevant omdat ophoping van bepaalde eiwitten in de hersenen wordt geassocieerd met verschillende neurologische aandoeningen. Het onderzoek toont ook aan dat de kwaliteit van slaap mogelijk belangrijker is dan de kwantiteit. De aanwezigheid van regelmatige norepinefrine-golven tijdens diepe slaap blijkt cruciaal voor effectieve hersenreiniging.
Ook bij mensen?
Hoewel het onderzoek is uitgevoerd bij muizen, zijn er sterke aanwijzingen dat vergelijkbare mechanismen ook in het menselijk brein actief zijn. Vervolgonderzoek richt zich nu op het ontwikkelen van methoden om het glymfatische systeem te optimaliseren zonder gebruik van medicatie. Verdere studies kunnen mogelijk leiden tot nieuwe behandelstrategieën voor slaapstoornissen en neurodegeneratieve aandoeningen.
