Hersens pompen afval slapend weg

Slaaponderzoek Tijdens de diepe slaap pulseert hersenvocht mee met trage hersengolven. Zo spoelt het brein misschien afvalstoffen weg.

Slapende Russische soldaten tijdens acties in 2000 in Tsjetsjenië.
Slapende Russische soldaten tijdens acties in 2000 in Tsjetsjenië. Foto EPA

Tijdens de diepe slaap zijn er niet alleen trage hersengolven, maar pulseert ook de hersenvloeistof in en om het slapende brein ritmisch mee. De stroomrichting van het vocht dat de hersenen omgeeft verandert daarbij. Dat schrijven Amerikaanse slaaponderzoekers donderdag in het wetenschappelijke tijdschrift Science. Mogelijk is dit de manier waarop het brein tijdens de slaap schadelijke afvalstoffen wegspoelt.

Slaap is essentieel voor een goed werkend brein. Tijdens het slapen doorlopen de hersenen verschillende slaapfasen, herkenbaar aan patronen van elektrische activiteit die zichbaar zijn als hersengolven. Het begint met de non-remslaap (rem staat voor rapid eye movement) die is opgebouwd uit drie fasen. De laatste daarvan is de diepe slaap, ofwel slow wave sleep vanwege de trage hersengolven met een frequentie van minder dan 1 Hz. Daarna volgt de remslaap, waarin we voornamelijk dromen en snelle oogbewegingen maken. De hersenactiviteit neemt dan weer toe. Deze cyclus duurt ongeveer anderhalf uur, en elke nacht doorlopen we die pakweg vijf keer. In de eerste rondes duurt de diepe slaap het langst, aan het einde van de nacht juist de remslaap.

Eerder onderzoek toonde al aan dat de diepe slaap nodig is om herinneringen goed te verwerken en op te slaan in het geheugen. Ook is bekend dat tijdens de non-remslaap er meer hersenvocht het brein omspoelt en dat daarin giftige afvalstoffen worden weggehaald. Of deze twee zaken met elkaar te maken hebben, was onduidelijk.

Hersenscanner

De Amerikanen combineerden snelle fMRI-hersenscantechnieken met eeg-registaties om de hersengolven in kaart te brengen. Dat deden ze bij 13 slapende proefpersonen, die na een kort nachtje lekker moe naar het laboratorium kwamen om een paar uur in de hersenscanner te slapen.

Toen ze alle gegevens combineerden, ontdekten de onderzoekers dat de trage golven van elektrische hersenactiviteit in de diepe slaap gevolgd werden door al even trage toe- en afname van de hoeveelheid bloed in het brein. Die wisseling in het bloedvolume gaf op zijn beurt weer ruimte aan hersenvloeistof, die ook op een traag ritme in- en uitstroomde.

Het gaat hierbij om minimale hoeveelheden: gemiddeld neemt het bloedvolume in het brein tijdens de diepe slaap met 1,26 milliliter af. Dat is nog geen 1 procent van de totale hoeveelheid hersenvocht in het brein.

Hersenvocht beschermt het brein en het ruggemerg tegen botsingen met de harde schedel en de ruggewervels. De kleurloze vloeistof zit in de holtes binnenin het brein – hersenkamers – en tussen de vliezen rondom de hersenen en het ruggemerg. Het wordt gemaakt door gespecialiseerde cellen in de wand van de hersenkamers. Die doen dat door bloedplasma – het vocht waarin bloedcellen drijven – te filteren.

Tijdens diepe slaap volgen trage golven van zuurstofrijk bloed (rood) en van hersenvocht (blauw) elkaar op.
Film Laura Lewis

Na de productie stroomt het hersenvocht via de hersenkamers naar de ruimte tussen brein en vliezen. Daar wordt het weer terug opgenomen in het bloed. Ongeveer 150 mililiter hersenvocht omgeeft het brein, en dat wordt dagelijks drie keer vervangen.

De Amerikanen ontdekten dat de stroomrichting van de hersenvloeistof tijdens de diepe slaap steeds even omkeert. Het stroomt dan juist van de vliezen naar de hersenkamers.

Op deze manier wordt de vloeistof beter gemengd en kunnen afvalstoffen misschien beter worden afgevoerd, denken ze.

Verstoorde trage hersengolven tijdens diepe slaap komen vaak voor bij ouderen met geheugenproblemen, en ook bij ernstige depressie en dementie. Ook is onlangs aangetoond dat bij slaapgebrek de hoeveelheid bèta-amyloid en tau-eiwit toenemen in het brein, twee eiwitten die zich ook opstapelen in het brein bij de ziekte van Alzheimer. Misschien hangt dit samen met een verminderde of veranderde stroom van hersenvocht, opperen de auteurs, en kan dit zelfs op termijn gebruikt worden bij diagnoses.