Slaap, of gebrek daaraan, heeft invloed op de biologische klok. Voor iedereen die wel eens door de wekker heen is geslapen na een avondje doorzakken klinkt dit als een open deur. Maar wetenschappers namen tot nu toe vrij algemeen aan dat het deel van de hersenen dat het dag- en nachtritme regelt, onafhankelijk opereert van de hersencentra die bijhouden hoeveel slaap er nodig is. “Er waren wel wat aanwijzingen dat dit niet helemaal klopte, maar wij hebben als eerste concreet laten zien dat de klok reageert op de slaap en ook op slaapverstoringen”, zegt neurofysioloog dr. Tom de Boer. De neurofysiologen van de groep van dr. Joke Meijer haalden er de voorpagina van Nature Neuroscience van oktober mee.

De biologische klok tikt in een heel specifiek onderdeel van de hersenen: de suprachiasmatische kernen. Dat zijn twee groepen van ongeveer tienduizend zenuwcellen (neuronen), die net boven de plaats liggen waar de oogzenuwen elkaar kruisen. Over de moleculaire werking van de klok is al veel bekend, zegt de onderzoeker: "Er zijn negen genen gevonden, die samen het 24-uursritme produceren. Deze genen reageren op licht en daarmee is de klok te regelen. Onze huidige resultaten laten zien dat slaapbehoefte het signaal dat door de klok wordt afgegeven sterk kan veranderen. Het gevolg hiervan is dat de biologische klok en de slaap functioneel op elkaar afgestemd worden.

Slaapstadia

De ‘slaap-homeostaat’, die bijhoudt hoeveel er wordt geslapen en hoe diep die slaap was, is niet zo duidelijk aan te wijzen. De Boer: “We kunnen wel de elektrische activiteit in de hersenschors meten. Daarmee kun je waken en slapen uit elkaar houden, en ook de verschillende slaapstadia.” Hij legt uit dat een normaal verlopende nacht vooral bestaat uit slaap met langzame elektrische golven, met af en toe een periode van rem-slaap. Die is genoemd naar de snelle oogbewegingen die dan optreden (rapid eye movements). Tijdens de rem-slaap is de hersenactiviteit heftiger en chaotischer. Hoe groter de slaapbehoefte, hoe intenser de langzame golven in de eerste uren van de slaap. De intensiteit in deze langzame golven neemt af naarmate de slaap langer geduurd heeft.

De Boer en zijn collega’s wilden weten hoe klok en slaap-homeostaat met elkaar communiceren. Zulk onderzoek gebeurt bij knaagdieren, in dit geval ratten: “We doen een operatie, waarbij we een micro-elektrode in de suprachiasmatische kern implanteren. Vervolgens meten we de activiteit van de ‘klokneuronen’ en gelijktijdig de activiteit van de hersenschors terwijl de dieren zich vrij kunnen bewegen. Zo kunnen we verbanden tussen neuronale activiteit, slaapstadia en gedrag onderzoeken.”

De klok volgt

In zijn proeven keek De Boer naar de hersengolven en naar de activiteit die optrad in de suprachiasmatische kernen. Daartussen bleek een sterk verband te bestaan. Tijdens de rem-slaap waren de neuronen van de biologische klok veel actiever dan tijdens de langgolvige slaap, ongeveer even actief als tijdens waken. Om te bevestigen dat het de slaaptoestand was die de activiteit van de klok beïnvloedde, en niet andersom, hield de onderzoeker zijn dieren een aantal uren wakker. Zodra de hersengolven lieten zien dat het dier in slaap dreigde te vallen, verstoorde hij de rust even. Uit die proeven bleek, dat de veranderingen in neuronale activiteit van de klok de hersenschors volgden.

Wat betekent dit alles nu? Joke Meijer: “Onderzoek in de afgelopen tien jaar heeft aangetoond dat de productie van 24-uursritmen helemaal te verklaren is op grond van een moleculair netwerk. Dit heeft geleid tot een beeld van een ‘masterpacemaker’ die zijn ritme oplegt aan het lichaam. Ons onderzoek laat zien hoe een lichaamsfunctie de signalen van die moleculaire klok kan veranderen. Terwijl de klok doortikt, vinden we op het niveau van de celmembraan een verandering in elektrische activiteit zodat de output van de moleculaire klok veranderd is. Het gevolg is dat de dagelijkse ritmiek afgestemd kan worden op de behoeften van het lichaam.”