Biopsychologie deel 2
Alle hoorcollegestof van college 8 t/m 13, besproken in schooljaar 2021-2021, aangevuld met
voorbeelden en onderzoeken
Colleges door mw. M. Lorist en verschillende gastdocenten.
Hoorcolleges op basis van : Biological Psychology
James W. Kalat, 13e editie
Rijksuniversiteit Groningen
Hoofdstuk 8 t/m 14
,Inhoud
College 8 – Hoofdstuk 8 – Wakefullness and Sleep – 10-05-2021..........................................................3
College 9 – Hoofdstuk 9 – Internal Regulation – 12-05-2021...............................................................13
College 10 – Hoofdstuk 10 – Reproductive Behaviours – 17-05-2021..................................................21
College 11 – Hoofdstuk 12 – Learning, Memory and Intelligence – 19-05-2021..................................28
College 12 – Neurobiological Mechanisms underlying Addiction (hoofdstuk 14.1) – 26-05-2021........35
College 13 – Deel 1 – Hoofdstuk 11 - Emoties en gedrag – 02-06-2021...............................................44
College 13 - Deel 2 – Hoofdstuk 14: Biologie en psychopathologie......................................................49
,College 8 – Hoofdstuk 8 – Wakefullness and Sleep – 10-
05-2021
Gast college door dhr. Peter Meerlo, chronobiology unit, neuroscience section
Slaap is geen passieve conditie waarin alles ophoudt/stopt, maar is een actief gereguleerd
proces met allerlei functies. Slaap is cruciaal voor ons brein, onze cognitie en ons
(emotionele) welzijn.
Slaap is een complex fenomeen, ondanks dat het slapen als gedrag zelf er niet interessant uit
ziet. Het is erg complex en er zijn twee totaal verschillende vormen van slaap bij zoogdieren.
- Slow-wave sleep; non rapid-eye movement sleep (NREM)
- Paradoxical sleep; rapid-eye-movement sleep (REM)
Om de complexiteit van slaap te kunnen bekijken, moeten we hersenactiviteit meten
(electrofysiologische metingen) en niet alleen van de ‘buitenkant’ bekijken. Door EEG kan de
elektrische activiteit van het brein gemeten worden. Door EMG kan spieractiviteit gemeten
worden, en door een EOG kunnen oogbewegingen gemeten worden.
Als iemand in slaap valt, zie je de hersenactiviteit langzaamaan veranderen. Een
elektrode wordt op het hoofd van een persoon geplakt, en deze meet de
activiteit van zenuwcellen. Tijdens de wakkertoestand zijn de gemeten zes
zenuwcellen in dit voorbeeld bezig met een eigen functie (afvuren van
actiepotentialen, informatie verwerken, spieren aansturen, etc.). Het EEG is de
optelsom van alle individuele zenuwcellen die aan het werk zijn. Als iemand
wakker is, zie je snelle, lage amplitude golfjes. Als iemand in slaap valt, krijg je
een synchronisatie van vuuractiviteit van zenuwcellen. De cellen zijn nog steeds
actief en vuren synchroon met elkaar. Als je dit optelt in een EEG, zie je
langzame, hoge amplitude golfjes (slow-wave sleep).
Eens in de zoveel tijd tijdens de nacht gaan we over naar de volgende soort
slaap: de REM slaap. In dit slaapstadium heb je snelle oogbewegingen. Het
patroon van hersenactiviteit tijdens REM slaap is heel anders dan bij NREM
slaap. Het wordt ook wel paradoxale slaap genoemd, omdat de zenuwcellen
heel erg actief zijn. Het lijkt heel erg veel op wakker zijn, omdat de zenuwcellen
de hele tijd aan het vuren zijn. Je zou op basis van de EEG kunnen denken dat
diegene wakker is.
In het plaatje zie je de drie toestanden van wakker, slow-wave sleep en REM sleep van
ratten. In de wakker toestand zijn de cellen voortdurend actief (alle streepjes zijn
actiepotentialen). In de slow-wave slaap zie je dat de
cellen nog actief zijn, maar dit doen ze in een ‘burst-
pause’ mode (vuren, pauze, synchroniteit van de
cellen). De spierspanning verdwijnt geleidelijk (alle
skeletspieren worden ontspannen). De REM slaap lijkt
erg op de wakker toestand. Tijdens de REM slaap is er
,een totale spierverslapping (totale paralyse), zodat je niet met je actieve brein gedrag kan
aansturen.
Bij REM sleep behavior disorder gaat iets mis, deze mensen kunnen gedurende de nacht
tijdens de REM slaap wel bewegen (en kunnen gewelddadig worden)
Behalve elektrofysiologische veranderingen, zie je ook andere veranderingen tijdens de
slaap. Met een MRI kan je de metabole activiteit (bijv. bloeddoorstroom) meten
bijvoorbeeld. Afname van activiteit correleert met de slow-wave slaap (metabole activiteit
en synchronisatie van zenuwcellen).
Tijdens de REM slaap zie je ook in de metabole activiteit dat het brein erg actief is. De
gemiddelde metabole activiteit en de gemiddelde doorbloeding van het brein tijdens de
REM slaap is minstens zo hoog als tijdens de wakker toestand. De blauwe kleuren zijn de
hersengebieden waarbij de doorbloeding en de metabole activiteit wat lager is tijdens de
REM slaap vergeleken met de wakkertoestand (frontale en pariëtele cortex) De rode kleuren
zijn de gebieden waar de metabole activiteit en de doorbloeding tijdens REM slaap hoger is
dan de wakker toestand. Dit zijn onder andere delen van het limbisch systeem, dat een
belangrijke rol speelt bij
de regulatie van emoties.
Waarschijnlijk is dat ook
één van de redenen
waarom onze dromen
tijdens de REM slaap een
emotioneel en bizar
karakter hebben.
[Dreams are internally
generated sensory, motor, emotional, or cognitive subjective experiences that occur during
sleep.]
De dromen zijn niet specifiek alleen voor REM slaap! Het gebeurt ook tijdens de NREM slaap.
Droomrapporten zijn vaak levendiger, complexer en verhaalachtiger na het ontwaken uit
REM slaap dan vanuit NREM slaap.
Er zijn allerlei interessante interessante studies die droom onderzoek onderdeel maken van
neurowetenschappen. Het is altijd een onderdeel geweest van de psychologie. Voorbeeld
van onderzoeken: High-density EEG recordings (gebruik gemaakt van een serial awakening
paradigm) gevraagd na wakker maken: wat was het laatste wat door je hoofd heen ging
(droom of geen droom?). Je kan verschil zien in een EEG tussen de mensen die wel/niet
droomden, maar ook vonden onderzoekers verschil qua inhoud van de droom. Bij een beeld
van een gezicht was er meer activiteit te zien in de ‘fusiform face area’. Bij gesprekken waren
er meer gamma golven in het gebied van Wernicke (spraak).
Het ontstaan van dromen en sommige aspecten van droominhoud worden weerspiegeld in
lokale EEG-kenmerken. We kunnen misschien in de toekomst op basis van dit soort
metingen voorspellen waar mensen over dromen, zonder ze wakker te maken.
,Hebben dromen een functie? We weten het niet zeker. In de literatuur wordt veel
geschreven over het ‘replay en opslaan’ van ervaringen die we opdoen tijdens onze
wakkertoestand, het vergroten van creativiteit, het oplossen van problemen en het omgaan
met emotionele conflicten. Dromen zijn een mooi ‘window’ op het brein; de dromen die we
tijdens onze slaap genereren zijn gebaseerd op informatie die in ons brein ligt opgeslagen. Ze
zijn persoonlijk en kunnen je iets vertellen over wat er in het brein om gaat. Langs deze weg
zouden dromen misschien ook gebruikt kunnen worden voor diagnostiek in de psychologie.
Dromen zijn niet specifiek gerelateerd aan de functie van (REM) slaap. Dromen kunnen een
bijproduct zijn van hersenactiviteit tijdens slaap, terwijl de ware functie van (REM) slaap
gerelateerd kan zijn aan specifieke cellulaire of neurobiologische processen. Omdat het brein
zo actief is, kan het brein beelddromen genereren.
De slowwave slaap (NREM) en de REM slaap wisselen
elkaar af. Dit gebeurd in een cyclus van ongeveer 90 tot
100 minuten. In het plaatje is de slaap weergegeven,
NREM slaap is weergegeven in de verschillende stages 1
t/m 4. Na ongeveer 1.5 uur ga je naar REM slaap
(donker gekleurd), en daarna weer terug naar NREM.
De verhouding van de twee verschuift gedurende de
nacht. In het begin van de nacht vindt er veel NREM
slaap plaats (vooral hele diepe NREM), en niet zoveel
REM slaap. In de loop van de nacht wordt het aandeel
van de REM slaap veel groter.
Regulatie van slaap (homeostase)
Slaap is een homeostatisch proces. Er is een behoefte aan
slaap en het is een natuurlijk proces. We denken dat het een behoefte is die opgebouwd
wordt gedurende de wakkertoestand. In de loop van de dag wordt je namelijk geleidelijk
vermoeider. De loop van dit homeostatisch proces (ook aangeduid met ‘process S’) wordt
hersteld als we slapen en bouwt op als we wakker zijn.
Wanneer je te laat gaat slapen (slaap tekort) treedt er een compensatie op. wanneer slaap
wordt gemist, zal er een compenserende reactie of rebound-slaap zijn. Bij REM slaap tekort
zal er gecompenseerd worden in de duur van
de slaap. Bij NREM slaaptekort zal er
gecompenseerd worden door dieper te slapen
(te zien in EEG slow-waves), maar met een
sterk(er) tekort zal er ook langer geslapen
worden. Er zit een limiet aan, als je een hele
nacht overslaat kan je niet alle slaap in de
volgende nacht inhalen. Als de slaapschuld te
groot wordt, zal je over langere tijd slaap
moeten inhalen.
, Aan het begin van de nacht zijn er heel hoge amplitude langzame golven te zien bij een EEG.
In de loop van de nacht zijn er nog steeds langzame golven, maar niet meer zo’n hoge
amplitude.
De intensiteit van de NREM slaap is te zien in een EEG. De langzame golven correleren met
de prikkeldrempel. Hoe meer en hoe hoger de amplitude van de langzame golven, hoe
moeilijker het is om iemand wakker te maken (dus je moet sterkere prikkels toedienen).
Endogene (biologische) hersenklok
Naast de homeostatische aandrijving voor slaap die zich opbouwt tijdens het wakker zijn, is
er ook de ritmische regulatie van slaap. We hebben een endogene klok in de hersenen die
ons vertelt wanneer het tijd is om te slapen en wanneer het tijd is om wakker te zijn.
De biologische klok is een cluster zenuwcellen die een spontane vuuractiviteit hebben, met
een ritme van 24 uur. De cellen vuren overdag veel harder dan ’s nachts. Dit ritme van
vuuractiviteit geven ze door aan het brein en andere weefsels van het lichaam.
Een biologische klok of oscillator ligt in de suprachiasmatische nucleus (SCN) van de
hypothalamus en vertelt de hersenen wanneer ze wakker moeten zijn en wanneer ze
moeten slapen. Het slaap-waakritme (en andere ritmes) zijn endogeen (biologisch) en
blijven bestaan in tijdloze constante omstandigheden. Het is dus niet (alleen) afhankelijk van
de licht-donker cyclus buiten.
[Er zijn verschillende onderzoeken gedaan waarbij mensen een maand onder de grond
moesten leven. Ze kregen geen enkele informtie over de tijd of de buitenwereld. De mensen
bleken ondanks het gebrek aan deze invloeden nog steeds een 24-uurs ritme te hebben en
sliepen rond dezelfde tijden en hadden een goed ritme. Elke dag begonnen ze wel iets later,
en gingen iets later slapen, dus de endogene klok had een ritme dat iets langer is dan 24 uur
(ongeveer 24,5 uur). Ook zijn er verschillende onderzoeken waarbij de hypothalamus bij
proefdieren kapot werd gemaakt. De proefdieren hadden daarna geen 24-uurs ritme meer en
alle ritme verdween eigenlijk uit hun dag.]
Mensen met een tumor hebben vaak een beschadiging in de SCN. Hierdoor hebben ze niet
meer een goed dag/nacht ritme. Ondanks het feit dat de persoon nog wel in een 24-uurs
wereld leeft, kan hij het ritme niet aanhouden.
De meeste mensen zijn ‘netjes’ gesynchroniseert met de buitenwereld. De reden daarvoor is
dat de klok lichtinformatie binnenkrijgt vanuit het oog. Er is een regelrechte neuronale
verbinding van de retina naar de suprachiasmatische nucleus. De lichtinput vanuit de retina
komt niet vanuit de staafjes en kegeltjes, maar van de fotoreceptoren. In de ganglioncellen
zit melanopsine, een soort fotopigment (van de fotoreceptoren). De ganglioncellen in de
retina projecteren naar de suprachiasmatische nucleus, en laten dus weten of het buiten
licht is of niet. De melanopsine cellen zijn vooral gevoelig voor (blauw) licht. Hierdoor moet
je dus eigenlijk ’s avonds niet meer op je telefoon.
