Universiteit van Utrecht
Sanne Kortekaas
[SAMENVATTINGEN
HERSENEN & GEDRAG]
Samenvattingen voor het vak Hersenen & Gedrag aan de Universiteit van Utrecht. Het boek is een
samenstelling van het werk van Kalat, Cacioppo, Freberg. Dit is de stof voor deeltentamen 2, met de
hoofdstukken 9, 11, 12.1, 12.2, 15 van Kalat en delen van de hoofdstukken 14 en 16 van Cacioppo en Freberg.
, KALAT HOOFDSTUK 9 SLAPEN EN WAKEN
RITME VAN WAKEN EN SLAPEN
ENDOGENE CYCLUS
Endogene cycli zijn zelf genererende ritmes van periodes van activiteit en inactiviteit. Er zijn twee soorten:
Endogene circanual ritme
Verschillende soorten dieren hebben een ritme ontwikkeld die hun voorbereiden op een
seizoensverandering, het circanual ritme. Dit ritme gaat vooral over een verandering voor ongeveer een
jaar (in seizoenen). Het circanual ritme is een intern mechanisme.
Endogene circadiaan ritme
Het circadiaan ritme gaat over het dagritme. Dit ritme heeft vooral te maken met het waak-slaap ritme
maar heeft ook effect op eten, drinken, urineren, afscheiding van hormonen, drugsgevoeligheid en andere
variabelen. Emotie schijnt ook een circadiaan ritme te hebben; een toeneming van positieve emotie vanaf
waken tot laat in de middag en een lichte daling vanaf laat in de middag tot bedtijd. Circadiaan ritme
verschilt per individueel, waarbij er onderscheid gemaakt wordt in ochtend mensen (larks) en
avondmensen (owls).
Ons circadiaan ritme genereert over een periode van ongeveer 24 uur. We passen onze interne werking
dagelijks aan om in connectie te blijven met de wereld om ons heen.
Circadiane ritmes, ofwel de biologische klok, hebben een stimulus nodig die voor resetting zorgt, een zeitgeber.
Een zeitgeber is noodzakkelijk, anders zal het ritme snel afwijken van de correcte tijd. De dominanste zeitgeber
is licht maar er zijn ook andere zeitgebers zoals beweging, opwinding van elke soort, maaltijden en temperatuur
van de omgeving. Een zwakke zeitgeber is sociale stimuli, het effect van andere mensen. Al deze bijkomstige
zeitgebers zijn een toevoeging aan of veroorzaken verandering in het effect van licht, maar zijn los van elkaar
zwak.
Blinde mensen moeten hun circadiaan ritme aanpassen zonder licht als zeitgeber. Sommigen doen dit aan de
hand van geluid, temperatuur, maaltijden en activiteit. Maar andere die onvoldoende gevoelig zijn voor deze
bijkomstige zeitgebers produceren een circadiaan ritme van iets meer dan 24 uur. Als hun cyclus mee gaat met
de klok gaat dat goed, maar als ze wegdrijven van de correcte tijd is het gevolg insomnia (’s nachts) en
slaperigheid (overdag).
Een onderbreking van het circadiaan ritme door het kruisen
van tijdzones staat bekend als een jetlag. Reizigers klagen
hierbij over slaperigheid tijdens de dag, slaapgebrek tijdens
de nacht, depressie en verzwakte concentratie. We spreken
van phase-delay van het circadiaan ritme als men reist van
oost naar west. Hierbij blijven we langer wakker en worden
we later wakker in de ochtend; hierbij ons ritme
opschuivend naar voren. Phase-advance van het circadiaan
ritme is als men reist van west naar oost. Hierbij moet men eerder slapen en eerder wakker worden. Phase-
delay wordt gezien als makkelijker om aan aan te passen dan phase-advance.
Het aanpassen aan een jetlag kan stressvol zijn, stress zorgt op zijn beurt voor een verhoging van het
bloedniveau van het adrenaline hormoon cortisol. Een verhoging van cortisol neuronen beschadigt de
hippocampus, een gebied dat belangrijk is voor geheugen.
HOE GENEREERT HET LICHAAM EEN CIRCADIAAN RITME?
De biologische klok hangt voor een groot gedeelte af van een deel van de hypothalamus, de suprachiasmatic
nucleus (SCN). De SCN verzorgt de belangrijkste controle van het circadiaan ritme voor slaap en
lichaamstemperatuur, hoewel verschillende andere hersendelen locale ritmes genereren. Bij schade aan de SCN
,wordt het lichaam’s ritme onberekenbaar. Eén enkele geisoleerde SCN cel kan nog een circadiaan ritme instand
houden, hoewel de interactie tussen cellen de nauwkeurigheid van het ritme verscherpen.
Licht zorgt voor een resetting van de SCN. Dit komt door het retinohypothalamic path, die naar de SCN loopt
vanuit een speciale populatie van retinal ganglia cellen die hun eigen fotopigment hebben (melanopsin). Deze
speciale ganglia cellen ontvangen input van kegeltjes en staafjes, maar zelfs zonder deze input reageren ze
direct op licht. Ze reageren op licht en gaan langzaam uit wanneer het licht minder wordt.
Er zijn een aantal genen verantwoordelijk voor de productie van een circadiaan ritme door de SCN: twee genen
bekend als period en timeless. Deze twee genen produceren de proteïnes PER en TIM. De concentratie van de
genen (verhoging slaap en inactiviteit) verandert gedurende de dag en wordt gebaseerd op feedback van
verschillende neuronen. ’s Ochtends is er een lage concentratie van PER en TIM dankzij de messenger RNA, die
verantwoordelijk is voor de productie. Gedurende de dag gaat de concentratie omhoog, terwijl PER en TIM
tegelijk de messenger RNA moleculen inhiberen. De concentratie PER en TIM is ’s nachts erg hoog, de
messenger RNA concentratie laag. Licht activeert een chemicaal die het TIM afbreekt, waakzaamheid hiermee
verhogend. Dit veroorzaakt een synchronisatie van de interne klok met de externe wereld.
De SCN reguleert waken en slapen door controlering van activiteit in andere hersendelen, waaronder de pineal
gland; een endorcrine gland posterior gelokaliseerd in de thalamus. De pineal gland laat de hormoon
melatonine vrij, die zowel de circadiane als de circanual ritmes beïnvloedt. Melatonine wordt vooral ’s nachts
vrijgelaten, waardoor mensen zich slaperig voelen. De vrijlating van melatonine begint zo’n 2 tot 3 uur voor de
bedtijd, waardoor het innemen van een melatonine pil in de avond weinig effect heeft op slaperigheid omdat er
toch melatonine geproduceerd wordt door de pinael gland. Melatonine geeft feedback op de reset van de
biologische klok door zijn effecten op de receptoren in de SCN. Kortom, met het innemen van melatonine kan
men het circadiaan ritme aanpassen bij bijvoorbeeld een jetlag.
STADIA VAN SLAAP EN BREINMECHANISMEN
Slaap is een toestand die de hersenen actief produceert, dit wordt gekenmerkt door het verminderen van
respons op stimuli. Er zijn verschillende soorten toestanden gerelateerd aan slaap:
Coma
Een coma is een verlengde periode van onbewustzijn veroorzaakt door hoofdtrauma, beroerte of ziekte.
Het is onmogelijk om iemand in coma wakker te maken. Deze persoon heeft lage hersenactiviteit door de
dag heen en weinig tot geen reactie op stimuli. Elke beweging die ontstaat is doelloos. Normaal gesproken
gaat een persoon dood in het begin van de coma of herstelt hij/zij na een aantal weken.
Vegetative state
Een vegetatieve toestand wordt afgewisseld met periodes van slapen en gematigde opwinding, hoewel de
persoon geen bewustzijn van omgeving toont. Ademhalen komt vaker voor dan normaal, en pijnlijke
stimuli veroorzaken autonomische responsen van verhoogde hartslag, ademhaling en zweten. De persoon
praat niet, reageert niet op praten en laat geen doelgerichte activiteit zien. Er is enige cognitieve activiteit.
Minimally conscious state
Een minimale bewustzijnstoestand heeft van tijd tot tijd korte periodes van doelvolle acties en
gelimiteerde hoeveelheid van spraakbegrip. Deze toestand kan duren van maanden tot jaren.
Braindeath
Hersendood is een conditie zonder enig teken van hersenactiviteit of reactie op wat voor stimulus dan
ook. Na 24 uur zonder enig teken van hersenactiviteit wordt iemand hersendood verklaard, het is dan
ethisch om iemand van lifesupport (beademing) te halen.
STADIA VAN SLAAP
Slaap heeft verschillende stadia, deze kunnen vastgelegd worden door de EEG (electro-encephalograph) op
verschillende momenten tijdens slaap. Een polysomnograph is een combinatie van EEG en eye-movements
(oogbewegingen) opnames. Het figuur hieronder is een voorbeeld van een polysomnograaf. Hierin zijn alpha-
waves te zien, deze zijn kenmerkend voor relaxing en niet voor waakzaamheid.
,Figuur 1.a laat een periode van relaxte waakzaamheid zien. Met 8 – 12 Hz golven per seconde.
Figuur 1.b is de start van slaap en wordt ook wel stage 1 slaap genoemd. Het wordt gekenmerkt door
onregelmatige, gekartelde, low-voltage waves. Hersenactiviteit is minder dan in een periode van relaxte
waakzaamheid, maar hoger dan in andere stadia van slaap.
Figuur 1.c is stage 2 slaap, het meest kenmerkende van dit stadium is de sleep spindle en de K-complex. Een
sleep spindle bestaat uit 12 – 14-Hz golven die op zijn minst 1,5 seconde duren, het wordt veroorzaakt door de
oscillating interactie tussen cellen in de thalamus en de cortex. Een K-complex is een scherpe golf die
geassocieerd wordt met tijdelijke inhibitie van neuronale vuring.
Figuur 1.d en 1.e, zijn de volgende stadia van slaap waarin de hartslag, de ademhalingsfrequentie en de
hersenactiviteit verminderd worden. Langzame, lange amplitude golven zijn hierbij veel voorkomend. Dit zijn
stage 3 en 4 van slaap. Het wordt samen ook wel de slow-wave sleep (SWS) genoemd.
Figuur 1.f staat bekend als REM slaap of paradoxicale slaap. Het kenmerkt zich door onregelmatige, low-voltage,
snelle golven, die een indicatie geven van een vergroting van neuronale activiteit.
REM OF PARADOXICALE SLAAP
Rapid eye movement (REM) sleep (vooral bij mensen) of paradoxicale sleep (non-mensen) is slaap die zowel
diep als licht is. Licht vanwege onregelmatige, low-voltage, snelle golven, maar diep vanwege het ontspannen
van posturele spieren in het lichaam. De hartslag, de bloeddruk en de ademhalingsfrequentie zijn meer variabel
in REM dan in stadia 2 tot 4. Slaap die geen REM slaap is wordt non-REM (NREM) sleep genoemd.
Slaap begint bij stadium 1 en gaat langzaam verder naar stadium 2, 3 en 4, in die volgorde. Verstoringen (bv
geluid) zorgen voor een interruptie van de sequens. Na een aantal uur slaap begint de cyclus achterstevoren;
eerst stadium 4, dan 3, 2 en dan de REM slaap. De sequens herhaalt zich elke 90 minuten. Bij het begin van de
nacht zijn stadia 3 en 4 predominant, dichterbij de ochtend wordt de REM slaap meer dominant.
Sommige onderzoekers geloven dat REM slaap bijna synoniem is met dromen. Echter zowel mensen die wakker
gemaakt werden bij REM als bij NREM slaap konden dromen soms rapporteren. REM slaap en dromen
overlappen elkaar, maar zijn niet hetzelfde.
BREINMECHANISMEN VAN WAAKZAAMHEID EN OPWINDING
Verschillende structuren in de hersenen hebben effect op waakzaamheid, opwinding en slaap.
Hersenstructuur Vrijlating van Effect op gedrag
neurotransmitters
Pontomesencephalon Acetylcholine, glutamine Verhoogd corticale opwinding
Locus coeruleus norepinephrine Verhoogt de informatieopslag tijdens
waakzaamheid en onderdrukt REM slaap
Basale forebrain
Excitatie cellen Acetylcholine Stimuleert de thalamus en de cortex
(verhoogd leren, aandacht); verschuift
, slaap van NREM naar REM
Inhibitie cellen GABA Inhibeert de thalamus en de cortex
Hypothalamus (delen) Histamine Verhoogt opwinding
(delen) Orexine Behoudt waakzaamheid
Dorsale raphe en pons Serotine Verstoort de REM slaap
HERSENFUNCTIE IN REM SLAAP
Tijdens REM slaap wordt activiteit in de pons (triggering begin REM slaap) en in het limbic systeem (emotionele
reacties) vergroot. Activiteit wordt verminderd in de primaire visuele cortex, de motor cortex, en de
dorsolaterale prefrontale cortex, maar wordt verhoogd in delen van de pariëtale en temporale cortex.
REM slaap wordt geassocieerd met een onderscheidend patroon van hoog-amplitude elektrische potentialen
bekend als PGO waves. PGO waves komen voor op het pons-geniculate-occipital pad. Golven van neuronale
activiteit worden eerst ontdekt in de pons, kort daarna in de laterale geniculate nucleus van de thalamus en als
laatste in de occipitale cortex. REM slaap hangt af van de relatie tussen de neurotransmitters serotine en
acetylcholine. Acetylcholine is zowel belangrijk voor waakzaamheid als REM slaap en stadia van
hersenopwinding. Serotine en norepinephrine verstoren REM slaap.
SLAAPSTOORNISSEN
De hoeveelheid slaap verschilt per persoon. Het meest gebruikelijke voor volwassenen is 7 ½ tot 8 uur slaap per
nacht. Er bestaan verschillende soorten slaapstoornissen:
Insomnia
Insomnia is onvoldoende slaap. Oorzaken zijn o.a geluid, oncomfortabele temperature, stress, pijn, dieet
en medicaties. Het kan een gevolg zijn van epilepsie, de ziekte van Parkinson, hersentumors, depressie,
anxiety of andere neurologische of psychiatrische condities.
Sleep apnoe
Slaap apnoe is een soort insomnia, waarbij er moeilijkheden optreden met ademhalen tijdens het slapen.
Er ontstaan korte ademloze periodes van +/- 1 minuut waarbij mensen wakker schrikken. Deze korte
wakkere momenten herinnert men zich niet. Gevolgen hiervan voor overdag zijn verzwakte concentratie
en aandacht, depressie en mogelijke hartproblemen. Het kan een gevolg zijn van genetische achtergrond,
hormonen en ouderdom van hersenmechanismen m.b.t ademhalen of obesitas (vaak oudere mannen).
Narcolepsy
Narcolepsie is een conditie die gekenmerkt wordt door periodes van slaperigheid overdag. De oorzaak van
narcolepsie is gerelateerd aan de neurotransmitter orexin; mensen met narcolepsie missen de
hypothalamic cellen die orexin produceren en vrijlaten. Er zijn vier ‘hoofd’ symptomen (niet
noodzakelijkerwijs allemaal aanwezig bij patienten), deze veroorzaken REM-achtige slaap tijdens het
wakker zijn. De vier symptomen zijn:
1) Geleidelijke of plotselingen aanvallen van slaperigheid tijdens de dag,
2) Incidentele cataplex, aanval van spierzwakheid tijdens waakzaamheid (oorzaak: anger en opwinding),
3) Slaapverlamming,
4) Hypnagogische hallucinaties.
Periodic limb movement disorder
Periodische limb beweging stoornis wordt gekenmerkt door herhaalde onvrijwillige bewegingen van de
armen en de benen. Dit kan problemen veroorzaken voor de partner of de persoon zelf.
REM behavior disorder
Mensen met REM gedragstoornis hebben geen relaxte spieren zoals gebruikelijk tijdens de REM slaap
maar staan bekend om het rond lopen tijdens REM slaap, hun dromen waarmakend qua beweging.
Night terrors
Night terrors zijn ervaringen van extreme anxiety waarvan de persoon gillend van angst wakker wordt. Het
is zwaarder dan gewone nachtmerries. Ze komen voor tijdens NREM slaap, en vooral bij kinderen.
Slaapwandelen
, Mensen die slaapwandelen hebben vaak meer andere slaapmoeilijkheden zoals chronisch snurken,
verstoorde ademhaling, bedplassen en night terrors. Voorkomend tijdens stage 3 en 4 van slaap en
zonder de begeleiding van dromen.
Sexsomnia
Dit is een analogouse conditie waarin mensen tijdens hun slaap seksuele activiteiten ondernemen, zowel
met als zonder partner. Bij het wakker worden is er geen enkele herinnering van.
WAAROM SLAAP? WAAROM REM? WAAROM DROMEN?
Slaap heeft meerdere functies. Tijdens slaap rusten de spieren, de stofwisseling daalt, proteïnes in de hersenen
worden herbouwd, synapsen gereorganiseerd en herinneringen versterkt. Slechte slaap zorgt voor
concentratieproblemen en het vatbaar zijn voor ziektes, met name mentale ziektes.
Een logische hypothese van de originele functie van slaap is dat door te slapen er energie wordt gespaard. Het
bespaart energie tijdens inefficiënte tijden. Spieractiviteit wordt verminderd tijdens slaap, hierdoor verhogen
dieren hun hoeveelheid slaap tijdens voedseltekort; het bespaart immers energie. Slaap is in sommige
manieren overeenkomstig met winterslaap (hibernation). Echter, de functie van winterslaap is simpelweg om
energie te besparen terwijl voedsel schaars is.
Een andere functie van slaap is het verbeteren van het geheugen. Als mensen iets leren en daarna gaan slapen,
of een dutje doen, zal hun geheugen verbeteren ten opzichte van voor het slapen. Slaap helpt mensen ook om
hun geheugen te reanalyseren. Tijdens het leren wordt er activiteit vastgelegd in de hippocampus. Hier wordt
ook activiteit vastgelegd als iemand aan het slapen is. Deze activiteit is echter groter tijdens het slapen dan
tijdens het leren. De hippocampus herhaalt niet alleen het geleerde tijdens het slapen maar ook tijdens rustige
periodes van waakzaamheid. Twee aspecten van slaap hebben invloed op het geheugen. Ten eerste verzwakken
de hersenen synapsen tijdens slaap, hierbij de nadruk leggend op de synapsen die waren versterkt tijdens
waakzaamheid. Een ander aspect zijn de sleep spindles. Sleep pindles wijzen op informatieuitwisseling tussen de
thalamus en de cerebrale cortex. Sleep pindles verhogen in aantal na het leren van iets nieuws.
Onderzoekers vragen zich af of REM slaap of NREM slaap een belangrijkere functie hebben. David Maurice
(1998) stelde dat de functie van REM slaap is te zorgen dat de oogballen bewegen zodat ze genoeg oxygen
(zuurstof) krijgen tijdens de nacht. Andere functies van REM slaap zijn bijproducten. De hoeveelheid REM slaap
is belangrijk voor de opslag van geheugen. NREM slaap blijkt echter net zoveel invloed te hebben.
BIOLOGISCHE PERSPECTIEVEN OP DROMEN
Er zijn twee theorieën wat betreft dromen:
Activation-synthesis hypothesis
Volgens de activatie-synthese hypothese is een droom de representie van de moeite die hersenen doen
om logica van schaarse en vervormde informatie te maken. Dromen beginnen met een boost van
spontane activiteit in de pons (PGO golven), deze activeren sommige delen van de cortex. De cortex
combineert deze toevallige input met welke activiteit die op dat moment dan ook actief is, en zorgt ervoor
dat het een verhaal synthetiseert die logica maakt van de informatie. Sensorische stimuli (geluiden)
worden soms verwerkt in dromen, hoewel dit meestal niet het geval is. Een interpretatie gebaseerd op
deze hypothese is dat tijdens REM slaap (die dromen meestal begeleidt), de motor cortex inactief is en het
grootste gedeelte van de posturale spieren virtueel verlamd zijn. Hierdoor ervaart men tijdens het dromen
dingen als het lichaam niet kunnen bewegen of het vallen.
Clinicoanatomical hypothesis
Een alternatieve kijk op dromen is de clinico-anatomische hypothese, deze theorie legt er de nadruk op
dat een droom begint met opwindende stimuli die gegenereerd zijn van binnenin de hersenen. Deze
stimuli zijn gecombineerd met recente herinneringen en elk soort informatie die de hersenen ontvangen
vanuit de zenuwen. Volgens deze hypothese komen dromen voor tijdens ongewone condities. Het idee is
dat of interne of externe stimulatie voor het activeren van delen van de pariëtale, occipitale en temporale
cortex zorgt. De opwinding ontwikkelt zich in een hallucinerende perceptie, zonder sensorische input.
