Hersenen en Gedrag, deeltentamen II
module 8, 10, 11, 13, 14, 16
Module 8.1.
Rhytms of waking and sleeping:
Dieren hebben een endogeen circadiaans ritme. Dit wil zeggen dat het
lichaam van binnenuit een bepaald proces aanhoudt. We hebben
circadiane ritmes voor slaap-waak verhouding, maar ook voor
lichaamstemperatuur, hormoonafgifte, metabolisme, eten en drinken.
Ons circadiaans (slaap)ritme bestaat uit een periode van +/- 24 uur. Er zijn
bepaalde factoren die onze biologische klok elke dag resetten. De
belangrijkste factor noemen we de zeitgeber. In het geval van ons
slaapritme is licht de belangrijkste zeitgeber. Minder belangrijke
zeitgebers zijn: beweging, opwinding en temperatuur.
Blinde mensen kunnen licht niet als zeitgeber gebruiken. Sommige blinde
mensen zullen hun slaap-waak ritme zelf instellen aan de hand van
secundaire zeitgebers (geluid, maaltijden). Mensen die blind zijn en
ongevoelig zijn voor deze zeitgebers produceren een natuurlijk ritme van
iets langer dan 24 uur. Wanneer deze ritmes beginnen te verschuiven
ontstaan er slaapproblemen.
Jetlag een verstoring van het circadiaanse ritme door het veranderen
van timezones.
Wanneer je naar het westen vliegt ontstaat er een phase delay. Je gaat
dan later naar bed en wordt later wakker. Dit is snel en gemakkelijk op te
lossen door iets langer uit te slapen.
Wanneer je naar het oosten vliegt ontstaat er een phase-advance. Hierbij
moet je vroeger naar bed gaan dan dat je eigenlijk moe bent, en moet je
de volgende dag opstaan als je lichaam eigenlijk nog aangeeft te willen
slapen. Dit is moeilijker op te lossen en kan lang aanhouden.
Circadiane ritmes kunnen verschillen per persoon. Bij de ene persoon zit
de piek van hun lichaamstemperatuur vroeger (ochtendmensen), en bij de
andere persoon zit de piek later (avondmensen).
Hoe werkt het circadiaans ritme biologisch?:
,Het deel van je hersenen wat het slaap-waak ritme aandrijft is de
suprachiasmatic nucleus (SCN). De SCN is een deel van de
hypothalamus, en zit net boven de optic chiasm. Bij schade aan de SCN
raken alle ritmes in het lichaam door de war.
Licht kan het circadiane ritme resetten via een deel van de optische zenuw
genaamd: the retinohypothalamic path, wat van de retina naar de SCN
loopt. De input van dit pad komt niet van normale retinale receptoren als
kegeltjes en staafjes, maar van een ander soort input.
Het retinohypothalamic path komt van een speciale populatie
ganglioncellen die hun eigen fotopigment hebben melanopsin.
Deze speciale ganglioncellen krijgen deels input van staafjes en kegeltjes,
maar zelfs als ze dit niet krijgen reageren ze direct op licht.
Er zijn meerdere genen verantwoordelijk voor het circadiaans ritme. De
genen period (PER) en timeless (TIM) spelen de grootste rol. Deze
genen produceren de genen PER en TIM gedurende de dag onder invloed
van RNA. Deze eiwitten zorgen voor slaperigheid en inactiviteit.
De dag begint met een kleine hoeveelheid RNA, wat gedurende de dag
toeneemt. Hierdoor neemt ook de productie van PER en TIM toe, die op
hun beurt negatieve terugkoppeling veroorzaken naar de productie van
RNA. Aan het einde van de dag (en de nacht) is er veel PER en TIM
aanwezig, maar weinig RNA. De volgende ochtend zijn de geproduceerde
eiwitten op, en begint de cyclus weer opnieuw.
Licht activeert een stof die TIM afbreekt en zo dus wakkerheid bevorderd.
De SCN reguleert ook activiteit in andere delen van het brein. De pineal
gland is een hormoonklier die achter de thalamus ligt, en die melatonine
afgeeft. Melatonine is een stofje wat je slaperig maakt. De pineal gland
geeft dit zo’n 2/3 uur voor je reguliere bedtijd vrij.
Module 8.2.
Er zijn verschillende condities die lijken op slaap, maar dit zeker niet zijn.
,Coma lange periode van onbewust zijn. Een lage hoeveelheid
breinactiviteit en weinig tot geen respons op stimuli
Vegetatieve toestand wisselt tussen periodes van slaap en gemiddelde
breinactiviteit. Persoon toont ook tijdens ‘wakkere’ periodes geen
bewustzijn van zijn/haar omgeving. Een pijnlijke stimuli zorgt voor
autonome reacties (versnelde ademhaling en hartslag)
Laagbewuste toestand iets ‘beter’ dan een vegetatieve toestand. Er zijn
dan wel korte periodes van doelgerichte acties en beperkte spraak.
Hersendood geen enkele breinactiviteit of respons op stimuli.
Verschillende fases van slaap:
Fase 1: minder breinactiviteit dan wanneer je wakker bent, maar meer dan
in andere slaapfases.
Fase 2: zit vol met K-complexes en sleep spindles. Een K-complex staat
voor tijdelijke inhibitie van actiepotentialen. Een slaapspoel (sleep spindle)
staat voor het verwerken van geleerde informatie.
Slow-wave sleep: hartslag, ademhaling en breinactiviteit nemen af. Veel
lange golven op een EEG omdat neuronen synchroniseren met elkaar.
REM-slaap: gekenmerkt door veel oogbewegingen (rapid-eye
movement). Er is veel activiteit van neuronen in deze fase. REM-slaap
kan als lichte slaap worden gezien qua breinactiviteit, maar als diepe slaap
qua spierspanning. Tijdens deze fase zijn je spieren compleet relaxt.
Als je gaat slapen begin je in fase 1, kom je daarna in fase 2 en ga je
langzaamaan naar slow-wave sleep. Harde geluiden of licht kan dit proces
nog verstoren. Na ongeveer 1 uur slaap ga je van slow-wave sleep terug
naar fase 2, en dan koppel je door naar REM-slaap.
Deze volgorde blijft zich herhalen gedurende de nacht. Elke cyclus duurt
ongeveer 90 minuten.
Slow-wave sleep komt vaker voor aan het begin van de nacht, terwijl REM-
slaap frequenter wordt later in de nacht.
Hersendelen die een rol spelen bij het slaapwaakritme:
Reticular formation loopt van de medulla tot in het voorbrein. Sommige
neuronen hiervan hebben axonen in/naar het brein, andere neuronen
hiervan gaan naar het ruggenmerg. Deze neuronen reguleren ‘arousal’.
, Pontomesencephalon deze neuronen ontvangen input van vele
sensorische systemen en produceren ook zelf activiteit in mate met het
circadiaans ritme. Sommige axonen laten GABA vrij, wat slow-wave sleep
promoot. Andere axonen laten acetylcholine, glutamate of dopamine vrij,
wat juist activiteit en opwinding (arousal) promoot.
Locus coeruleus een klein structuur in de pons. Meestal inactief, vooral
tijdens slaap, maar laat soms schoten van impulsen los wanneer er een
belangrijke gebeurtenis plaatsvindt (vooral bij emotionele dingen). Axonen
hiervan laten norepinephrine vrij in de cortex. Output van de locus
coeruleus vergroot de activiteit van de meest actieve neuronen en
verkleint de activiteit van minder actieve neuronen, waardoor je je kan
focussen op belangrijke informatie en een beter geheugen hebt.
Neurotransmitters die een rol spelen bij het slaapwaakritme:
Histamine vergroot arousal en alertheid in het brein
Orexine (hypocretine) vergroot wakkerheid en activiteit. Is niet nodig
om wakker te worden, maar noodzakelijk om wakker te blijven!
Inhibitie van breinactiviteit:
Ondanks dat neuronen hun spontane vuursnelheid behouden tijdens
slaap, wordt onze breinactiviteit minder. Dit is mogelijk omdat de
neurotransmitter GABA meer dan gewoonlijk wordt vrijgelaten. GABA zorgt
ervoor dat er minder communicatie is tussen neuronen en dat
verbindingen tussen hersendelen zwakker worden.
Omdat slaap afhangt van GABA, kan je in een bepaald deel van je
hersenen meer slapen dan in andere delen van je hersenen.
Bij slaapwandelaars slaapt het brein bijna volledig, maar is de
motorcortex nog wel wakker. Soms komt het voor dat de pons, die
verlamming tijdens remslaap veroorzaakt niet tegelijk wakker wordt met je
brein. Dan kan er sleep paralysis optreden, waarbij je wel bij bewustzijn
bent, maar nog niet kan bewegen.
Slaapstoornissen:
Insomnia:
Insomnia is het niet kunnen slapen. Kan door veel factoren worden
veroorzaakt: geluid, temperatuur, stress, pijn, medicatie etc.
Sleep apnea:
