H8.1 Wakefulness and Sleep
Breinen van dieren houden endogeen circadiaans ritme bij die ong 24 uur duren:
- als je hele dag niet slaapt wordt je steeds slaperiger maar in de ochtend weer alerter
- activiteit in hersenen correleert vooral met je circadiane ritme, en daarna pas met
hoelang je wakker bent
- werkt ook zonder licht
- we hebben 24 uurs slaap-waak cyclus die we een beetje kunnen aanpassen; niet
makkelijk aanpassen bij sterkere afwijkingen
- we hebben circadiane ritmes in: honger, dorst, leveractiviteit, insulineafscheiding,
darmactiviteit, DNA-herstel, humeur
Zeitgeber = prikkel die je circadiaanse ritme reset, als het zou afwijken van de juiste tijd.
- Licht (grootste zeitgeber), getijden, lichaamsbeweging, opwinding, maaltijden,
omgevingstemperatuur
- Sociale prikkels zijn inactief als zeitgebers, tenzij ze lichaamsbeweging
teweegbrengen
Blinde mensen?: stellen soms hun circadiaanse ritmes in op basis van geluid, temperatuur,
maaltijden en activiteit OF ritme iets langer dan 24 uur. Uit fase? → vaak slapeloosheid /
slaperig
Free-running ritme: onafhankelijk van externe tijdsignalen/cues loopt, zoals licht en
temperatuur. Dit ritme wordt bepaald door de interne biologische klok van een organisme en
is meestal iets langer dan de 24-uurs dagcyclus.
Jetlag = een verstoring van de circadiaanse ritmes na het oversteken van tijdzones
Reizen makkelijker naar westen (avond langer op, ochtend later wakker klaar). Voor mensen
vaak moeilijker om eerder naar bed te gaan en eerder wakker te worden.
Stress verhoogt de bloedspiegels van het hormoon cortisol → langdurige verhoging cortisol:
beschadigt neuronen in hippocampus (belangrijk voor geheugen). Stewardessen in
onderzoek kleinere hippocampus + geheugenstoornissen.
Nachtwerkers meer ongelukken dan dagwerkers. Moeilijk om ritme aan te passen aan
nachtarbeid want gebouwen hebben kunstlicht van 150-180 lux → slecht effectief om ritme
aan te passen. Mensen passen beter aan bij overdag slapen in pikdonker, en ‘s nachts
werken in fel licht, vergelijkbaar met middagzon. Korte-golf (blauwachtig) licht reset het
circadiaanse ritme sterker dan lange-golf licht (roodachtig).
Circadiaanse ritmes verschillen per persoon. "Ochtendmens" of een "avondmens" bent,
hangt deels af van leeftijd, maar ook van genetica en verschillende omgevingsfactoren.
Mensen in grote steden, omringd door felle lichten, blijven vaker later op dan mensen in
landelijke gebieden. Ochtendmensen gemiddeld gelukkiger.
Phase-response curve (PRC): grafiek die laat zien hoe de biologische klok reageert op een
externe prikkel (zoals licht) op verschillende tijdstippen van de dag + beschrijft hoe licht op
verschillende momenten van het interne slaapritme het circadiane ritme kan vertragen of
vervroegen.
,Onze biologische klok = ongevoelig voor verstoringen en reset niet, blijft stabiel.
Het ritme van blinde/dove dieren raakt langzaam uit fase met die van externe wereld.
belangrijkste aandrijver van ritmes voor slaap en lichaamstemperatuur =
suprachiasmatische nucleus (SCN) (deel hypothalamus);
- → schade hieraan? = onregelmatige ritmes
- genereert automatische ritmes; als SCN neuronen worden losgekoppeld genereren
ze nog steeds een circadiaans ritme van actiepotentialen
- een enkele SCN-cel kan een circadiaans ritme behouden, maar niet nauwkeurig;
Interacties tussen neuronen en astrocyten verscherpen nauwkeurigheid van ritme.
- ritmes komen rechtstreeks uit SCN zelf (bij transplantaties nog steeds even lang)
Licht reset de biologische klok door een speciale route = retinohypothalamische pad, van
het netvlies naar de SCN → via ganglioncellen (reageren altijd direct op licht) in het
netvlies, die reageren op blauw licht door een pigment genaamd melanopsine → deze
ganglioncellen helpen de SCN om het tijdstip van de dag te bepalen door gem. hoeveelheid
licht te meten.
Onderzoek fruitvliegjes: genen ontdekt die een circadiaan ritme produceren
- period: produceert eiwit PER
- timeless: produceert eiwit TIM
De concentratie van de eiwitten (die slaap bevorderen) schommelt over de dag door
feedbackinteracties:
- synthese van eiwitten verhoogt gedurende de dag
- als PER- en TIM-eiwitconcentraties toenemen, remmen ze de genen die de
RNA-moleculen produceren
- in nacht: boodschapper-RNA-concentraties dalen
- in ochtend: PER- en TIM-eiwit niveaus gedaald, cyclus begint opnieuw
Licht speelt belangrijke rol: het activeert chemische stof die TIM-eiwit overdag afbreekt,
waardoor vlieg wakker blijft → interne klok van vlieg wordt dan afgestemd op buitenwereld.
SCN controleert activiteit in andere hersengebieden zoals: pijnappelklier: endocriene klier
net achter thalamus: geeft hormoon melatonine af:
, - verhoogt bij dagactieve dieren/mensen slaperigheid
- tumor in pijnappelklier: dagenlang wakker
- reguleert slaap en waakzaamheid + start puberteit en seizoensaanpassingen
- melatonineproductie begint ~2 à 3 uur voor bedtijd, melatoninepil weinig effect omdat
pijnappelklier al melatonine produceert, soms wel nuttig met reizen om ritme te
verschuiven
H8.2 Stages of Sleep and Brain Mechanisms
Slaap = toestand die de hersenen actief produceren, gekenmerkt door verminderde activiteit
en verminderde reactie op prikkels
Coma = langdurige periode van bewusteloosheid, veroorzaakt door hoofdletsel, beroerte of
ziekte. → laag niveau van hersenactiviteit en reageert niet op prikkels.
Langdurige Bewustzijnsstoornis: (als iemand uit coma gekomen is)
-> Onresponsief waaksyndroom (NWS) = wisselt tussen slaap en gematigde opwinding,
maar zelfs in alerte toestand toont persoon geen bewustzijn van omgeving of doelgericht
gedrag. (1 stap hoger dan coma)
- ademen is regelmatiger
- pijnlijke prikkel verhoogt hartslag, ademhaling en transpiratie
- oogbewegingen die geen doel volgen
- persoon kan lachen of huilen maar niet als reactie op een externe gebeurtenis
- patiënt reageert alleen met fysieke reflexen zonder dat er ‘bewustzijn’ te zien is
-> Minimaal bewuste toestand (MCS) (nog een stap hoger) = korte periodes van
doelgerichte acties en beperkte mate van spraakbegrip, kan maanden/jaren duren.
- patiënt opent ogen en toont minstens 1 teken van bewustzijn
- communiceren lukt niet
- hierbij lijkt patïent taal wel te begrijpen, bij NWS niet.
Hersensterfte = toestand zonder enige hersenactiviteit en zonder reactie op prikkels. Na 24
uur → hersendood → ethisch verantwoord om euthanasie te doen.
Fases van slaap: (gemeten met EEG)
Alfastralen: ontspanning
Fase 1 slaap (b): Slaap net begonnen: onregelmatige, lagere
hersenactiviteit dan in ontspannen waakzaamheid, maar hoger
dan in andere slaapfasen; korte, snelle schokkerige golven.
Fase 2 slaap (c):
- K-complex = scherpe golf → tijdelijke remming van
neuronale activiteit
- slaapspindle = uitbarsting van 12 tot 14 Hz-golven van ong
halve seconde → ontstaat door oscillerende interacties
(ritmisch/herhaald) tussen cellen in de thalamus en de
cortex. Nemen toe na nieuwe leerervaringen + verbetert
bepaalde soorten geheugen.
, Slaapspindels zorgen voor consolidering van geheugen: nieuwe informatie die je
hebt geleerd, wordt omgezet in een stabieler en langdurig geheugen.
Slow-wave sleep: hartslag, ademhalingsfrequentie en hersenactiviteit
nemen af, maar GROTE amplitude golven nemen toe.
Langzame golven = neuronale activiteit is hoog gesynchroniseerd. De
activiteit wordt deels aangedreven door spontane activiteit in de
thalamus en deels door golven van bloedstroom.
Paradoxale / REM-slaap:
- snelle oogbewegingen
- EEG laat onregelmatige, snelle hersengolven zien, vergelijkbaar met lichte slaap
maar spieren zijn VOLLEDIG ontspannen / verlamd. → combi diepe en lichte slaap =
paradoxaal.
- fysieke reacties: erecties / vaginale bevochtiging, schommelingen in hartslag,
bloeddruk en ademhaling.
Declaratief geheugen, dat gerelateerd is aan episodische gebeurtenissen, wordt in de
hippocampus geconsolideerd, vooral in de eerste helft van de nacht tijdens non-REM slaap.
Slaapcyclus: lichte slaap (fase 1) →diepere slaapstadia (vooral vroeg in de nacht)→
REM-slaap (vooral later in de nacht): herhaalt zich elke 90 minuten.
Dromen kunnen in ELKE fase voorkomen. REM-domen vaak meer visuele beelden en
complexe verhaallijnen.
Verschillende hersengebieden spelen rol in controle van slaap en waakzaamheid.
Middenhersengebied = verantwoordelijk voor waakzaamheid
Reticulaire formatie (structuur door medulla naar voorhersenen) bevat neuronen met
axonen die omhoog naar de hersenen of omlaag naar het ruggenmerg gaan. Neuronen die
omhoog gaan helpen bij reguleren van arousal (waakzaamheid).
- pontomesencephalon: bevordert arousal door spontane activiteit en circadiane
ritmes. Sommige axonen geven GABA vrij, andere acetylcholine, glutamaat of
dopamine.
- locus coeruleus: in pons. inactief tijdens slaap, actief tijdens belangrijke
gebeurtenissen. axonen hierin verspreiden norepinefrine door de cortex →
aandacht voor belangrijke informatie neemt toe.
- hypothalamus: rol bij waken EN slapen. gebruikt histamine: bevordert
waakzaameid. gebruikt ook orexine (aka hypocretine): essentieel voor langdurige
waakzaamheid. Ook betrokken bij slapeloosheid bij ouderen, omdat die axonen dan
gevoeliger worden.
- basale voorhersenen: helpt met slaap EN waak. Acetylcholine stimuleert
waakzaamheid, terwijl adenosine zich tijdens wakker ophoopt en slaperigheid
veroorzaakt. Cafeïne verhoogt waakzaamheid door adenosine te blokkeren.
REM-slaap wordt geassocieerd met PGO-golven (pons-geniculatus-occipitaal): verspreid
neurale activiteit over de hersenen. Dopamine in amygdala is betrokken bij starten van
REM-slaap.
Breinen van dieren houden endogeen circadiaans ritme bij die ong 24 uur duren:
- als je hele dag niet slaapt wordt je steeds slaperiger maar in de ochtend weer alerter
- activiteit in hersenen correleert vooral met je circadiane ritme, en daarna pas met
hoelang je wakker bent
- werkt ook zonder licht
- we hebben 24 uurs slaap-waak cyclus die we een beetje kunnen aanpassen; niet
makkelijk aanpassen bij sterkere afwijkingen
- we hebben circadiane ritmes in: honger, dorst, leveractiviteit, insulineafscheiding,
darmactiviteit, DNA-herstel, humeur
Zeitgeber = prikkel die je circadiaanse ritme reset, als het zou afwijken van de juiste tijd.
- Licht (grootste zeitgeber), getijden, lichaamsbeweging, opwinding, maaltijden,
omgevingstemperatuur
- Sociale prikkels zijn inactief als zeitgebers, tenzij ze lichaamsbeweging
teweegbrengen
Blinde mensen?: stellen soms hun circadiaanse ritmes in op basis van geluid, temperatuur,
maaltijden en activiteit OF ritme iets langer dan 24 uur. Uit fase? → vaak slapeloosheid /
slaperig
Free-running ritme: onafhankelijk van externe tijdsignalen/cues loopt, zoals licht en
temperatuur. Dit ritme wordt bepaald door de interne biologische klok van een organisme en
is meestal iets langer dan de 24-uurs dagcyclus.
Jetlag = een verstoring van de circadiaanse ritmes na het oversteken van tijdzones
Reizen makkelijker naar westen (avond langer op, ochtend later wakker klaar). Voor mensen
vaak moeilijker om eerder naar bed te gaan en eerder wakker te worden.
Stress verhoogt de bloedspiegels van het hormoon cortisol → langdurige verhoging cortisol:
beschadigt neuronen in hippocampus (belangrijk voor geheugen). Stewardessen in
onderzoek kleinere hippocampus + geheugenstoornissen.
Nachtwerkers meer ongelukken dan dagwerkers. Moeilijk om ritme aan te passen aan
nachtarbeid want gebouwen hebben kunstlicht van 150-180 lux → slecht effectief om ritme
aan te passen. Mensen passen beter aan bij overdag slapen in pikdonker, en ‘s nachts
werken in fel licht, vergelijkbaar met middagzon. Korte-golf (blauwachtig) licht reset het
circadiaanse ritme sterker dan lange-golf licht (roodachtig).
Circadiaanse ritmes verschillen per persoon. "Ochtendmens" of een "avondmens" bent,
hangt deels af van leeftijd, maar ook van genetica en verschillende omgevingsfactoren.
Mensen in grote steden, omringd door felle lichten, blijven vaker later op dan mensen in
landelijke gebieden. Ochtendmensen gemiddeld gelukkiger.
Phase-response curve (PRC): grafiek die laat zien hoe de biologische klok reageert op een
externe prikkel (zoals licht) op verschillende tijdstippen van de dag + beschrijft hoe licht op
verschillende momenten van het interne slaapritme het circadiane ritme kan vertragen of
vervroegen.
,Onze biologische klok = ongevoelig voor verstoringen en reset niet, blijft stabiel.
Het ritme van blinde/dove dieren raakt langzaam uit fase met die van externe wereld.
belangrijkste aandrijver van ritmes voor slaap en lichaamstemperatuur =
suprachiasmatische nucleus (SCN) (deel hypothalamus);
- → schade hieraan? = onregelmatige ritmes
- genereert automatische ritmes; als SCN neuronen worden losgekoppeld genereren
ze nog steeds een circadiaans ritme van actiepotentialen
- een enkele SCN-cel kan een circadiaans ritme behouden, maar niet nauwkeurig;
Interacties tussen neuronen en astrocyten verscherpen nauwkeurigheid van ritme.
- ritmes komen rechtstreeks uit SCN zelf (bij transplantaties nog steeds even lang)
Licht reset de biologische klok door een speciale route = retinohypothalamische pad, van
het netvlies naar de SCN → via ganglioncellen (reageren altijd direct op licht) in het
netvlies, die reageren op blauw licht door een pigment genaamd melanopsine → deze
ganglioncellen helpen de SCN om het tijdstip van de dag te bepalen door gem. hoeveelheid
licht te meten.
Onderzoek fruitvliegjes: genen ontdekt die een circadiaan ritme produceren
- period: produceert eiwit PER
- timeless: produceert eiwit TIM
De concentratie van de eiwitten (die slaap bevorderen) schommelt over de dag door
feedbackinteracties:
- synthese van eiwitten verhoogt gedurende de dag
- als PER- en TIM-eiwitconcentraties toenemen, remmen ze de genen die de
RNA-moleculen produceren
- in nacht: boodschapper-RNA-concentraties dalen
- in ochtend: PER- en TIM-eiwit niveaus gedaald, cyclus begint opnieuw
Licht speelt belangrijke rol: het activeert chemische stof die TIM-eiwit overdag afbreekt,
waardoor vlieg wakker blijft → interne klok van vlieg wordt dan afgestemd op buitenwereld.
SCN controleert activiteit in andere hersengebieden zoals: pijnappelklier: endocriene klier
net achter thalamus: geeft hormoon melatonine af:
, - verhoogt bij dagactieve dieren/mensen slaperigheid
- tumor in pijnappelklier: dagenlang wakker
- reguleert slaap en waakzaamheid + start puberteit en seizoensaanpassingen
- melatonineproductie begint ~2 à 3 uur voor bedtijd, melatoninepil weinig effect omdat
pijnappelklier al melatonine produceert, soms wel nuttig met reizen om ritme te
verschuiven
H8.2 Stages of Sleep and Brain Mechanisms
Slaap = toestand die de hersenen actief produceren, gekenmerkt door verminderde activiteit
en verminderde reactie op prikkels
Coma = langdurige periode van bewusteloosheid, veroorzaakt door hoofdletsel, beroerte of
ziekte. → laag niveau van hersenactiviteit en reageert niet op prikkels.
Langdurige Bewustzijnsstoornis: (als iemand uit coma gekomen is)
-> Onresponsief waaksyndroom (NWS) = wisselt tussen slaap en gematigde opwinding,
maar zelfs in alerte toestand toont persoon geen bewustzijn van omgeving of doelgericht
gedrag. (1 stap hoger dan coma)
- ademen is regelmatiger
- pijnlijke prikkel verhoogt hartslag, ademhaling en transpiratie
- oogbewegingen die geen doel volgen
- persoon kan lachen of huilen maar niet als reactie op een externe gebeurtenis
- patiënt reageert alleen met fysieke reflexen zonder dat er ‘bewustzijn’ te zien is
-> Minimaal bewuste toestand (MCS) (nog een stap hoger) = korte periodes van
doelgerichte acties en beperkte mate van spraakbegrip, kan maanden/jaren duren.
- patiënt opent ogen en toont minstens 1 teken van bewustzijn
- communiceren lukt niet
- hierbij lijkt patïent taal wel te begrijpen, bij NWS niet.
Hersensterfte = toestand zonder enige hersenactiviteit en zonder reactie op prikkels. Na 24
uur → hersendood → ethisch verantwoord om euthanasie te doen.
Fases van slaap: (gemeten met EEG)
Alfastralen: ontspanning
Fase 1 slaap (b): Slaap net begonnen: onregelmatige, lagere
hersenactiviteit dan in ontspannen waakzaamheid, maar hoger
dan in andere slaapfasen; korte, snelle schokkerige golven.
Fase 2 slaap (c):
- K-complex = scherpe golf → tijdelijke remming van
neuronale activiteit
- slaapspindle = uitbarsting van 12 tot 14 Hz-golven van ong
halve seconde → ontstaat door oscillerende interacties
(ritmisch/herhaald) tussen cellen in de thalamus en de
cortex. Nemen toe na nieuwe leerervaringen + verbetert
bepaalde soorten geheugen.
, Slaapspindels zorgen voor consolidering van geheugen: nieuwe informatie die je
hebt geleerd, wordt omgezet in een stabieler en langdurig geheugen.
Slow-wave sleep: hartslag, ademhalingsfrequentie en hersenactiviteit
nemen af, maar GROTE amplitude golven nemen toe.
Langzame golven = neuronale activiteit is hoog gesynchroniseerd. De
activiteit wordt deels aangedreven door spontane activiteit in de
thalamus en deels door golven van bloedstroom.
Paradoxale / REM-slaap:
- snelle oogbewegingen
- EEG laat onregelmatige, snelle hersengolven zien, vergelijkbaar met lichte slaap
maar spieren zijn VOLLEDIG ontspannen / verlamd. → combi diepe en lichte slaap =
paradoxaal.
- fysieke reacties: erecties / vaginale bevochtiging, schommelingen in hartslag,
bloeddruk en ademhaling.
Declaratief geheugen, dat gerelateerd is aan episodische gebeurtenissen, wordt in de
hippocampus geconsolideerd, vooral in de eerste helft van de nacht tijdens non-REM slaap.
Slaapcyclus: lichte slaap (fase 1) →diepere slaapstadia (vooral vroeg in de nacht)→
REM-slaap (vooral later in de nacht): herhaalt zich elke 90 minuten.
Dromen kunnen in ELKE fase voorkomen. REM-domen vaak meer visuele beelden en
complexe verhaallijnen.
Verschillende hersengebieden spelen rol in controle van slaap en waakzaamheid.
Middenhersengebied = verantwoordelijk voor waakzaamheid
Reticulaire formatie (structuur door medulla naar voorhersenen) bevat neuronen met
axonen die omhoog naar de hersenen of omlaag naar het ruggenmerg gaan. Neuronen die
omhoog gaan helpen bij reguleren van arousal (waakzaamheid).
- pontomesencephalon: bevordert arousal door spontane activiteit en circadiane
ritmes. Sommige axonen geven GABA vrij, andere acetylcholine, glutamaat of
dopamine.
- locus coeruleus: in pons. inactief tijdens slaap, actief tijdens belangrijke
gebeurtenissen. axonen hierin verspreiden norepinefrine door de cortex →
aandacht voor belangrijke informatie neemt toe.
- hypothalamus: rol bij waken EN slapen. gebruikt histamine: bevordert
waakzaameid. gebruikt ook orexine (aka hypocretine): essentieel voor langdurige
waakzaamheid. Ook betrokken bij slapeloosheid bij ouderen, omdat die axonen dan
gevoeliger worden.
- basale voorhersenen: helpt met slaap EN waak. Acetylcholine stimuleert
waakzaamheid, terwijl adenosine zich tijdens wakker ophoopt en slaperigheid
veroorzaakt. Cafeïne verhoogt waakzaamheid door adenosine te blokkeren.
REM-slaap wordt geassocieerd met PGO-golven (pons-geniculatus-occipitaal): verspreid
neurale activiteit over de hersenen. Dopamine in amygdala is betrokken bij starten van
REM-slaap.
