Elke nacht slapen we tussen twee zeer verschillende slaaptoestanden. Als we in slaap vallen, vallen we in de niet-REM-slaap (non-rapid eye movement), waarin we traag en regelmatig ademen en onze ledematen of ogen nauwelijks bewegen. Ongeveer 90 minuten later gaan we echter over in de snelle oogbewegingsslaap (REM). Dit is een paradoxale toestand waarin onze ademhaling snel en onregelmatig wordt, onze ledematen trillen en onze ogen snel bewegen. In de REM-slaap zijn onze hersenen zeer actief, maar raken we ook verlamd en verliezen we het vermogen tot thermoregulatie of het handhaven van onze constante lichaamstemperatuur. “Dit verlies van thermoregulatie in de REM-slaap is een van de meest eigenaardige aspecten van de slaap, vooral omdat we fijn afgestemde mechanismen hebben die onze lichaamstemperatuur regelen terwijl we wakker zijn of in de niet-REM-slaap,” zegt Markus Schmidt van het Department for BioMedical Research (DBMR) van de Universiteit van Bern, en het Department of Neurology, Inselspital, het universiteitsziekenhuis van Bern. Enerzijds bevestigen de bevindingen een hypothese die eerder werd voorgesteld door Schmidt, hoofdauteur van de studie, en anderzijds betekenen ze een doorbraak voor de slaapgeneeskunde. Het artikel werd gepubliceerd in Current Biology en door de redactie met een commentaar onder de aandacht gebracht.
Een controlemechanisme dat energie bespaart
De noodzaak om een constante lichaamstemperatuur te handhaven is onze duurste biologische functie. Hijgen, piloerectie, zweten, of rillen zijn allemaal energieverslindende lichaamsreacties. In zijn hypothese stelde Markus Schmidt voor dat de REM-slaap een gedragsstrategie is die energiebronnen wegleidt van de kostbare thermoregulatoire verdediging naar, in plaats daarvan, de hersenen om veel hersenfuncties te verbeteren. Volgens deze energie toewijzing hypothese van slaap, hebben zoogdieren mechanismen geëvolueerd om de REM slaap te verhogen wanneer de noodzaak om onze lichaamstemperatuur te verdedigen is geminimaliseerd of, eerder, om de REM slaap op te offeren wanneer we het koud hebben. “Mijn hypothese voorspelt dat we neurale mechanismen zouden moeten hebben om de REM-slaap dynamisch te moduleren als functie van onze kamertemperatuur,” zegt Schmidt. Neurowetenschappers van de DBMR van de Universiteit van Bern en de afdeling Neurologie van het Inselspital, het universiteitsziekenhuis van Bern, hebben nu zijn hypothese bevestigd en neuronen in de hypothalamus gevonden die specifiek de REM-slaap verhogen wanneer de kamertemperatuur “precies goed” is.”
REM-slaap bevorderende neuronen
De onderzoekers ontdekten dat een kleine populatie neuronen binnen de hypothalamus, melanine-concentrerend hormoon (MCH) neuronen genoemd, een cruciale rol spelen in hoe we REM-slaapexpressie moduleren als functie van de omgevingstemperatuur (of kamer). De onderzoekers toonden aan dat muizen hun REM-slaap dynamisch verhogen wanneer de kamertemperatuur wordt verwarmd tot aan de bovengrens van hun comfortzone, vergelijkbaar met wat is aangetoond voor de menselijke slaap. Echter, genetisch gemanipuleerde muizen die de receptor voor MCH missen zijn niet langer in staat de REM slaap te verhogen tijdens opwarming, alsof ze blind zijn voor de opwarmingstemperatuur. De auteurs gebruikten optogenetische technieken om specifiek MCH neuronen aan of uit te zetten met behulp van een laserlicht dat tijdsgebonden is aan de opwarmingsperioden. Hun werk bevestigt de noodzaak van het MCH-systeem om de REM-slaap te verhogen wanneer de behoefte aan controle van de lichaamstemperatuur wordt geminimaliseerd.
Doorbraak voor slaapgeneeskunde
Dit is de eerste keer dat een gebied van de hersenen is gevonden om de REM-slaap te controleren als functie van de kamertemperatuur. “Onze ontdekking van deze neuronen heeft belangrijke implicaties voor de controle van de REM-slaap,” zegt Schmidt. “Het laat zien dat de hoeveelheid en timing van de REM-slaap nauwkeurig zijn afgestemd op onze directe omgeving wanneer we niet hoeven te thermoreguleren. Het bevestigt ook hoe de droomslaap en het verlies van thermoregulatie nauw geïntegreerd zijn.”
REM-slaap staat erom bekend een belangrijke rol te spelen in veel hersenfuncties zoals geheugenconsolidatie. De REM-slaap omvat ongeveer een kwart van onze totale slaaptijd. “Deze nieuwe gegevens suggereren dat de functie van de REM-slaap is om belangrijke hersenfuncties te activeren, specifiek op momenten dat we geen energie hoeven te besteden aan thermoregulatie, waardoor het gebruik van energiebronnen wordt geoptimaliseerd,” zegt Schmidt.