Wetenschappers dachten altijd dat de hersenen in hun geheel in slaap vallen en weer ontwaken. Maar volgens nieuw onderzoek, waarvan de resultaten deze week in PNAS worden gepubliceerd, kan dit afwijken tussen verschillende delen van de hersenen. De onderzoekers concentreerden zich op de activiteiten in de thalamus en de hersenschors. De hersenschors is dat deel van de hersenen waar informatie wordt ontvangen, geanalyseerd en geïnterpreteerd. De thalamus vormt een schakelstation tussen de zintuigen en de hersenschors. Bijvoorbeeld voor het overbrengen van informatie van de ogen naar de hersenen.

Actieve hersenschors
De gangbare denkwijze was dat de activiteiten in de thalamus en de hersenschors nauw aan elkaar gekoppeld zijn, zowel in wakkere als in slaaptoestand. Het nieuwe onderzoek laat zien dat de activiteiten zowel tijdens het in slaap vallen als gedurende de verschillende slaapstadia afwisselend gekoppeld en weer losgekoppeld worden. Zo blijft de hersenschors vaak langer actief tijdens het in slaap vallen, zelfs wanneer de thalamus al in rust is en geen prikkels meer doorgeeft.

Tijdens het onderzoek werden bij dertien proefpersonen nauwkeurig de elektrische activiteiten in de thalamus en in de hersenschors gemeten. De onderzoekers deden dat met een elektro-encefalogram, kortweg EEG. Elke proefpersoon werd minimaal vijf dagen en nachten lang gevolgd. Volgens de meetgegevens bleef de hersenschors tijdens het in slaap vallen gemiddeld nog acht minuten langer actief dan de thalamus. In extreme gevallen gingen de activiteiten in de hersenschors zelfs vijftien tot twintig minuten langer door. Hoe lang precies, dat verschilt van persoon tot persoon. Het kan ook in een paar minuten gebeurd zijn.

Zelfoverschatting
Dit fenomeen verklaart ervaringen zoals optredende hallucinaties in de periode tussen het wakker zijn en in slaap vallen. De oorzaak daarvan ligt in de hersenactiviteiten in de geïsoleerde hersenschors. De nog even doorpruttelende hersenen kunnen je ook opeens een briljante ingeving geven vlak voordat je wegdommelt. Volgens de onderzoekers gaan een in rust zijnde thalamus en een actieve hersenschors bovendien vaak gepaard met zelfoverschatting over hoe snel je zelf denkt in slaap te gaan vallen.

De volgorde van het eerst uitschakelen van de thalamus, gevolgd door de hersenschors, is niet zonder reden. Het is een voorwaarde voor de hersenschors dat er geen prikkels van buitenaf meer binnenkomen om langzaam het bewustzijn te kunnen verliezen en in de slaaptoestand terecht te komen. Maar het onderzoek hiernaar is nog niet afgerond. Het is nog onbekend of dit proces door de thalamus wordt aangestuurd, of dat het komt door een verschil in gevoeligheid tussen de thalamus en de hersenschors. Andersom ontwaken de twee wel tegelijkertijd.

Epilepsie
Het onderzoek naar het proces van in slaap vallen kwam voort uit een onderzoek naar de werking van de thalamus bij epilepsiepatiënten. Bepaalde delen van de thalamus zouden volgens de wetenschappers namelijk een belangrijke rol kunnen spelen in het opbouwen van epileptische impulsen. De proefpersonen kregen daarvoor EEG-elektrodes geïmplanteerd in hun thalamus en hersenschors. Dit geeft een nauwkeuriger meetresultaat, maar vraagt wel om een chirurgische ingreep om ze aan te brengen.

Paul Schilperoord

Michel Magnin e.a., ‘Thalamic deactivation at sleep onset precedes that of the cerebral cortex in humans’, in PNAS, 8 februari 2010.