Voor het eerst toont een studie bij muizen, te publiceren in het tijdschrift eLife, aan dat vijf uur slaaptekort leidt tot een verlies van connectiviteit tussen neuronen in de hippocampus, een gebied in de hersenen dat geassocieerd wordt met leren en geheugen.
“Het is duidelijk dat slaap een belangrijke rol speelt in het geheugen — we weten dat het nemen van dutjes ons helpt belangrijke herinneringen te behouden. Maar hoe slaaptekort de hippocampusfunctie en het geheugen aantast, is minder duidelijk,” zegt eerste auteur Robbert Havekes, PhD, assistent-professor aan het Groningse Instituut voor Evolutionaire Levenswetenschappen.
Er is voorgesteld dat veranderingen in de connectiviteit tussen synapsen – structuren die neuronen in staat stellen signalen aan elkaar door te geven – het geheugen kunnen beïnvloeden. Om dit verder te bestuderen, onderzochten de onderzoekers de impact van korte perioden van slaapgebrek op de structuur van dendrieten, de vertakkingen van zenuwcellen waarlangs impulsen worden ontvangen van andere synaptische cellen, in muizenhersenen.
Ze gebruikten eerst de Golgi zilver-kleuring methode om de lengte van dendrieten en het aantal dendritische stekels in de muis hippocampus te visualiseren na vijf uur slaapgebrek, een periode van slaapgebrek waarvan bekend is dat het de consolidatie van het geheugen schaadt. Uit hun analyses bleek dat slaaptekort de lengte en het aantal dendrieten van de neuronen in de CA1-regio van de hippocampus aanzienlijk vermindert.
Ze herhaalden het slaapverliesexperiment, maar lieten de muizen daarna drie uur ongestoord slapen. Deze periode werd gekozen op basis van eerder werk van de wetenschappers waaruit bleek dat drie uur voldoende is om door slaapgebrek veroorzaakte tekorten te herstellen. De effecten van het vijf uur durende slaaptekort in de muizen werden omgekeerd, zodat hun dendritische structuren vergelijkbaar waren met die waargenomen in de muizen die hadden geslapen.
De onderzoekers onderzochten vervolgens wat er gebeurde tijdens het slaaptekort op moleculair niveau. “We waren nieuwsgierig of de structurele veranderingen in de hippocampus verband konden houden met een verhoogde activiteit van het eiwit cofiline, omdat dit krimp en verlies van dendritische stekels kan veroorzaken,” zegt Havekes.
“Onze verdere studies toonden aan dat de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de negatieve effecten van slaapgebrek zich inderdaad richten op cofiline. Het blokkeren van dit eiwit in hippocampale neuronen van muizen met slaapgebrek voorkwam niet alleen het verlies van neuronale connectiviteit, maar maakte ook de geheugenprocessen weerbaar tegen slaapverlies. De muizen met slaaptekort leerden even goed als proefpersonen zonder slaaptekort.”
Ted Abel, PhD, Brush Family Professor in de biologie aan de Universiteit van Pennsylvania en senior auteur van de studie, legt uit: “Slaapgebrek is een veelvoorkomend probleem in onze 24/7 moderne samenleving en het heeft ernstige gevolgen voor de gezondheid, het algehele welzijn en de hersenfunctie.
“Ondanks decennia van onderzoek zijn de redenen waarom slaapverlies een negatieve invloed heeft op de hersenfunctie onbekend gebleven. Onze nieuwe beschrijving van een pad waardoor slaaptekort de geheugenconsolidatie beïnvloedt, benadrukt het belang van het vermogen van het neuronale celnetwerk om zich aan te passen aan slaapverlies. Wat misschien het meest opvallend is, is dat deze neuronale verbindingen hersteld worden na enkele uren herstelslaap. Wanneer proefpersonen dus de kans krijgen om hun broodnodige slaap in te halen, zijn ze hun hersenen snel aan het remodelleren.”