Hersengolven

De hersenen zijn voortdurend elektrisch actief. Wanneer we wakker zijn, nadenken, ontspannen, in slaap vallen of dromen, communiceren grote groepen zenuwcellen met elkaar. Een deel van deze activiteit kan aan de buitenkant van het hoofd worden gemeten als ritmische patronen: hersengolven.

Bekende namen als alpha, beta, theta en delta verwijzen naar verschillende frequentiegebieden binnen die elektrische hersenactiviteit. Ze worden vaak gekoppeld aan bepaalde mentale toestanden, maar daarbij is nuance belangrijk. Het brein bevindt zich niet simpelweg in één hersengolfstand. Verschillende frequenties kunnen tegelijkertijd voorkomen en hun betekenis hangt af van onder andere hersengebied, slaapfase, taak en omstandigheden.

Juist tijdens de slaap veranderen deze patronen op karakteristieke manieren. Daardoor spelen hersengolven een belangrijke rol bij het onderzoeken van slaaparchitectuur, slaapfasen, geheugen en dromen.

1. Wat zijn hersengolven?

Hersencellen, of neuronen, communiceren via elektrische en chemische processen. Wanneer grote groepen zenuwcellen op een georganiseerde manier actief zijn, ontstaan elektrische patronen die kunnen worden gemeten.

Een veelgebruikte methode daarvoor is het elektro-encefalogram, meestal afgekort tot EEG.

Bij een EEG worden elektroden op de hoofdhuid geplaatst. Deze meten spanningsverschillen die samenhangen met de gezamenlijke activiteit van grote aantallen zenuwcellen, vooral in de hersenschors.

Een EEG registreert dus niet rechtstreeks afzonderlijke gedachten, herinneringen of dromen.

Het laat patronen in hersenactiviteit zien.

Onderzoekers kijken daarbij onder andere naar:

• frequentie;
• amplitude;
• plaats op de hoofdhuid;
• timing;
• veranderingen tussen verschillende toestanden.

Voor slaaponderzoek zijn zulke patronen bijzonder belangrijk.

2. Wat betekenen de frequenties van hersengolven?

De frequentie van een hersengolf wordt uitgedrukt in Hertz (Hz). Eén Hertz betekent één cyclus per seconde.

Hersenactiviteit wordt vaak verdeeld in frequentiebanden. De exacte grenzen kunnen per onderzoeksgebied of definitie enigszins verschillen, maar veelgebruikte categorieën zijn:

• delta: ongeveer 0,5–4 Hz;
• theta: ongeveer 4–8 Hz;
• alpha: ongeveer 8–13 Hz;
• beta: grofweg vanaf 13 Hz;
• gamma: hogere frequenties, vaak vanaf ongeveer 30 Hz.

Deze indeling is nuttig, maar mag niet worden opgevat als een reeks afzonderlijke standen waarin het brein achtereenvolgens terechtkomt.

Het brein produceert voortdurend een combinatie van ritmes.

Daarom is bijvoorbeeld de uitspraak theta betekent dromen te eenvoudig. Theta-activiteit kan in verschillende omstandigheden voorkomen en dromen kunnen ontstaan bij uiteenlopende patronen van hersenactiviteit.

3. Wat zijn alpha- en betagolven?

Alpha: rustig wakker zijn

Alpha-activiteit is bij volwassenen vaak duidelijk zichtbaar wanneer iemand ontspannen wakker is en de ogen gesloten heeft.

Zodra de ogen worden geopend of de aandacht sterk op een taak wordt gericht, kan het alpha-ritme afnemen of veranderen.

Alpha wordt daarom vaak geassocieerd met ontspannen wakker zijn.

Dat betekent niet dat alpha een speciale toestand vormt waarin iemand automatisch creatiever, intuïtiever of meer verbonden met het onderbewuste is.

Het is in de eerste plaats een meetbaar patroon van hersenactiviteit dat onder bepaalde omstandigheden duidelijker aanwezig kan zijn.

Beta: actieve hersenverwerking

Beta-activiteit omvat snellere frequenties en kan tijdens verschillende vormen van wakker functioneren aanwezig zijn.

Denken, aandacht en actieve informatieverwerking kunnen samengaan met activiteit in dit frequentiegebied.

Ook hier bestaat echter geen eenvoudige relatie:

meer beta = meer stress

is bijvoorbeeld geen algemene biologische regel.

Stress beïnvloedt hersenactiviteit, maar kan niet uit één frequentieband worden afgelezen.

4. Wat zijn theta- en deltagolven?

Voor slaap zijn vooral theta- en delta-activiteit belangrijk.

Theta tijdens het inslapen

Wanneer iemand vanuit wakker zijn naar NREM-slaap overgaat, neemt het duidelijke alpha-ritme doorgaans af en wordt relatief langzamere activiteit zichtbaar.

Tijdens de lichte slaapfase N1 komt bijvoorbeeld veel activiteit in het theta-gebied voor.

Dat sluit aan bij de bijzondere ervaringen die tijdens het inslapen kunnen ontstaan, zoals hypnagoge beelden, losse gedachten en veranderende waarneming.

Theta is echter niet simpelweg de frequentie van het onderbewuste. Theta-activiteit wordt ook onderzocht bij onder andere geheugen, aandacht en andere hersenprocessen.

Delta en diepe slaap

Tijdens diepe NREM-slaap, oftewel N3, worden langzame golven met een relatief grote amplitude belangrijk.

Deze slow-wave activity valt grotendeels binnen het deltafrequentiegebied.

N3 wordt daarom ook slow-wave sleep genoemd.

Langzame hersenactiviteit tijdens deze slaapfase wordt onder andere onderzocht in relatie tot slaapdruk, herstel van hersenfuncties, geheugenprocessen en neuroplasticiteit.

Maar ook hier moeten we oppassen met een populaire vereenvoudiging: diepe slaap is niet automatisch droomloze slaap.

Mensen kunnen ook uit NREM-slaap droomervaringen rapporteren.

5. Wat zijn slaapspoeltjes en K-complexen?

Niet alle belangrijke hersenactiviteit tijdens slaap past netjes in de bekende rij alpha, beta, theta en delta.

Vooral tijdens N2-slaap verschijnen twee karakteristieke EEG-verschijnselen.

Slaapspoeltjes

Slaapspoeltjes, of sleep spindles, zijn korte uitbarstingen van ritmische hersenactiviteit.

Ze ontstaan door samenwerking tussen onder andere de thalamus en hersenschors en worden onderzocht in relatie tot:

• stabiliteit van slaap;
• verwerking van prikkels;
• leren;
• geheugenconsolidatie.

Slaapspoeltjes laten mooi zien waarom hersengolven niet simpelweg aan één bewustzijnstoestand kunnen worden gekoppeld. Het gaat om specifieke patronen binnen grotere hersennetwerken.

K-complexen

Ook K-complexen zijn kenmerkend voor N2-slaap.

Het zijn grote, opvallende golfvormen die spontaan kunnen optreden, maar ook kunnen volgen op externe prikkels zoals geluid.

Slaapspoeltjes en K-complexen zijn zo kenmerkend dat ze worden gebruikt om N2-slaap tijdens slaaponderzoek te herkennen.

6. Wat gebeurt er met hersengolven tijdens de slaap?

Gedurende een normale nacht verandert het EEG voortdurend.

Vereenvoudigd verloopt dat als volgt:

• tijdens ontspannen wakker zijn kan alpha duidelijk aanwezig zijn;
• bij het inslapen verdwijnt alpha grotendeels en verschijnt meer langzame gemengde activiteit, waaronder theta;
• tijdens N2 worden slaapspoeltjes en K-complexen zichtbaar;
• tijdens N3 domineren langzame golven sterker;
• tijdens REM-slaap ontstaat opnieuw een relatief snelle, gemengde EEG-activiteit.

Daarna volgen nieuwe slaapcycli.

De verdeling verandert gedurende de nacht. Vroeg in de slaap komt gemiddeld meer diepe NREM-slaap voor, terwijl REM-perioden later in de nacht doorgaans langer worden.

Hersengolven vormen daarmee een belangrijk onderdeel van de slaaparchitectuur.

7. Waarom lijkt REM-slaap in het EEG soms op wakker zijn?

Een van de opvallendste slaapstadia is REM-slaap.

Tijdens REM is de EEG-activiteit relatief laag in amplitude en gemengd in frequentie. Daardoor kan het patroon op bepaalde punten meer op wakker zijn lijken dan op diepe NREM-slaap.

Tegelijkertijd verkeert iemand duidelijk in slaap.

Tijdens REM komen bovendien:

• snelle oogbewegingen voor;
• is de spierspanning sterk verminderd;
• kunnen levendige dromen optreden.

Vanwege deze combinatie werd REM-slaap historisch ook wel paradoxale slaap genoemd: de hersenactiviteit vertoont kenmerken die op wakker zijn lijken, terwijl de persoon slaapt.

Dat laat opnieuw zien dat één hersengolf niet gelijkstaat aan één bewustzijnstoestand.

8. Welke relatie bestaat tussen hersengolven en dromen?

Dromen kunnen tijdens verschillende slaapfasen voorkomen.

Daarmee moet een belangrijk misverstand worden gecorrigeerd:

dromen vinden niet uitsluitend in theta of REM-slaap plaats.

Wanneer mensen uit REM-slaap worden gewekt, rapporteren zij gemiddeld relatief vaak levendige, beeldrijke, emotionele en verhalende dromen.

Maar ook tijdens NREM-slaap kunnen droomervaringen voorkomen.

De relatie tussen dromen en slaapfasen is daarom waarschijnlijker dan een eenvoudige relatie tussen dromen en één hersengolffrequentie.

Tijdens een droom werken bovendien meerdere hersennetwerken tegelijkertijd. Activiteit die samenhangt met waarneming, geheugen, emoties en interne beeldvorming kan op complexe manieren gecombineerd worden.

Een droom kan daarom niet uit een EEG worden 'afgelezen' alsof een bepaalde golf betekent dat iemand op dat moment een specifieke droom beleeft.

9. Wat hebben hersengolven met geheugen en leren te maken?

Hersengolven zijn niet alleen interessant voor het herkennen van slaapstadia.

Tijdens slaap blijken verschillende ritmische processen samen te hangen met geheugen en slaap.

Vooral tijdens NREM-slaap wordt onderzoek gedaan naar de samenwerking tussen:

• langzame hersengolven;
• slaapspoeltjes;
• activiteit vanuit de hippocampus;
• communicatie tussen hippocampus en hersenschors.

Deze processen worden in verband gebracht met geheugenconsolidatie: het stabiliseren en verder organiseren van informatie die eerder is geleerd.

Slaap is daarbij geen simpele opslagfase waarin herinneringen één voor één naar een vaste plek worden gekopieerd.

Hersennetwerken kunnen informatie opnieuw activeren, integreren en reorganiseren.

Dat sluit ook aan bij onderzoek naar slaap en leren en slaap en neuroplasticiteit.

10. Kun je hersengolven bewust beïnvloeden?

Hersenactiviteit verandert voortdurend als gevolg van wat we doen.

Ogen sluiten, aandacht richten, bewegen, ontspannen, slapen en meditatie kunnen allemaal samengaan met veranderingen in EEG-patronen.

Daaruit volgt echter niet dat iemand eenvoudig bewust een bepaalde frequentie kan 'aanzetten' en daarmee automatisch een specifieke mentale toestand bereikt.

Uitspraken als:

theta activeren geeft toegang tot het onderbewuste

of:

gamma activeren veroorzaakt uitzonderlijk bewustzijn

gaan verder dan wat op basis van een frequentieband alleen wetenschappelijk kan worden geconcludeerd.

Onderzoek naar meditatie laat bijvoorbeeld veranderingen in verschillende frequentiegebieden en hersennetwerken zien, afhankelijk van de gebruikte methode, ervaring van de beoefenaar en manier van meten.

Hersengolven zijn daarom beter te begrijpen als meetbare kenmerken van veranderende hersenactiviteit dan als knoppen waarmee afzonderlijke bewustzijnstoestanden worden geselecteerd.

11. Wat vertellen hersengolven over bewustzijn?

Hersengolven laten zien dat hersenactiviteit sterk verandert tussen wakker zijn, inslapen, verschillende slaapstadia en dromen.

Maar ze vertellen niet het volledige verhaal van het bewustzijn.

Twee mensen kunnen bijvoorbeeld vergelijkbare algemene slaapstadia vertonen terwijl hun subjectieve ervaringen verschillen.

Ook binnen dezelfde slaapfase kunnen verschillende ervaringen optreden.

Dat maakt hersengolven bijzonder waardevol voor onderzoek naar slaap en bewustzijn, maar ze mogen niet met bewustzijn zelf worden gelijkgesteld.

Een EEG meet elektrische hersenactiviteit.

Bewustzijn verwijst naar de subjectieve ervaring van bijvoorbeeld de omgeving, gedachten, gevoelens of een droomwereld.

De relatie tussen beide vormt een belangrijk onderzoeksgebied binnen de neurowetenschap.

12. Tenslotte

Hersengolven zijn ritmische patronen in de elektrische activiteit van grote groepen zenuwcellen. Met een EEG kunnen onderzoekers deze activiteit meten en onderzoeken hoe zij verandert tijdens wakker zijn en slapen.

Frequentiegebieden zoals alpha, beta, theta en delta helpen verschillende patronen te beschrijven. Tijdens slaap zijn daarnaast verschijnselen als slaapspoeltjes, K-complexen en langzame golven belangrijk.

De betekenis daarvan is complexer dan het populaire idee dat iedere hersengolf overeenkomt met één mentale toestand.

Theta is niet simpelweg de frequentie van het onderbewuste. Delta betekent niet dat iemand onmogelijk kan dromen. Beta is niet automatisch stress. En REM-slaap bestaat niet uit één specifieke 'droomfrequentie'.

Juist het tegenovergestelde maakt hersengolven interessant.

Slapen, denken, leren en dromen ontstaan uit dynamische samenwerking tussen verschillende hersengebieden, netwerken en ritmes.

Tijdens de nacht verandert die samenwerking voortdurend. Van het verdwijnen van alpha tijdens het inslapen tot slaapspoeltjes in N2, langzame golven in diepe NREM-slaap en de gemengde activiteit van REM-slaap: ieder patroon vertelt een stukje van het verhaal.

Hersengolven zijn daarmee geen geheime taal waarmee gedachten of dromen rechtstreeks kunnen worden gelezen. Ze zijn een wetenschappelijk venster op de voortdurend veranderende activiteit van het slapende en wakkere brein.