Slaap en neuroplasticiteit

De hersenen zijn geen onveranderlijk systeem. Iedere keer dat iemand iets leert, oefent, ervaart of zich aan nieuwe omstandigheden aanpast, kunnen activiteitspatronen en verbindingen in de hersenen veranderen. Dit vermogen wordt neuroplasticiteit genoemd.

Slaap speelt binnen deze voortdurende aanpassing een belangrijke rol. Tijdens slaap zijn de hersenen niet simpelweg uitgeschakeld. Er vinden veranderingen in hersenactiviteit plaats die samenhangen met geheugen, leren en het aanpassen van neurale netwerken. Daarbij zijn verschillende slaapfasen betrokken.

Dat betekent niet dat neuroplasticiteit uitsluitend tijdens slaap plaatsvindt. Juist de wisselwerking tussen ervaringen tijdens het wakker zijn en processen tijdens de daaropvolgende slaap maakt de relatie interessant.

1. Wat is neuroplasticiteit?

Neuroplasticiteit is het vermogen van het zenuwstelsel om zich door ontwikkeling, ervaring, leren en andere omstandigheden aan te passen.

Om dat te begrijpen zijn twee begrippen belangrijk:

• Neuron: een zenuwcel die informatie ontvangt, verwerkt en doorgeeft.
• Synaps: een contactpunt waar zenuwcellen signalen aan elkaar kunnen doorgeven.

De menselijke hersenen bestaan uit enorme netwerken van onderling verbonden neuronen. Die netwerken zijn niet statisch.

Door ervaring kunnen onder andere:

• bestaande verbindingen sterker worden;
• verbindingen zwakker worden;
• nieuwe verbindingen ontstaan;
• activiteitspatronen veranderen;
• hersennetwerken anders gaan samenwerken.

Veranderingen in de sterkte en werking van verbindingen tussen zenuwcellen worden ook wel synaptische plasticiteit genoemd.

Plasticiteit betekent niet automatisch verbetering

Neuroplasticiteit wordt vaak positief beschreven: dankzij plasticiteit kunnen we leren en ons ontwikkelen.

Maar neuroplasticiteit betekent in de eerste plaats aanpassingsvermogen.

De hersenen passen zich ook aan herhaalde stress, ongezonde gewoonten en andere ongunstige omstandigheden aan. Een verandering in hersennetwerken is daarom niet automatisch een verbetering.

2. Hoe hangen leren en neuroplasticiteit samen?

Leren is alleen mogelijk wanneer ervaring iets kan veranderen. Wie voor het eerst piano speelt, een nieuwe taal leert of een onbekende beweging oefent, gebruikt bestaande hersennetwerken. Door herhaling en ervaring kunnen deze netwerken vervolgens veranderen.

Vereenvoudigd kan dit proces als volgt verlopen:

1. Iemand doet een nieuwe ervaring op.
2. Bepaalde neuronen en hersennetwerken worden actief.
3. Door oefening en herhaling veranderen verbindingen en activiteitspatronen.
4. Nieuwe informatie wordt gekoppeld aan bestaande kennis.
5. Tijdens latere rust en slaap kunnen verdere aanpassingen plaatsvinden.
6. Nieuwe ervaringen bouwen vervolgens voort op het veranderde netwerk.

Neuroplasticiteit is daarmee geen eenmalige gebeurtenis. Het is een voortdurend proces.

Hier raken slaap en leren, geheugen en slaap en neuroplasticiteit elkaar. Leren levert nieuwe informatie en ervaringen, geheugen maakt het mogelijk informatie te behouden en neuroplasticiteit vormt een deel van de biologische basis waardoor blijvende veranderingen mogelijk zijn.

3. Wat gebeurt er tijdens slaap met hersennetwerken?

Tijdens een normale nacht doorlopen de hersenen verschillende stadia van NREM- en REM-slaap. In ieder stadium veranderen patronen van hersenactiviteit.

Tijdens slaap vinden processen plaats die onder andere samenhangen met:

• heractivatie van recent gevormde geheugensporen;
• geheugenconsolidatie;
• veranderingen in synaptische verbindingen;
• communicatie tussen hersengebieden;
• integratie van nieuwe en bestaande informatie;
• reorganisatie van neurale netwerken.

Een belangrijke rol wordt toegeschreven aan de samenwerking tussen de hippocampus en de hersenschors. De hippocampus is sterk betrokken bij het vormen van nieuwe herinneringen. Tijdens slaap kan recent verworven informatie opnieuw worden geactiveerd en geleidelijk in bredere geheugennetwerken worden geïntegreerd.

Slaap is daardoor geen toestand waarin de hersenen niets met eerdere ervaringen doen. De activiteit verandert juist op een georganiseerde manier.

4. Welke rol spelen NREM- en REM-slaap bij neuroplasticiteit?

Verschillende onderdelen van de slaaparchitectuur worden onderzocht in relatie tot neuroplasticiteit.

NREM-slaap

Tijdens NREM-slaap komen kenmerkende patronen voor zoals langzame hersengolven en slaapspoeltjes.

Deze worden onder andere onderzocht in verband met:

• heractivatie van herinneringen;
• geheugenconsolidatie;
• communicatie tussen hippocampus en hersenschors;
• veranderingen in synaptische activiteit.

Vooral diepe NREM-slaap krijgt veel aandacht binnen onderzoek naar geheugen en neurale aanpassing.

REM-slaap

Ook REM-slaap wordt in verband gebracht met neuroplastische processen. Onderzoek richt zich bijvoorbeeld op de mogelijke rol van REM-slaap bij:

• bepaalde vormen van leren;
• emotioneel geheugen;
• ontwikkeling van hersennetwerken;
• integratie van informatie;
• verdere aanpassing van synaptische verbindingen.

Het is echter te eenvoudig om te zeggen:

NREM-slaap = verbindingen opruimen
REM-slaap = verbindingen opbouwen

De verschillende slaapfasen wisselen elkaar gedurende de nacht af en kunnen elkaar functioneel aanvullen. De volledige slaaparchitectuur is daarom waarschijnlijk belangrijker dan één afzonderlijke slaapfase.

5. Worden verbindingen tijdens slaap sterker of zwakker?

Beide kunnen voorkomen. Juist daarom is de relatie tussen slaap en neuroplasticiteit complex.

Tijdens wakker zijn worden hersennetwerken voortdurend geactiveerd door waarnemen, denken, bewegen en leren. Daardoor kunnen veel synaptische verbindingen veranderen.

Een invloedrijke verklaring voor wat daarna tijdens slaap gebeurt, is de synaptische-homeostasehypothese.

Wat is de synaptische-homeostasehypothese?

Deze hypothese stelt in vereenvoudigde vorm dat synaptische verbindingen tijdens wakker zijn gemiddeld sterker kunnen worden door ervaring en leren. Slaap zou vervolgens bijdragen aan een bredere herkalibratie van deze verbindingen.

Dat zou kunnen helpen om:

• hersennetwerken efficiënt te houden;
• energiegebruik te reguleren;
• relevante verschillen tussen verbindingen te behouden;
• overmatige versterking tegen te gaan;
• ruimte te behouden voor nieuw leren.

Dit betekent niet dat tijdens slaap simpelweg alle verbindingen worden verzwakt.

Sommige verbindingen kunnen juist behouden of versterkt worden, terwijl andere veranderen. Bovendien bestaan naast synaptische homeostase andere modellen voor de relatie tussen slaap, geheugen en plasticiteit.

De hypothese is dus wetenschappelijk invloedrijk, maar geen definitief bewezen totaalverklaring voor waarom mensen slapen.

6. Wat weten we over slaap en neuroplasticiteit?

Juist bij neuroplasticiteit worden populaire uitspraken soms stelliger geformuleerd dan het onderzoek rechtvaardigt.

Redelijk goed onderbouwd

• Hersenen kunnen door ervaring en leren veranderen.
• Slaap is belangrijk voor verschillende vormen van leren en geheugen.
• Tijdens slaap worden recent gevormde geheugensporen opnieuw geactiveerd.
• NREM- en REM-slaap gaan gepaard met verschillende patronen van hersenactiviteit.
• Slaap en synaptische plasticiteit hangen met elkaar samen.

Onderzoek suggereert

Slaap kan bijdragen aan:

• het selecteren en reorganiseren van neurale verbindingen;
• integratie van nieuwe informatie;
• het aanpassen van hersennetwerken na leren;
• het bewaren van een functionele balans binnen neurale systemen.

Nog onderwerp van discussie

Onderzoekers proberen onder meer beter te begrijpen:

• welke synapsen tijdens slaap precies veranderen;
• waarom bepaalde verbindingen sterker of zwakker worden;
• hoe NREM- en REM-slaap elkaar daarbij aanvullen;
• welke veranderingen specifiek voor leren en geheugen noodzakelijk zijn;
• hoe verschillende theorieën over synaptische regulatie zich tot elkaar verhouden.

Neuroplasticiteit tijdens slaap is dus geen enkel mechanisme, maar een verzamelgebied van verschillende biologische processen.

7. Verandert neuroplasticiteit gedurende het leven?

Het brein blijft gedurende het hele leven plastisch, maar de aard en snelheid van veranderingen kunnen met de leeftijd verschillen.

• Tijdens de kindertijd ontwikkelen hersennetwerken zich sterk. Nieuwe ervaringen, taal, beweging en sociale interacties dragen voortdurend bij aan verdere organisatie van het zenuwstelsel.
• Tijdens de adolescentie gaan ontwikkeling en reorganisatie verder. Tegelijkertijd veranderen slaaparchitectuur en circadiaans ritme.
• Tijdens de volwassenheid blijft neuroplasticiteit bestaan. Mensen kunnen nieuwe beroepen leren, gewoonten veranderen, talen leren, vaardigheden ontwikkelen en zich aan nieuwe omstandigheden aanpassen.
• Tijdens de ouderdom verdwijnt neuroplasticiteit evenmin. Wel kunnen hersenstructuur, slaap en het tempo van bepaalde leer- en geheugenprocessen veranderen. Een ouder brein is dus geen brein dat niet meer kan veranderen.

8. Wat gebeurt er met neuroplasticiteit bij slaaptekort?

Slaaptekort kan verschillende functies beïnvloeden die belangrijk zijn voor leren en aanpassing.

Denk aan:

• aandacht;
• concentratie;
• werkgeheugen;
• geheugenconsolidatie;
• emotieregulatie;
• cognitieve flexibiliteit.

Daardoor kunnen de omstandigheden waaronder iemand nieuwe kennis en vaardigheden verwerft minder gunstig worden.

Ook op biologisch niveau wordt onderzocht hoe onvoldoende slaap samenhangt met processen die betrokken zijn bij synaptische plasticiteit en hersennetwerken.

Daaruit volgt echter niet dat één slechte nacht de neuroplasticiteit "uitschakelt" of blijvend beschadigt.

Een nauwkeuriger conclusie is dat slaaptekort processen kan beïnvloeden die betrokken zijn bij leren, geheugen en neurale aanpassing. De gevolgen hangen af van onder andere duur, ernst, leeftijd en individuele omstandigheden.

9. Hebben dromen iets met neuroplasticiteit te maken?

Tijdens dromen kunnen herinneringen, emoties, personen, plaatsen en recente ervaringen in nieuwe combinaties verschijnen.

Tegelijkertijd vinden tijdens slaap processen plaats die samenhangen met geheugen en neuroplasticiteit.

Dat maakt een verbinding verleidelijk:

nieuwe droomcombinaties = hersennetwerken die zichzelf opnieuw verbinden

Maar die conclusie gaat te ver.

Een belangrijk onderscheid is:

Neuroplasticiteit vindt tijdens slaap plaats.
Dromen kunnen tijdens slaap plaatsvinden.
Daaruit volgt niet dat de bewuste droomervaring neuroplasticiteit veroorzaakt.

In het blog Als we dromen wordt verder verkend hoe herinneringen, emoties, associaties en verbeelding binnen de droomervaring in nieuwe combinaties kunnen verschijnen. Vanuit neurowetenschappelijk perspectief is het interessant dat deze ervaringen optreden terwijl de slapende hersenen tegelijkertijd dynamische veranderingen in activiteit en geheugenprocessen vertonen.

We kunnen echter niet rechtstreeks uit een droom aflezen welke synaptische veranderingen op dat moment plaatsvinden.

10. Wat betekent neuroplasticiteit voor persoonlijke ontwikkeling?

Neuroplasticiteit vormt een biologische basis voor het menselijke vermogen om door ervaring te veranderen.

Zonder neuroplasticiteit zouden onder andere veel vormen van:

• leren;
• geheugen;
• vaardigheidsontwikkeling;
• aanpassing;
• gedragsverandering

veel beperkter zijn.

Daarmee bestaat een natuurlijke relatie met persoonlijke groei en meesterschap. Maar beide begrippen mogen niet aan neuroplasticiteit gelijk worden gesteld.

Neuroplasticiteit is een biologisch verschijnsel.

Persoonlijke groei gaat over veel bredere menselijke veranderingen in bijvoorbeeld kennis, gedrag, zelfkennis, relaties, vaardigheden en betekenisgeving.

Een veranderend hersennetwerk bewijst dus niet dat iemand persoonlijk "gegroeid" is. Wel maakt het vermogen van hersenen om door ervaring te veranderen mogelijk dat mensen kunnen blijven leren en zich kunnen aanpassen.

Slaap vormt binnen dat proces een belangrijke biologische toestand waarin verschillende vormen van geheugen, leren en neurale reorganisatie samenkomen.

11. Tenslotte

Neuroplasticiteit laat zien dat de hersenen geen onveranderlijke machine zijn. Ervaringen, leren en herhaling kunnen neuronen, synapsen en hersennetwerken beïnvloeden. Slaap maakt deel uit van dit voortdurende aanpassingsproces.

Tijdens NREM- en REM-slaap vinden verschillende vormen van hersenactiviteit plaats die samenhangen met geheugenconsolidatie, heractivatie van ervaringen en veranderingen binnen neurale netwerken. Hoe deze processen precies samenwerken, wordt nog uitgebreid onderzocht.

Daarbij is nuance belangrijk. Slaap "reset" de hersenen niet simpelweg en neuroplasticiteit betekent niet automatisch groei of verbetering. Evenmin kunnen nieuwe combinaties in dromen rechtstreeks worden gezien als bewijs dat hersennetwerken op dezelfde manier worden herschreven.

Wat slaap en neuroplasticiteit vooral duidelijk maken, is dat leren niet ophoudt zodra de bewuste oefening stopt. Ervaringen laten biologische sporen achter en de hersenen blijven deze informatie ook tijdens slaap verwerken en reorganiseren.

Dat vermogen blijft gedurende het leven bestaan. De slapende hersenen zijn daarmee geen passief brein, maar onderdeel van een voortdurend veranderend systeem dat eerdere ervaringen verbindt met wat later opnieuw kan worden geleerd.