PDF Basket
De Synaptische Homeostase Hypothese poneert dat wanneer we wakker zijn, de synapsen in de hersenen (de structuren die communicatie tussen neuronen mogelijk maken) overbelast raken doordat we leren en ervaringen opdoen. Slaap werkt dan als een resetknop, waardoor de synaptische activiteit wordt uitgeschakeld om het evenwicht te bewaren en ervoor te zorgen dat de hersenen optimaal functioneren.
Onder leiding van Sha Liu, assistent-professor aan het Centrum voor Hersen- en Ziekteonderzoek van de VIB-KU Leuven, maakte SleepSynapses gebruik van geavanceerde genetische modellen en geavanceerde technologieën om te onderzoeken hoe slaap deze synaptische verbindingen beïnvloedt.
Het SleepSynapses-project werd gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad.
Vliegen: de ideale proefkonijnen
In tegenstelling tot traditionele tests met muizen, richtte SleepSynapses zich op de genetische eenvoud van fruitvliegen (Drosophila melanogaster). Deze organismen bieden een uniek voordeel voor wetenschappelijk onderzoek, omdat dezelfde synaps onder meerdere omstandigheden geanalyseerd kan worden, iets wat bijna onmogelijk is in de cortex van zoogdieren. Op deze manier was het team in staat om synaptische veranderingen veroorzaakt door slaap en slaaptekort nauwkeurig te bestuderen.
Dit leidde tot belangrijke doorbraken. De onderzoekers maakten gebruik van single-cell transcriptomics om te bestuderen hoe slapen of wakker zijn de genetische activiteit van verschillende typen hersencellen beïnvloedt. Een belangrijke uitkomst van het onderzoek, gepubliceerd in 'Nature Neuroscience', is, dat blijkt dat gliacellen - niet-neuronale cellen die lang werden gezien als slechts een ondersteunende structuur - juist van vitaal belang zijn voor het behoud van de slaaphomeostase.
"Gliacellen reguleren de slaaphomeostase op manieren waar we ons tot nu toe niet van bewust waren", zegt Liu. "Hun belang in de slaap-waakcyclus van de hersenen toont aan dat er nog veel te ontdekken valt in dit nog onbekende gebied van de neurowetenschappen."
Verrassende ontdekkingen
Door de plasticiteit van de synapsen leren we nieuwe dingen, vormen we herinneringen en passen we ons gedrag aan door ervaringen die we opdoen. Het team ontdekte een nieuwe manier waarop de hersenen de synapsen in evenwicht houden. In plaats van alle synapsen langzaam aan te passen, werkt dit nieuw ontdekte proces sneller en richt het zich op specifieke verbindingen, voornamelijk aan de zendende kant van neuronen. Het proces vindt plaats terwijl we wakker zijn en lijkt een rol te spelen in het verband tussen hersenactiviteit, rust en leren.
Deze bevindingen vormen een bijdrage aan een oud wetenschappelijk debat en bieden een nieuwe kijk op hoe slaap de neurale functie op cellulair niveau beïnvloedt.
"Tijdens de slaap wordt niet alles gewoon maar op de spaarvlam gezet," heeft Liu ontdekt. "We zien een dynamischer systeem waarbij bepaalde synapsen even actief blijven of zelfs nog actiever worden, om de geheugen- en leerfunctie te ondersteunen, terwijl er toch over het geheel een evenwichtige belasting wordt bereikt."
Dat het project succesvol werd afgesloten is opmerkelijk gezien de uitdagingen waar het voor stond. Liu lanceerde zijn FlySleepLab tijdens de COVID-19 pandemie, toen vertragingen bij het vinden van de juiste mensen, tekorten aan apparatuur en verstoorde toeleveringsketens extra lagen van complexiteit toevoegden. Toch zette het team door en produceerde baanbrekende resultaten. Bovendien werd een nieuwe generatie van beginnende onderzoekers opgeleid, die inmiddels allemaal posities in de academische wereld bekleden.
Slaap opnieuw definiëren
Niet alleen levert SleepSynapses een nieuwe definitie voor de synaptische homeostase, het legt de basis voor diepgravender onderzoek naar de cellulaire mechanismen tijdens de slaap. "Wat betekent het voor een cel om te slapen? Of om wakker te zijn?" zijn de vragen die Liu stelt. Deze vragen, die ooit als te abstract golden, zijn nu tastbare doelstellingen voor toekomstig onderzoek geworden.
Daarnaast liet het project zien hoe belangrijk fundamentele wetenschap kan zijn. Over het algemeen geeft men tegenwoordig de voorkeur aan onderzoek gericht op zoogdieren. Liu is daarentegen voorstander van eenvoudiger testmodellen, zoals fruitvliegjes. "Inzicht in de basismechanismen vormt de basis voor al het andere," vindt hij. "Als we die verwaarlozen, lopen we het risico dat we fundamentele principes over het hoofd zien, die de basis vormen voor complexere systemen."
De puzzelstukjes in elkaar passen
De resultaten van SleepSynapses zullen naar verwachting breed worden gedeeld in de neurowetenschappen. Door te onderzoeken hoe slaap de hersenactiviteit in balans houdt en het geheugen ondersteunt, biedt het werk van dit project nieuwe invalshoeken voor slaapstoornissen en cognitieve gezondheid. Zoals Liu zegt: "We begrijpen nu beter dan ooit wat slaap betekent, niet alleen voor ons als individu, maar ook voor de cellen waaruit we bestaan."
Het mysterie waarom we slapen is misschien nog niet helemaal opgelost, maar dankzij SleepSynapses beginnen er wel puzzelstukjes op hun plaats te vallen.