Slapen.
Dat doen we ongeveer een derde van ons leven,
maar begrijpen we eigenlijk wel waar het allemaal om draait?
Tweeduizend jaar geleden zei Galen,
een van de meest vooraanstaande klassieke medische onderzoekers,
dat wanneer we wakker zijn
de motor van ons brein, zijn sap,
naar andere delen van het lichaam stroomt
en die plekken verlevendigt, terwijl de hersenen uitgedroogd achterblijven.
Hij dacht dat wanneer we slapen,
al dit vocht dat de rest van het lichaam vult,
terug zou komen snellen,
het brein zou hydrateren
en de geest zou verversen.
Dat klinkt tegenwoordig natuurlijk belachelijk,
maar Galen probeerde iets uit te leggen over slaap
waar we elke dag mee te maken hebben.
Gebaseerd op onze eigen ervaring
weten we dat je in je slaap je hoofd leegmaakt
en als je niet slaapt
dat je hoofd troebel wordt.
Ook al weten we tegenwoordig veel meer over slaap
dan toen Galen rondliep,
hebben we nog steeds niet begrepen waarom slaap,
van al onze activiteiten, deze ongelooflijke
herstellende werking heeft op de geest.
Vandaag wil ik vertellen over recent onderzoek
dat deze vraag opnieuw belicht.
We leerden dat slaap eigenlijk wellicht
een soort van elegant ontworpen oplossing is
op enkele basisbehoeften van de hersens,
een unieke manier waarop het brein
de hoge eisen vervult en nauwe marges benut,
waardoor het zich onderscheidt van alle andere organen in het lichaam.
Vrijwel alle biologie die we observeren
kan gezien worden als een reeks problemen
en hun bijbehorende oplossingen
en het eerste probleem dat elk orgaan moet oplossen
is de voortdurende toevoer van voedingsstoffen om
de cellen van het lichaam te voeden.
In de hersenen is dat extra essentieel;
haar intense elektrische activiteit verbruikt
een kwart van de energievoorraad van het lichaam,
hoewel de hersenen
maar twee procent van het lichaamsgewicht bevatten.
Dus het bloedvatenstelsel
lost het voedingsstoffenprobleem op
door via bloedvaten voedingsstoffen en zuurstof
naar elke hoek van ons lichaam te brengen.
Je kunt het in deze video zien.
Hier beelden we bloedvaten uit
in de hersenen van een levende muis.
De bloedvaten vormen een ingewikkeld stelsel
dat de gehele hersenen vult.
Het begint bovenin de hersenen
en gaat daarna dieper het weefsel in
en terwijl ze zich verspreiden,
leveren ze voeding en zuurstof
aan iedere cel in de hersenen.
Net zoals iedere cel behoefte heeft
aan voedingsstoffen als brandstof,
produceert elke cel ook afval als bijproduct
en het opruimen daarvan
is het tweede basisprobleem
dat elk orgaan moet oplossen.
Dit diagram laat het lymfestelsel zien,
dat is geëvolueerd om deze behoefte te vervullen.
Het is een parallel tweede stelsel van vaten
dat het lichaam doordringt.
Het neemt eiwitten en ander afval
uit de ruimtes tussen de cellen,
verzamelt het, en dumpt het in het bloed
waardoor het verwijderd kan worden.
Maar als je heel goed hier naar kijkt
zul je iets zien
dat niet erg logisch lijkt.
Als we zouden inzoomen op het hoofd van deze man
is een van de dingen die je ziet
dat er geen lymfevaten in de hersenen bestaan.
Maar dat is toch helemaal niet logisch, of wel?
Ik bedoel, de hersenen zijn een extreem actief orgaan
dat een daaraan evenredige hoeveelheid afval produceert
die efficiënt verwijderd moet worden.
Toch heeft het geen lymfevaten,
dus de aanpak van de rest van het lichaam
om afval te verwijderen
werkt niet bij de hersenen.
Hoe lossen de hersenen
dan het afvalverwerkingsprobleem op?
Die quasi-alledaagse vraag
is waar onze groep in dit verhaal sprong
en wat we vonden
toen we steeds dieper het brein indoken,
tussen de neuronen en de bloedvaten,
was dat de oplossing van de hersenen
op het afvalverwerkingsprobleem
nogal onverwacht was.
Het was vernuftig,
maar ook schitterend.
Ik zal vertellen wat we aantroffen.
Het brein heeft een grote poel
met schone, heldere vloeistof die cerebrospinale vloeistof heet.
We noemen het de CSV.
De CSV vult de ruimte rondom de hersenen
en het afval binnenin de hersenen
vindt een weg naar buiten richting de CSV,
die dan, samen met het afval, gedumpt wordt in het bloed.
Zo klinkt het net als het lymfestelsel, nietwaar?
Interessant is dat de vloeistof en het afval
zich vanuit de hersenen
niet willekeurig wegfiltert
richting deze CVS-poelen.
In plaats daarvan is er een gespecialiseerd netwerk
dat het proces organiseert en faciliteert.
Dit is te zien in deze video's.
Hier kijken we opnieuw in de hersenen
van levende muizen.
Het scherm links toont
wat er gebeurt aan de hersenoppervlakte
en het scherm rechts toont
wat er onder het oppervlak gebeurt
in het weefsel zelf.
De bloedvaten zijn rood gemaakt
en de CSV rondom de hersenen
zal groen zijn.
Het verbaasde ons
dat de vloeistof buiten de hersenen
niet aan de buitenkant bleef.
In plaats daarvan werd de CSV teruggepompt
in en door de hersenen
langs de zijkanten van de bloedvaten
en terwijl het de hersenen instroomde
via de zijkanten van de vaten,
hielp het bij het wegwerken,
het verwijderen van het afval uit de ruimtes
tussen de hersencellen in.
Als je er over nadenkt
is het gebruiken van de zijkanten van de bloedvaten op deze manier
een geniaal ontworpen oplossing,
omdat het brein is ingekapseld
binnen een onbuigzame schedel
en het vol zit met cellen,
waardoor er geen extra ruimte is
voor een tweede set vaten zoals het lymfestelsel.
Maar die bloedvaten
strekken van het hersenoppervlak
tot aan iedere cel in het brein,
wat betekent dat vloeistof
die via de zijkanten van deze bloedvaten verplaatst wordt
makkelijk toegang kan krijgen tot de complete inhoud van de hersenen.
Het is dus een heel slimme manier
om een stel vaten, de bloedvaten, een nieuwe doelstelling te geven:
het overnemen en vervangen van de functie
van een tweede set vaten, de lymfevaten,
zodat je die niet nodig hebt.
Het is prachtig dat geen ander orgaan
kiest voor deze bepaalde aanpak
om afval tussen zijn cellen te verwijderen.
Dit is een oplossing die alleen plaatsvindt in de hersenen.
Maar onze meest verrassende bevinding
was dat al dit samen,
alles wat ik jullie net heb verteld,
met al deze vloeistof die door het brein stroomt,
dat het alleen plaatsvindt in het slapende brein.
De video hier links
laat zien hoeveel van de CSV beweegt
in het brein van een wakkere, levende muis.
Het is vrijwel niets.
Maar in datzelfde dier,
als we even wachten tot het in slaap is gevallen,
kunnen zien we dat de CSV
door de hersenen heen stroomt
en we kwamen erachter dat op het moment
wanneer het brein gaat slapen
de hersencellen zelf lijken te krimpen
en zo tussenliggende ruimtes creëren
waardoor vloeistof erdoorheen kan stromen
en afvalstoffen verwijderd kunnen worden.
Het lijkt dus alsof Galen in werkelijkheid
op het goede pad zat toen hij schreef over
vloeistof die door de hersenen heen stroomt
wanneer je in slaap valt.
Ons eigen onderzoek, nu 2.000 jaar later,
laat zien dat het brein
als het wakker is
en het druk heeft,
het verwijderen van afvalstoffen
uit de ruimte tussen de cellen uitstelt tot later.
En wanneer je gaat slapen
en de hersenen het niet meer zo druk hebben,
schakelen ze over op een soort schoonmaakmodus
om de afvalstoffen te verwijderen
uit ruimtes tussen de cellen,
het opgehoopte afval van die dag.
Het is eigenlijk een beetje zoals hoe jij of ik
onze huishoudelijke taken tijdens de werkweek laten liggen
als we geen tijd ervoor hebben
en daarna alles moeten inhalen
wanneer het weekend om de hoek komt kijken.
Nou heb ik net veel verteld over het verwijderen van afvalstoffen,
maar was ik niet erg duidelijk
over welke soorten afval
de hersenen moeten verwijderen
tijdens onze slaap, om gezond te kunnen blijven.
Het afval waar recente studies
de meeste nadruk op leggen is bèta-amyloïd,
een eiwit dat door de hersenen constant wordt geproduceerd.
Mijn hersenen maken nu bèta-amyloïd aan
en die van jullie ook.
Maar bij mensen met Alzheimer
bouwt bèta-amyloïd zich op en voegt het zich samen
in de ruimte tussen de hersencellen,
in plaats van verwijderd te worden, zoals het hoort.
Deze opbouw van bèta-amyloïd
ziet men als een van de voornaamste stappen
in de ontwikkeling van die verschrikkelijke ziekte.
Dus hebben we gemeten hoe snel bèta-amyloïd wordt verwijderd
uit een brein dat wakker is,
vergeleken met wanneer het slaapt
en we zagen dat de verwijdering
van bèta-amyloïd inderdaad
veel sneller plaatsvindt wanneer het brein slaapt.
Dus als slaap deel uitmaakt
van de oplossing van het brein
voor de verwerking van afvalstoffen,
kan dit diepe invloed hebben op ons denken
over het verband tussen slaap,
bèta-amyloïd en Alzheimer.
Een aantal recente klinische studies
suggereert dat onder patiënten
die nog geen Alzheimer hebben,
kort en slecht slapen een link hebben
met een toename van
de opbouw van bèta-amyloïd in de hersenen.
En al moet gezegd worden
dat deze studies niet bewijzen dat
gebrek aan slaap of slecht slapen
Alzheimer veroorzaakt,
laten ze wel zien dat onvermogen van de hersenen
om zichzelf te verschonen
door verwijdering van afvalstoffen als bèta-amyloïd,
kan bijdragen aan de ontwikkeling van ziektes zoals Alzheimer.
Dit nieuwe onderzoek laat ons dus zien
dat het enige dat jullie allemaal
al wisten over slaap,
wat zelfs Galen al begreep over slaap,
dat het de hersenen verfrist en je hoofd leegmaakt,
een groot deel kan uitmaken van
wat slaap voor je betekent.
Jij en ik slapen elke nacht weer opnieuw,
maar onze hersenen rusten nooit.
Terwijl ons lichaam stil ligt
en onze gedachten ergens ver weg in dromenland zijn,
is de sierlijke mechaniek
van het brein hard aan het werk
met het schoonmaken en het onderhoud
van deze onvoorstelbaar gecompliceerde machine.
Net als klusjes thuis
is het vies en ondankbaar werk,
maar is het ook belangrijk.
Als jij thuis een maand lang de keuken niet poetst,
wordt jouw huis al snel onbewoonbaar.
Maar in het brein zijn de gevolgen van
het achterop raken met poetsen misschien veel erger
dan alleen de gêne van een smerig aanrecht hebben.
Want als het gaat over het schoonmaken van het brein,
staan de gezondheid en de functie
van je lichaam en geest op het spel.
Daarom is huidig begrip
van deze elementaire huishoud- functies van de hersenen
wellicht cruciaal voor de preventie en behandeling van
de geestesziekten van morgen.
Dank je wel.
(Applaus)