Sommige dieren, zoals vogels, dolfijnen, en walvissen, kan deelnemen aan unihemisferische slaap, waarin de ene hersenhelft slaapt terwijl de andere hersenhelft wakker blijft. Door half wakker te blijven, kunnen dieren letterlijk "een oogje open houden" voor roofdieren, en voor trekvogels, zorgt voor een ononderbroken vlucht voor dagen of zelfs weken achter elkaar.

Hoewel niet bekend is dat unihemisferische slaap bij mensen voorkomt, recent onderzoek heeft uitgewezen dat mensen een vergelijkbare slaapstijl vertonen wanneer ze voor de eerste keer onrustig slapen op een nieuwe locatie, het 'eerste nacht-effect' genoemd. Dit effect houdt een asymmetrische dynamiek tussen de twee hemisferen in:terwijl de rechterhersenhelft zich bezighoudt met een normale slow-wave-slaap, de linkerhersenhelft ervaart een ondiepere slaap, wat suggereert dat het mogelijk gedeeltelijk alert blijft.

Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben de onderliggende mechanismen van deze slaapactiviteit verder onderzocht om een ​​model van unihemisferische slaap in het menselijk brein te ontwikkelen. De krant, door Lukas Ramlow et al., is gepubliceerd in een recent nummer van EPL .

"Ons onderzoek heeft aangetoond dat spontane dynamische symmetriebreking van de twee hersenhelften ook mogelijk is voor mensen, " co-auteur Eckehard Schöll, een professor in de theoretische natuurkunde aan de Technische Universität Berlin, vertelde Phys.org . "Aangezien verschillende slaapstadia worden geassocieerd met verschillende mate van synchronisatie, Ik geloof dat een zwakke vorm van unihemisferische slaap, d.w.z., verschillende slaapdiepte van de twee hemisferen, kan goed voorkomen bij mensen, niet alleen bij walvissen, dolfijnen, zeehonden, en trekvogels."

In het menselijk brein, de slaap- en waaktoestanden kunnen worden onderscheiden door hun verschillende vormen van elektrische activiteit. Wanneer wakker, neuronen in de hersenen vuren in een asynchroon, enigszins chaotische mode, terwijl neuronen in de slapende hersenen op een meer gesynchroniseerde manier vuren.

Eerder onderzoek heeft gesuggereerd dat de twee hersenhelften kunnen worden gezien als twee gekoppelde populaties van oscillatoren, omdat beide hersenhelften op gecoördineerde wijze elektrische signalen genereren. Van dit perspectief, unihemisferische slaap treedt op wanneer de hersenen een toestand van twee naast elkaar bestaande domeinen innemen, bestaande uit één gesynchroniseerd (slapend) halfrond en één onsamenhangend (wakker) halfrond. in de natuurkunde, dit soort staat, die wordt gekenmerkt door het naast elkaar bestaan ​​van orde en wanorde, wordt een "chimera-staat" genoemd.

Met behulp van MRI-gegevens van 20 mensen op 90 verschillende hersenlocaties, de onderzoekers onderzochten hoe de hersenen overgaan van incoherentie (wakker) naar synchronisatie (in slaap). Zoals ze uitleggen, de koppeling binnen elke afzonderlijke hemisfeer (intrahemisferische koppeling) is sterker dan die tussen de twee hemisferen (interhemisferische koppeling). Door de inter-hemisferische koppelingssterkte te verminderen terwijl de intra-hemisferische koppelingssterkte in hun model gefixeerd blijft, de onderzoekers merkten op dat het ene halfrond meer gesynchroniseerde activiteit vertoonde dan het andere, die lijkt op unihemisferische slaap en de chimera staat.

"Eerder werd gespeculeerd dat 'chimera-toestanden' in de natuur kunnen voorkomen in de vorm van unihemisferische slaap (wat bekend is voor bepaalde dieren), maar er werd geen realistische modellering gegeven, " Zei Schöll. "Het belang van ons werk is dat we voor het eerst hebben aangetoond door de dynamiek van de twee hersenhelften te modelleren met behulp van empirische menselijke hersenverbindingen dat gedeeltelijke synchronisatie vergelijkbaar met unihemisferische slaap inderdaad kan plaatsvinden. Bovendien, we hebben het mechanisme hiervan geïdentificeerd op basis van verschillende sterke punten van de intra-hemisferische (sterke) en inter-hemisferische (zwakke) koppeling."

De resultaten ondersteunen het idee dat unihemisferische slaap een zekere mate van scheiding tussen de twee hemisferen vereist. De onderzoekers ontdekten dat deze scheiding kan optreden vanwege de structurele asymmetrie van de hersenen. Het is bekend, bijvoorbeeld, dat de twee hemisferen verschillende grootten van overeenkomstige hersengebieden hebben en verschillende neuronale dichtheden binnen deze gebieden.

Op basis van hun model, de onderzoekers ontdekten dat zelfs een lichte structurele asymmetrie resulteert in een dynamische asymmetrie, waarin het ene halfrond meer gesynchroniseerde schietpatronen vertoont dan het andere, als in een hersenschim. Dus over het algemeen de structurele asymmetrie in de hersenen kan de onderliggende mechanismen van unihemisferische slaap en het gerelateerde first-night-effect verklaren, maar veel vragen blijven onbeantwoord.

"In toekomstig onderzoek zijn we van plan om de toestand van unihemisferische slaap in ons model (dat dynamiek gebruikt op empirische structurele verbindingen van menselijke hersenen) grondiger te onderzoeken, met betrekking tot de volgende vragen, " zei Schöll. "Welke delen van de hersenhelften zijn gesynchroniseerd, welke zijn niet? Kunnen we een soort relais in de hersenen identificeren dat de synchronisatie tussen verschillende hersengebieden bemiddelt? Hoe is zo'n relaissynchronisatie gerelateerd aan geheugen, of om te leren, of tot perceptie? Ook, we onderzoeken hoe epileptische aanvallen, die worden geassocieerd met spontane sterke synchronisatie van de hersenen, kan worden gestart en beëindigd."

© 2019 Wetenschap X Netwerk