Slaap en bewustzijn onderzoeker, Associate Professor Bruno van Swinderen bestudeert fruitvliegjes om meer te weten te komen over slaap, omdat ze veel simpelere hersenen hebben dan mensen. De evolutie van slaap en dierlijke slaap, kan ons veel vertellen over waarom we slaap nodig hebben, waarom we dromen en wat bewustzijn precies is.

Gerelateerd:

• Algemene anesthetica doen meer dan je in slaap brengen
• Podcast: Algemene anesthetica en bewustzijn
• Vliegen tonen de echte waarde van slaap
• Vliegen slapen net als wij

Dierlijke slaapvragen beantwoord

Vraag: Waarom slapen sommige dieren veel langer dan andere? Een leeuw slaapt bijvoorbeeld ongeveer 20 uur per dag, maar een jachtluipaard 12 uur.

A: Dit is een groot mysterie. Nog erger, hoefdieren (koeien en antilopen en dergelijke) slapen slechts een paar (misschien 3-4) uur. Aan de andere kant, sommige vleermuizen slapen ongeveer 18 uur. Vliegen slapen ongeveer 8-10 uur. Het is duidelijk dat dit niets te maken heeft met intelligentie of de grootte van de hersenen. Het heeft alles te maken met de vele functies van slaap, en hoe deze kunnen worden ingepast in de specifieke niche van een dier.

Q: Slapen vissen?

A: Ja. Alle dieren met een brein slapen, voor zover dit zorgvuldig is onderzocht. Ik denk dat er misschien een mannelijke brulkikker is die niet slaapt, maar die is waarschijnlijk in een behoorlijk haveloze toestand. Als ze niet slapen, zal er op een gegeven moment een prijs betaald moeten worden. Sommige dieren kunnen al hun paringen doen zonder veel te slapen. De prijs die ze moeten betalen is een vroege dood. Dit is in het algemeen geen goede evolutionaire strategie geweest.

Q: Vertonen Drosophila (fruitvliegsoorten) vergelijkbare spontane slaappatronen als de mens?

A: Het is niet bekend of larvale vliegen slapen, hoewel belangrijke slaapachtige functies waarschijnlijk tijdens de metamorfose plaatsvinden, zoals is aangetoond bij de nematode C. elegans. Deze hebben meer te maken met ontwikkeling, en diepe slaap is in zekere zin een mini-ontwikkeling, met fysieke veranderingen aan synapsen. Persoonlijk denk ik niet dat vliegenlarven spontane slaappatronen vertonen; ik denk dat, net als bij nematoden, hun slaapachtige functies allemaal gekoppeld zijn aan geprogrammeerde ontwikkelingsveranderingen.

Q: Zou u zeggen dat naarmate de ontwikkelingscomplexiteit van een organisme toeneemt, de behoefte aan slaap toeneemt? Neemt het belang van slaap af bij organismen van lagere orde, zoals ongewervelden met kortere levenscycli? Ik zou denken dat hun biologie meer gericht zou zijn op ‘kern’-functies zoals voortplanting?

A: Ik denk dat het belangrijkste ‘complexe’ punt in de evolutie in verband met slaapbehoefte, is dat de hersenen selectief aandacht aan de wereld kunnen besteden. Daarvoor waren slaap-‘functies’ slechts moleculaire processen die verband hielden met ontwikkelingsovergangen, vaak geassocieerd met rusteloosheid. Daarna was slaap ook een behoefte om de wereld een tijdje acuut te negeren om er in wakkere toestand goed aandacht aan te kunnen besteden. Het is dus niet zozeer een lineaire toename in complexiteit als wel een stapsgewijze functie. Maar dat is een hypothese.

Q: Zoveel dieren slapen net als wij. Waarom moeten wormen slapen? Slapen vliegen net als wormen?

A: Met wormen bedoelt u waarschijnlijk nematoden (C. elegans), waar het slaaponderzoek naar is gedaan. Ik denk niet dat wormen op dezelfde manier slapen als vliegen en mensen. Ik denk dat sommige aspecten van hun ontwikkeling gelijkenissen vertonen met sommige (diepe) slaapfuncties, maar ik denk niet dat ze een “slaapschakelaar” hebben, d.w.z. het vermogen om snel en omkeerbaar de reactie op de buitenwereld uit te schakelen. Op dezelfde manier denk ik niet dat wormen een selectieve aandacht hebben. Als we dit verder doortrekken, denk ik dat het bewustzijn is voortgekomen uit dieren die aandacht hebben. Dit is samen geëvolueerd met een behoefte aan slaap, om die aandachtsmechanismen in stand te houden. Dit is slechts een hypothese, maar het bespreken waard denk ik. In principe, zijn nematoden niet bewust. Vliegen wel.

Q: Is het relatief even gemakkelijk om de meeste dieren uit hun slaap te wekken als mensen?

A: Het is bijna onmogelijk om een vlieg met een ernstig slaaptekort wakker te krijgen. Toen mijn vriend Paul Shaw voor het eerst begon met het zoeken naar slaap bij vliegen, probeerden we ze de hele nacht wakker te houden door op de buizen te tikken waarin ze waren ondergebracht. Ik kan je vertellen dat na een paar dagen slaaptekort, deze vliegen niet meer bewogen. Maar ze waren niet dood, ze hadden alleen slaap nodig. Dit is een fundamenteel criterium om slaap bij dieren te meten, genaamd ‘verhoogde opwindingsdrempels’. Zonder dat zouden dieren gewoon rustig waakzaam kunnen zijn.

Q: Welk dier droomt het meest?

A: De natuurlijke geschiedenis van dromen is een fascinerende vraag. Recent werk toont aan dat zelfs reptielen dromen. Ik weet niet zeker welk dier het meest droomt, maar ik heb gehoord dat mierenegels en buideldieren in het algemeen veel REM-slaap hebben. Bij de mens is het bekend dat zuigelingen (zelfs al in de baarmoeder) veel meer dromen dan volwassenen. Het roept allemaal de vraag op waar dromen voor dient, als het bij de meeste dieren voorkomt en al bestaat voordat mensen narratieve ervaringen hebben waar ze over kunnen praten.

Q: Hoe zien dromen er bij andere dieren uit? Droomt mijn hond over ballen najagen? Hebben ze rare trippy dromen zoals wij?

A: Slaap heeft meerdere functies, dit is een van de verwarrende dingen over slaap: één woord voor verschillende functies, die allemaal zijn verpakt in een tijd waarin de hersenen ‘offline’ zijn. Deze functies omvatten waarschijnlijk: synaptische homeostase (de synaptische sterkte binnen een optimaal bereik houden – dit is belangrijk, er zijn er een triljoen van in je hersenen), afvalverwijdering, geheugenconsolidatie, stressregulatie, emotioneel en motorisch leren.