Slaaponderzoek tussen evolutie en psychiatrie

Het Meerlo Lab:
Slaaponderzoek tussen evolutie en psychiatrie

 

In zijn lab onderzoekt prof. dr. Peter Meerlo hoe fundamentele vragen over de oorsprong en functie van slaap samenkomen met klinische thema’s zoals depressie. Door dieren met extreme slaapstrategieën te bestuderen en nauw samen te werken met de psychiatrie, wordt zichtbaar waarom slaap zo kwetsbaar én zo cruciaal is voor het brein. Een gesprek over slaaptekort, hersenplasticiteit en Duitse toepaja’s.

Al bijna dertig jaar onderzoekt prof. dr. Peter Meerlo hoe slaap het brein beïnvloedt en waarom dit dagelijkse ritueel zo essentieel én kwetsbaar is. Na zijn promotie in Groningen en een postdocperiode in de Verenigde Staten bouwde hij een onderzoekslijn op die inmiddels twee sporen omvat: fundamentele biologie en evolutieonderzoek enerzijds, en samenwerking met de kliniek anderzijds.

Het huidige Groningse Meerlo Lab werkt in een platte structuur waarin iedere onderzoeker een eigen groep aanstuurt. Meerlo begeleidt drie promovendi rechtstreeks en co-superviseert verschillende anderen, onder andere met collega’s Robbert Havekes en Roelof Hut. De omvang van het team verandert mee met de projecten die lopen, maar de rode draad is altijd de combinatie van fundamentele nieuwsgierigheid en klinische relevantie.

1. Wat onderzoek je in grote lijnen in je lab?

“Als ik mijn onderzoek moet uitleggen op een verjaardag, dan zie ik het eigenlijk altijd als twee parallelle lijnen. De eerste lijn gaat over de functionele aspecten van slaap: waarom slaap belangrijk is, hoe het ontstaan is en wat slaap doet in lichaam en brein. De tweede lijn is de andere kant van dezelfde medaille: als slaap zó belangrijk is, wat gebeurt er dan wanneer die slaap verstoord raakt? Die twee lijnen lopen voortdurend in elkaar over.”

2. Wat onderzoek je aan die functionele kant van slaap?

“In die lijn kijk ik naar de oorsprong en functie van slaap. De laatste jaren zijn er veel vergelijkende studies verschenen bij verschillende zoogdieren en vogels en die laten iets heel interessants zien: wij denken vaak dat slaap een vast, strak gereguleerd systeem is — acht uur per nacht, vaste tijden. Maar in de natuur is de variatie enorm.”

3. Wat voor variatie zie je dan in die dieren?

“Bij dieren zie je dat slaap zich ongelofelijk kan aanpassen aan omstandigheden. Sommige vogels, zoals brandganzen slapen tijdens de trek dagenlang bijna niet, terwijl ze goed blijven functioneren. Zelfs binnen één soort zie je verschillen afhankelijk van seizoen, maanfase, omgeving of temperatuur. Dat fascineert me mateloos, vooral als je bedenkt dat slaap gezien wordt als een proces dat cruciaal is voor optimaal functioneren en gezondheid.”

4. Hoe sluit die evolutiebiologische lijn aan bij je onderzoek naar slaapverstoring?

“Die verbinding is heel logisch. Als je weet dat slaap belangrijk is voor hersenplasticiteit, voor het onderhouden van verbindingen tussen zenuwcellen en het verwerken van informatie, dan wil je ook weten wat er gebeurt wanneer je die processen verstoort. Dan zie je dat de communicatie tussen hersencellen en hersengebieden minder goed verloopt. Met mijn collega Robbert Havekes onderzoek ik al jarenlang wat de impact daarvan is op leren en geheugen. Verstoring van slaap kan de verwerking en opslag van informatie in ons brein verstoren en leiden tot een verminderd geheugen. Ook kan een verstoorde slaap bijdragen aan stemmingsstoornissen en andere psychiatrische problemen.”

5. Zie je dat verstoorde slaap vooraf kan gaan aan een depressie?

“Ja, daar zijn veel aanwijzingen voor. Mensen met chronische insomnia die nog niet depressief zijn, hebben een twee tot vier keer grotere kans om later een depressie te ontwikkelen. Bij mensen is causaliteit bijna niet vast te stellen, maar in diermodellen kan dat wel. Daar kun je slaap gecontroleerd verstoren en precies volgen wat er in het brein gebeurt.”

6. Waarom zijn diermodellen nog meer zo belangrijk voor jouw onderzoek?

“Er zijn vragen die je bij mensen simpelweg niet kunt beantwoorden. Je kunt niet in detail volgen wat er tijdens slaap en slaapverstoring in het brein gebeurt. Met diermodellen kan dat wél. Je kunt zien welke verbindingen veranderen, welke processen stagneren en hoe dat samenhangt met gedrag en hormonen. En je kunt experimenten herhalen, waardoor je echt kunt aantonen wat oorzaak en gevolg is.”

7. 

   Met welke dieren werk je?

“Met verschillende soorten. Met muizen en ratten – waaronder een rattenlijn die geselecteerd is op depressieachtig gedrag. We werken ook met ganzen, spreeuwen, kauwen en toepaja’s, dat zijn kleine dagactieve zoogdieren uit Zuidoost-Azië. Die toepaja’s zijn bijzonder, omdat je voor onderzoek naar licht en hersenfuncties eigenlijk een dagactieve soort nodig hebt. Via een lab in Duitsland heb ik een deel van hun kolonie hierheen gehaald.”

8. Waarom is die dagactiviteit van dieren belangrijk?

“Omdat veel circadiane en klinische vragen relevant zijn voor mensen – en wij slapen ‘s nachts en zijn overdag actief. Dan is het eigenlijk vreemd om alleen maar nachtdieren te gebruiken, zoals ratten en muizen, voor onderzoek naar bijvoorbeeld licht of hersenfuncties. Licht(vervuiling) en slaap is op dit moment echt een hot topic. Dan klopt het model gewoon minder goed als je met nachtdieren werkt; daarvoor heb je juist een dagactieve soort nodig.”

9. Hoe zien experimenten er bij jullie uit?

“We meten van alles: sensoren voor activiteit en temperatuur, EEG elektrodes voor het meten van hersenactiviteit, slaaparchitectuur en verschillende slaapstadia. Soms verstoren we de slaap elke dag een beetje, soms meten we natuurlijke invloeden van seizoen of volgen we dieren in extreme omstandigheden zoals vogels tijdens trek. Dat geeft een uniek venster op hoe flexibel slaap is én hoe kwetsbaar het brein wordt wanneer slaap langdurig onder druk staat.”

10. Je werkt ook nauw samen met psychiaters. Wat levert dat op?

“Dat is een heel waardevolle samenwerking. Twee promovendi werken bijvoorbeeld deels bij de psychiatrie en deels in mijn lab. Ze kijken onder andere in een patiëntenpopulatie naar de relatie tussen insomnie en depressie, en hoe dat samenhangt met bepaalde factoren die in het bloed te meten zijn, zoals BDNF. In mijn lab kunnen we met diermodellen vervolgens testen wat de onderliggende mechanismen zijn en hoe die processen causaal in elkaar zitten. Die kruisbestuiving verbreedt ons onderzoek enorm. We stellen fundamentele vragen, maar altijd met een oog op klinische relevantie. En omgekeerd komen er vanuit de kliniek vragen waarvan wij denken: dat kunnen we in een diermodel misschien precies uitzoeken.”

11. Wat vind je zelf het mooist aan dit brede onderzoeksprogramma?

“Dat is lastig kiezen. De variatie die je in vogels ziet – vooral tijdens de trek – blijft me verbazen. Wij kunnen zelf zo slecht tegen slaaptekort, terwijl sommige soorten daar nauwelijks last van hebben. Maar het onderzoek naar de rol van slaap bij geheugenprocessen en het onderzoek dat uiteindelijk richting psychiatrie nieuwe inzichten kan opleveren, vind ik even belangrijk. Voor mij zijn het echt twee kanten van dezelfde medaille. Een medaille die met de jaren alleen maar mooier wordt – iedere dag levert weer nieuwe inzichten en gesprekken op. “

Meer lezen?

Meer lezen over het onderzoek van Peter Meerlo? Lees ook: Het Meerlo Lab (Artikel 2): Kan ketamine de slaap én depressie verbeteren?

Geschreven door Susanne de Joode, medisch journalist, in opdracht van de NSWO.

 

 

 

 

Referenties:

Bolsius YG, Heckman PRA, Paraciani C, Wilhelm S, Raven F, Meijer EL, Kas MJH, Ramirez S, Meerlo P, Havekes R. Recovering object-location memories after sleep deprivation-induced amnesia. Current Biology 33: 298-308, 2023. doi: 10.1016/j.cub.2022.12.006.

Coolen A, Plassman K, Barf P, Fuchs E, Meerlo P. Telemetric study of sleep architecture and sleep homeostasis in the day-active tree shrew Tupaia belangeri. Sleep 35: 879-888, 2012. doi: 10.5665/sleep.1894.

Hagewoud R, Havekes R, Tiba P, Novati A, Hogenelst K, Weinreder P, Van der Zee EA, Meerlo P. Coping with sleep deprivation: shifts in regional brain activity and learning strategy. Sleep 33: 1465-1473, 2010.

Kamphuis J, Meerlo P, Koolhaas JM, Lancel M. Poor sleep as a potential causal factor in aggression and violence. Sleep Medicine 13: 327-334, 2012. doi: 10.1016/j.sleep.2011.12.006.

Kreutzmann JC, Havekes R, Abel T, Meerlo P. Sleep Deprivation and Hippocampal Vulnerability: Changes in Neuronal Plasticity, Neurogenesis and Cognitive Function. Neuroscience, 309: 173-190, 2015. doi: 10.1016/j.neuroscience.2015.04.053.

Meerlo P, Sgoifo A, Suchecki D. Restricted and disrupted sleep: effects on autonomic function, neuroendocrine stress systems and stress responsivity. Sleep Medicine Reviews 12: 197-210, 2008. DOI: 10.1016/j.smrv.2007.07.007

Meerlo P, Mistlberger R, Jacobs BL, Heller C, McGinty D. New neurons in the adult brain: the role of sleep and consequences of sleep loss. Sleep Medicine Reviews 13: 187-194, 2009. doi: 10.1016/j.smrv.2008.07.004.

Meerlo P, Havekes R, Steiger A. Sleep disruption as a causal factor in the development of depression. Current Topics in Behavioral Neuroscience 25: 459-481, 2015. doi: 10.1007/7854_2015_367.

Raven F, Van der Zee EA, Meerlo P, Havekes R. The role of sleep in regulating structural plasticity and synaptic strength: implications for memory and cognitive function. Sleep Medicine Reviews 39: 3-11, 2018.

Raven F, Heckman PRA, Havekes R, Meerlo P. Sleep deprivation-induced impairment of memory consolidation is not mediated by glucocorticoid stress hormones. Journal of Sleep Research 29: e12972, 2020. doi: 10.1111/jsr.12972.

Van Hasselt S, Rusche M, Vyssotski AL, Verhulst S, Rattenborg NC, Meerlo P. Sleep time in the European starling is strongly affected by night length and moon phase. Current Biology 30: 1664-1671, 2020. doi: 10.1016/j.cub.2020.02.052.

Van Hasselt SJ, Mekenkamp GJ, Komdeur J, Vyssotski AL, Piersma T, Rattenborg NC, Meerlo P. Seasonal variation in sleep homeostasis in migratory geese: a rebound of NREM sleep following sleep deprivation in summer but not in winter. SLEEP 44: zsaa244, 2021. doi: 10.1093/sleep/zsaa244.

Van Hasselt SJ, Coscia M, Allocca G, Vyssotski AL, Meerlo P. S Seasonal variation in sleep time: Jackdaws sleep when it is dark, but do they really need it? Journal of Comparative Biology B 194: 335-345, 2024. doi: 10.1007/s00360-023-01517-1

Van Hasselt SJ, Epifani L, Zantinge D, Vitkute K, Kas MJH, Allocca G, Meerlo P. A study on REM sleep homeostasis in the day-active tree shrew (Tupaia belangeri): cold-induced suppression of REM sleep is not followed by a rebound. Biology 12: 614, 2023. doi: 10.3390/biology12040614.