Waarom slapen we? - wetenschappelijke theorieën en conclusie

Een van de 'million dollar questions' uit de moderne biologie en psychologie is de vraag waarom we slaap nodig hebben. De wetenschappelijke gemeenschap heeft nog geen eenduidig antwoord op deze vraag, maar er zijn een aantal gangbare theorieën. Studies naar slaaponthouding en studies naar het slaapgedrag onder verschillende diersoorten zouden een antwoord moeten opleveren. Wat zijn de feiten en welke conclusies kunnen eruit getrokken worden? Waarom zijn resultaten van verschillende studies zo tegenstrijdig? Is slaap überhaupt wel nodig?

Wat is slaap?

Slaap is een toestand van volledige rust van lichaam en geest. Elk mens slaapt, gemiddeld zo’n zeven uur per dag. De reden dat we slapen is echter een groot mysterie. De wetenschap is er anno 2016 nog niet over uit. Waarom slapen we?

Hoe wordt slaap gemeten?

Het elektrisch potentiaal van de hersenen is een maatstaf voor de hersenactiviteit. Dit potentiaal kan gemeten worden door gebruik van elektro-encefalografie (EEG), waarbij elektroden op de hoofdhuid geplaatst worden. Het blijkt dat het EEG van een slapend persoon een specifiek patroon volgt. Door het patroon te bestuderen kan bepaald worden of een persoon slaapt en in welk stadium van de slaap de persoon zich bevindt.

Welke stadia zijn er van slaap?

Er zijn vier stadia van slaap. Tijdens de slaap rouleer je van stadium 1 tot stadium 4 en weer terug. Echter, naar mate de nacht vordert, spendeer je steeds meer tijd in stadium 1 en minder tijd in stadium 4. Stadium 1 wordt gekenmerkt door het snel op en neer bewegen van de ogen (rapid eye movement, REM), dit stadium wordt daarom ook wel REM-slaap genoemd. De REM-slaap wordt gekenmerkt door een actieve EEG, alsof de persoon wakker is, maar de spieren zijn verslapt. Stadium 3 en 4 worden ook wel de slow wave sleep (SWS) genoemd en de persoon is in deze stadia in de diepste slaap en is moeilijker wakker te krijgen dan in stadia 1 en 2.

Theorieën van slaap

De verschillende gangbare theorieën die wetenschappers hebben over de functie van slaap, kunnen over twee groepen worden verdeeld: recuperatietheorieën en adaptatietheorieën.

Recuperatietheorieën van slaap

De theorieën in de groep van recuperatietheorieën stellen dat wakker zijn de homeostase van het lichaam verstoort. Slaap zou nodig zijn om de homeostase weer te herstellen. Verschillende theorieën geven verschillende zaken als trigger voor de slaap. Vaak wordt bijvoorbeeld gedacht dat slaap de energieniveaus in het lichaam, die overdag uit hun balans gehaald worden, herstelt.

Adaptatietheorieën van slaap

Slaap zou het resultaat zijn van een ingebouwde klok die er voor zorgt dat we ’s nachts slapen om ons te beschermen tegen ongelukken en roofdieren. Volgens de adaptatietheorieën hebben we slaap niet nodig om gezond te blijven maar is het een sterk ingebouwd mechanisme zoals de drang tot voortplanting dat zich tijdens de evolutie ontwikkeld heeft. Sommige wetenschappers denken dat we zijn gaan slapen omdat onze hersenen de informatie die we overdag binnenkrijgen niet kunnen verwerken en dat dit tijdens de slaap gebeurt.

Leren en geheugen

Een alternatieve theorie is dat leren en geheugen een functie is van slapen. REM-slaap zou zorgen voor het niet-declaratief of impliciet geheugen, slow wave sleep voor declaratief of expliciet geheugen. Dromen zouden hierbij een belangrijke rol spelen en voorkomen tijdens de REM-slaap.

Conclusies uit studies naar het slaapgedrag bij dieren

Om te onderzoeken welke theorie van slaap juist is, kan gekeken worden naar het slaapgedrag bij andere diersoorten. Recuperatietheorieën voorspellen dat er een verband zou zijn tussen het aantal uren slaap en de energiebesteding of cognitieve ontwikkeling van het dier. Adaptatietheorieën voorspellen dat slaap voorkomt bij dieren die er een evolutionair voordeel aan beleven.

Alle dieren slapen

Alle vogels en zoogdieren die onderzocht zijn, slapen ook, hoewel er veel variatie zit in de tijd die ze eraan besteden. Bovendien komen de opgenomen EEG's bij slapende zoogdieren en vogels overeen met die van mensen. Bij insecten, vissen, reptielen en amfibieën is dit minder duidelijk, maar deze soorten zijn ook veel moeilijker te bestuderen. Vergelijkingen tussen het slaapgedrag van verschillende diersoorten hebben een aantal belangrijke conclusies opgeleverd:

Ten eerste wekt het feit dat alle zoogdieren en vogels slapen de suggestie dat er een belangrijke fysiologische functie moet zijn anders dan enkel het beschermen voor ongelukken en het besparen van energie. Dit omdat sommige dieren tijdens de slaap juist een hogere kans hebben om door roofdieren gepakt te worden (zoals antilopen) of complexe mechanismen ontwikkeld hebben om te kunnen slapen (zoals dolfijnen, die met één hersenhelft tegelijk slapen zodat ze in staat blijven om te ademen en niet verdrinken.).

Aangezien alle zoogdieren en vogels slapen kan ook niet gezegd worden dat slaap een voor hoogontwikkelde soorten gereserveerde functie is om ons hyperactieve brein rust te geven of om een soort emotionele release te geven. Het feit dat er veel verschil zit tussen het aantal uren dat verschillende soorten aan slaap besteden, wekt de suggestie dat slaap niet in een groot aantal uren per dag nodig is. Veel dieren slapen bijvoorbeeld minder als er schaarste aan voedsel is of in periodes van migratie.

Er is geen direct verband tussen aantal uren slaap en energiebehoefte

Er is vaak gezocht naar een reden voor het verschil in aantal uren slaap tussen soorten. Vaak is er gekeken naar correlaties op het gebied van energiebehoefte. Er is echter geen verband gevonden tussen uren slaap en activiteit, grootte of lichaamstemperatuur. Energiebesteding gedurende de dag heeft ook binnen de meeste soorten geen effect op het benodigde aantal uren slaap. Echter is er wel een verband tussen slaaptijd en kwetsbaarheid van het dier tijdens de slaap. Zebra's en gazelles slapen maar 2/3 uur per dag. Deze dieren zijn kwetsbaar voor roofdieren en moeten de gehele dag grazen om genoeg eten binnen te krijgen. Daarentegen kan een leeuw 2/3 volle dagen slapen nadat hij een prooi gevangen heeft.

In conclusie kan gezegd worden dat de observaties in de dierenwereld de aannames van beide theorieën niet kunnen bevestigen of dat ze deze zelfs tegenspreken. Echter geeft het feit dat er slaapgedrag bij alle diersoorten wordt waargenomen wel aan dat er een belangrijke functie van slaap moet zijn. Periodes van slaap worden namelijk zelfs waargenomen bij diersoorten waarvan men in de eerste instantie niet zou zeggen dat deze een voordeel hebben tijdens periodes van slaap.

Conclusies uit studies naar slaaponthouding

Een andere methode die toegepast is in een poging het mysterie van slaap te ontrafelen, is het kijken naar de nadelige effecten van niet slapen.

Stress

Er wordt over het algemeen aangenomen dat weinig of niet slapen slecht is voor de gezondheid. Echter zijn veel studies die dit aangetoond hebben controversieel omdat er niet gecorrigeerd wordt voor de stress die deelname aan een slaaponthoudingsstudie oplevert. Bovendien kan een negatieve correlatie tussen weinig slapen en gezondheid verklaard worden doordat mensen die minder slapen een meer stressvol leven leiden dan mensen die genoeg slapen. Stress heeft veel nadelige effecten op de gezondheid.

De carousel apparatus is een apparaat om ratten wakker te houden en is in veel studies gebruikt. De raten sterven meestal na 12 dagen. Mogelijk komt het hier eerder door de stress van het constant wakker gemaakt worden dan door niet slapen.

Voorspellingen op basis van de theorieën

Recuperatietheorieën van slaap voorspellen de volgende uitkomsten van studies naar slaaponthouding:

1. Lange periodes van wakker zijn zullen leiden tot fysiologische problemen en veranderingen in gedrag.
2. Deze verstoringen zullen erger worden naarmate de slaaponthouding langer doorgezet wordt.
3. Na een periode van slaaponthouding zal veel van de gemiste slaap weer ingehaald worden.

Conclusies uit de onderzoeken

Er zijn drie belangrijke conclusie die door de meeste studies naar slaaponthouding consistent getrokken worden:

1. Deelnemers zijn meer slaperig.
2. De emotionele gesteldheid van de deelnemers wordt meer negatief beoordeeld.
3. Deelnemers presteren slechter tijdens alertheidstesten.

Een aantal conclusies zijn minder consistent over verschillende onderzoeken of minder voorspelbaar aan de hand van de theorieën:

• De negatieve effecten van slaaponthouding op cognitieve functies als kritisch denken en logisch beredeneren zijn miniem. De grootste effecten zijn op uitvoerende functies. (pre-frontale cortex)
• De effecten op fysieke prestaties zijn erg inconsistent. Er worden wat veranderingen genoemd in diverse hormonale en metabole systemen maar er is weinig bewijs dat deze veranderingen van negatieve invloed zijn op de gezondheid.
• Na een paar dagen worden vaak microsleeps waargenomen (periodes van slaap die 2 of 3 seconden duren), deze verklaren het minder functioneren op alertheidstests.
• Ook is er niet veel slaap nodig om deze negatieve effecten te resetten. Gemiste slaap hoeft niet later ingehaald te worden.

REM-slaaponthouding

Onthouding van REM-slaap heeft twee consistente effecten:

1. Na de periode van onthouding volgt een REM-rebound; mensen hebben meer REM-slaap in de eerste paar nachten na het experiment
2. Na elke nacht van onthouding komt REM-slaap vaker tot stand.

Dit betekent dat het aantal uur REM-slaap gereguleerd wordt ongeacht het aantal uur slow wave sleep. De default-theorie, die op deze bevindingen gebaseerd is, geeft aan dat REM-slaap gelijkend is aan wakker zijn maar dat REM-slaap de voorkeur heeft. In een onderzoek waar deelnemers in plaats van REM-slaap 15 minuten wakker waren voelden de deelnemers zich overdag niet meer moe dan een controle groep en was er geen REM-rebound. Bovendien hebben mensen die korter slapen meer efficiëntie in hun slaappatroon, dus meer en langere slow wave stages.