Informatie

Hoe worden onze zintuigen gedimd tijdens de slaap?


Onze zintuigen zijn tijdens de slaap niet zo gevoelig als bij het wakker worden. Er is een opwindingsdrempel tijdens de slaap die alleen wanneer deze wordt overwonnen, iemand wakker zal maken. Mijn vraag is hoe wordt deze opwindingsdrempel verlaagd naarmate de slaap vordert? En hoe het tijdens de laatste stadia van de slaap weer wordt opgewekt?


'S Nachts treden er verschillende veranderingen op in het lichaam door afwezigheid van zonlicht en andere veranderingen in de omgeving. De biologische klok in het lichaam vervult een bepaalde functie in een gezond lichaam wanneer er veranderingen worden waargenomen.

Er zijn veel receptoren in ons lichaam die zich op het celmembraan bevinden. Ze zijn opgebouwd uit eiwitten en hun functie is het ontvangen van informatie van neurotransmitters. Deze informatie wordt naar een specifiek deel van de hersenen gestuurd. Als we sensorische informatie nemen, is het de pariëtale kwab. Deze kwab ontvangt de sensorische informatie van het hele lichaam en reageert erop wanneer het lichaam actief is. Tijdens de slaap worden de zintuigen die door de thalamus gaan, uitgeschakeld door poorten in de Nucleus Reticularis Thalami (NRT) of in de Thalamus zelf. GABAerge remming van de thalamus, hoogstwaarschijnlijk afkomstig van de NRT, is waarschijnlijk een deel van de reden dat zintuiglijke prikkels niet doordringen tijdens de slaap.

Dit wordt ook beïnvloed door de afgifte van hormonen in het lichaam, waarvan het niveau wanneer het in het bloed stijgt, bepaalde veranderingen in de concentratie in sommige regio's veroorzaakt, zoals receptoren die tijdelijk worden geblokkeerd en stoppen met het signaleren van de hersenen. Er is een onderzoek naar hoe spieren zich ontspannen als we slapen, je kunt hier vinden Spierslaap. Dus het is allemaal de taak van de neurotransmitters bij de receptoren die ervoor zorgen dat signalen niet naar de hersenen gaan, maar intern in de hersenen zal het actief zijn bij het controleren van andere routinematige werkzaamheden die het moet doen als we slapen.

Het belangrijkste om hier op te merken zijn de 5 verschillende stadia van slaap, zoals niet-REM- en REM-slaap. Tijdens die stadia vinden er verschillende veranderingen plaats in het lichaam. De onderstaande website geeft een uitstekend inzicht in de verschillende veranderingen die plaatsvinden in het lichaam wanneer het lichaam 's nachts rust neemt.

Zie "Wat gebeurt er met je lichaam terwijl je slaapt".


Als je wakker bent; zowel de gewaarwordingen om je heen als je mentale wil, houden je geest actief. Hoe de lucht ruikt en wat er moet gebeuren, dragen allemaal bij aan je dag. Om te kunnen slapen, moeten je hersenen deze receptoren aanzienlijk verzwakken, maar niet genoeg dat als we iets te hard of onbekends horen (zoals een roofdier), we die grenzen overlappen die ons uitrusten en wakker houden. Nu heb ik het natuurlijk over midden in de nacht. Als de ochtend aanbreekt, neemt de hoeveelheid prikkels af die nodig is om de muur van slaap te overwinnen, waardoor we wakker kunnen worden door iets als het kraaien van een haan.


Een andere aanwijzing zijn slaapspindels, nauw verwant aan de RTN zoals eerder vermeld. In principe komt de thalamus in een staat van hoogfrequent vuren naar een laagfrequente synchrone, waarbij de cortex meegaat. Slaapspindels zijn slow-wave-potentialen zoals zichtbaar op het EEG die de normale stroom van perifere sensorische informatie van thalamus naar cortex blokkeren. In wezen leidt dit tot bewustzijnsverlies omdat men zich niet bewust is van zijn omgeving. Iets soortgelijks doet zich voor tijdens absentie-epileptische aanvallen, waarbij patiënten tijdelijk het bewustzijn verliezen, zoals gekenmerkt door paroxismale slow-wave EEG-activiteit die het hoogfrequente EEG geassocieerd met bewustzijn Kostopaulus (2000) onderbreekt. Ik hoop dat dit helpt.


Blauw licht is misschien niet zo storend voor ons slaappatroon als oorspronkelijk werd gedacht

In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, is blauw licht misschien niet zo storend voor onze slaappatronen als oorspronkelijk werd gedacht - volgens wetenschappers van de Universiteit van Manchester.

Volgens het team kan het gebruik van gedimd, koeler licht 's avonds en helder warmer licht overdag gunstiger zijn voor onze gezondheid.

Twilight is zowel zwakker als blauwer dan daglicht, zeggen ze, en de biologische klok gebruikt beide functies om de juiste tijden te bepalen om te slapen en wakker te zijn.

De huidige technologieën die zijn ontworpen om onze blootstelling aan blauw licht 's avonds te beperken, bijvoorbeeld door de schermkleur op mobiele apparaten te veranderen, kunnen ons daarom gemengde berichten sturen, stellen ze.

Dit komt omdat de kleine veranderingen in helderheid die ze produceren gepaard gaan met kleuren die meer op de dag lijken.

Het onderzoek, dat op muizen werd uitgevoerd, maakte gebruik van speciaal ontworpen verlichting waarmee het team de kleur kon aanpassen zonder de helderheid te veranderen.

Dat toonde aan dat blauwe kleuren een zwakker effect hadden op de lichaamsklok van de muis dan even felle gele kleuren.

De bevindingen, zegt het team, hebben belangrijke implicaties voor het ontwerp van verlichting en visuele displays die bedoeld zijn om gezonde slaappatronen en alertheid te garanderen.

De studie is gepubliceerd in Huidige biologie en gefinancierd door de Biotechnology and Biological Sciences Research Council.

De biologische klok gebruikt een gespecialiseerd lichtgevoelig eiwit in het oog om de helderheid te meten, melanopsine genaamd, dat beter is in het detecteren van fotonen met een kortere golflengte.

Dit is de reden waarom, aldus het team, onderzoekers oorspronkelijk suggereerden dat blauw licht een sterker effect zou kunnen hebben.

Onze perceptie van kleur komt echter van de kegelcellen van het netvlies en het nieuwe onderzoek toont aan dat de blauwe kleursignalen die ze leveren de impact op het licht op de klok verminderen.

Dr. Tim Brown, van de Universiteit van Manchester, zei: "We laten zien dat de algemene opvatting dat blauw licht het sterkste effect heeft op de klok, in feite misleidend is, de blauwe kleuren die worden geassocieerd met schemering hebben een zwakker effect dan wit of geel licht. van gelijkwaardige helderheid.

"Er is veel interesse in het veranderen van de impact van licht op de klok door de helderheidssignalen die worden gedetecteerd door melanopsine aan te passen, maar de huidige benaderingen doen dit meestal door de verhouding van licht met korte en lange golflengte te veranderen. Dit levert een klein verschil in helderheid op ten koste van waarneembare kleurveranderingen."

Hij voegde eraan toe: "We beweren dat dit niet de beste aanpak is, omdat de kleurveranderingen de voordelen kunnen tegenwerken die worden verkregen door het verminderen van de helderheidssignalen die worden gedetecteerd door melanopsine.

"Onze bevindingen suggereren dat het nuttiger kan zijn om 's avonds gedimd, koeler licht te gebruiken en overdag helder warmer licht.

"Onderzoek heeft al aangetoond dat het afstemmen van onze biologische klok op onze sociale en werkschema's goed kan zijn voor onze gezondheid. Het op de juiste manier gebruiken van kleur zou een manier kunnen zijn om ons te helpen dat beter te bereiken."


De overgang naar gas- en daarna elektrische verlichting maakte het werken in ploegendienst ook gemakkelijker: fabrieksarbeiders hoefden niet meer te zwoegen bij zwak kaarslicht. 'S Nachts werken betekent wakker zijn, actief zijn en eten tijdens de biologische nacht - en dan proberen te slapen als het lichaam in de dagmodus is. Mensen die nachtdiensten draaien, verliezen naar schatting één tot vier uur slaap per dag, wat op korte termijn effecten heeft op emotionele stabiliteit, geheugen, redeneren, reactiesnelheid en hand-oogcoördinatie. Chronisch slaaptekort gaat ook vooraf aan het begin van de ziekte van Alzheimer, kanker en verschillende psychiatrische aandoeningen, en wordt ook in verband gebracht met hartaandoeningen, obesitas en diabetes. Soortgelijke verbanden zijn gelegd met verstoorde circadiane ritmes, een ander gevolg van ploegenarbeid. Als je eet en actief bent tijdens de biologische nacht, raken de circadiane klokken in je verschillende organen en weefsels gedesynchroniseerd, wat betekent dat ze niet langer zo efficiënt werken.

British Summer Time werd geïntroduceerd in 1916. De hoop was dat het verlengde avondlicht deelname aan openluchtrecreatie zou aanmoedigen, militaire training zou vergemakkelijken en het industriële energieverbruik zou verminderen. Er is echter een belangrijk nadeel: door de klokken elk voorjaar vooruit en elk najaar achteruit te zetten, dwingen we een verandering in de timing van onze biologische klokken af. In de VS, die ook de tijdregistratie per seizoen aanpast, suggereerde een onderzoek onder middelbare scholieren - een populatie die al slaapgebrek heeft - dat hun slaap met 32 ​​minuten per nacht werd beknot in de week na de lenteklok, hun reactiesnelheid en waakzaamheid ook tijdelijk verminderd. Bij volwassenen is de overgang naar de zomertijd in verband gebracht met een toename van 6% in "cyberloafing" - het besteden van iemands werktijd op niet-werkgerelateerde websites - op de maandag na de klokwisseling. Vanuit gezondheidsperspectief zijn de klokwisselingen gekoppeld aan een verhoogd risico op hartaanvallen, beroertes, zelfmoordpogingen en psychiatrische opnames.


5 geweldige dingen die je hersenen doen terwijl je slaapt

We brengen een derde van ons leven slapend door, een activiteit die even cruciaal is voor onze gezondheid en welzijn als eten. Maar precies waarom we hebben slaap nodig is niet altijd duidelijk geweest. We weten dat slaap ons energieker maakt en ons humeur verbetert, maar wat gebeurt er echt in de hersenen en het lichaam als we in rust zijn?

Onderzoek heeft een aantal redenen geïdentificeerd waarom slaap cruciaal is voor onze gezondheid. Als we slapen, zijn de hersenen allesbehalve inactief. In feite vuren neuronen in de hersenen tijdens de slaap bijna net zoveel als tijdens de wakkere uren - dus het zou geen verrassing moeten zijn dat wat er tijdens onze rusturen gebeurt, uiterst belangrijk is voor een aantal hersen- en cognitieve functies.

Hier zijn vijf ongelooflijke dingen die je hersenen doen terwijl je slaapt - en een goede reden om vanavond wat shuteye te nemen:

Neemt beslissingen.

De hersenen kunnen informatie verwerken en zich voorbereiden op acties tijdens de slaap, waardoor ze effectief beslissingen nemen terwijl ze onbewust zijn, heeft nieuw onderzoek gevonden.

Een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology ontdekte dat de hersenen complexe stimuli tijdens de slaap verwerken en deze informatie gebruiken om beslissingen te nemen terwijl ze wakker zijn. De onderzoekers vroegen de deelnemers om gesproken woorden te categoriseren die waren onderverdeeld in verschillende categorieën - woorden die verwijzen naar dieren of objecten en echte woorden versus nepwoorden - en vroegen om de categorie van het woord dat ze hoorden aan te geven door op de rechter- of linkerknop te drukken. Toen de taak automatisch werd, werd de proefpersonen gevraagd om door te gaan, maar ze vertelden ook dat ze in slaap konden vallen (ze lagen in een donkere kamer). Toen de proefpersonen sliepen, begonnen de onderzoekers nieuwe woorden uit dezelfde categorieën te introduceren. Hersenmonitoringapparatuur toonde aan dat zelfs wanneer de proefpersonen sliepen, hun hersenen de motorische functie bleven voorbereiden om rechter- en linkerreacties te creëren op basis van de betekenis van de woorden die ze hoorden.

Toen de deelnemers wakker werden, konden ze zich echter niets herinneren van de woorden die ze hoorden.

"Ze verwerkten niet alleen complexe informatie terwijl ze volledig sliepen, maar deden het ook onbewust", schrijven onderzoekers Thomas Andrillon en Sid Kouider in de Washington Post. "Ons werk werpt nieuw licht op het vermogen van de hersenen om informatie te verwerken tijdens de slaap, maar ook als ze bewusteloos zijn."

Creëert en consolideert herinneringen.

Terwijl je slaapt, zijn de hersenen bezig met het vormen van nieuwe herinneringen, het consolideren van oudere en het koppelen van recentere herinneringen aan eerdere herinneringen, zowel tijdens de REM- als niet-REM-slaap. Gebrek aan rust kan een aanzienlijke invloed hebben op de hippocampus, een deel van de hersenen dat betrokken is bij het creëren en consolideren van geheugen.

Om deze reden speelt slaap een zeer belangrijke rol bij het leren - het helpt ons om de nieuwe informatie die we opnemen vast te leggen, zodat we het later beter kunnen onthouden.

"We hebben geleerd dat slapen voordat je leert je hersenen voorbereiden op de eerste vorming van herinneringen", vertelt Dr. Matthew Walker, een slaaponderzoeker van de University of California, Berkeley, aan de National Institutes of Health. "En dan is slapen na het leren essentieel om die nieuwe informatie op te slaan en vast te leggen in de architectuur van de hersenen, wat betekent dat je het minder snel vergeet."

Denk twee keer na voordat je een hele nacht doorbrengt om te studeren voor je volgende examen: als je niet slaapt, kan je vermogen om nieuwe informatie te leren tot 40 procent afnemen, schat Walker.

Maakt creatieve verbindingen.

Slaap kan een krachtige creativiteitsbooster zijn, omdat de geest in een onbewuste rusttoestand verrassende nieuwe verbindingen kan maken die hij misschien niet zou hebben gemaakt in een wakende toestand.

Een studie van de University of California in Berkeley uit 2007 wees uit dat slaap 'externe medewerkers' of ongebruikelijke verbindingen in de hersenen kan bevorderen - wat kan leiden tot een groot 'a-ha'-moment bij het ontwaken. Bij het ontwaken uit de slaap hebben mensen 33 procent meer kans om verbanden te leggen tussen schijnbaar verre verwante ideeën.

Ruimt gifstoffen op.

Uit een reeks onderzoeken uit 2013 bleek dat een belangrijke functie van slaap kan zijn om de hersenen de kans te geven een beetje te huishouden.

Onderzoekers van de Universiteit van Rochester ontdekten dat de hersenen van muizen tijdens de slaap schadelijke moleculen opruimen die verband houden met neurodegeneratie. De ruimte tussen hersencellen nam zelfs toe terwijl de muizen bewusteloos waren, waardoor de hersenen de giftige moleculen konden wegspoelen die zich tijdens de wakkere uren hadden opgebouwd.

Als we niet genoeg slapen, hebben onze hersenen niet voldoende tijd om gifstoffen op te ruimen, wat mogelijk het effect zou kunnen hebben van het versnellen van neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson en Alzheimer.

Leert en onthoudt hoe fysieke taken moeten worden uitgevoerd.

De hersenen slaan informatie op in het langetermijngeheugen via iets dat bekend staat als slaapspindels, korte uitbarstingen van hersengolven met sterke frequenties die optreden tijdens de REM-slaap.

Dit proces kan met name handig zijn voor het opslaan van informatie met betrekking tot motorische taken, zoals autorijden, een tennisracket zwaaien of een nieuwe dansbeweging oefenen, zodat deze taken automatisch worden. Wat er tijdens de REM-slaap gebeurt, is dat de hersenen kortetermijnherinneringen die in de motorische cortex zijn opgeslagen, overbrengen naar de temporale kwab, waar ze langetermijnherinneringen worden.

"Oefening tijdens de slaap is essentieel voor latere prestaties", vertelde James B. Maas, een slaapwetenschapper aan de Cornell University, aan de American Psychological Association. "Als je je golfspel wilt verbeteren, slaap dan langer."


Deel 2: Ons slaapgedrag begrijpen

00:00:07.18 Hallo.
00:00:08.18 Ik ben Ying-Hui Fu van de afdeling Neurologie van de Universiteit van Californië, San Francisco.
00:00:17.20 Vandaag ga ik je twee voorbeelden vertellen van de mutaties die we voor mensen hebben gevonden
00:00:25.03 die een gevorderd slaapfasesyndroom hebben.
00:00:29.18 Ik zal je ook laten zien hoe we, door deze mutaties te bestuderen, veel kunnen leren
00:00:35.15 over de moleculaire mechanismen van regulatie van slaapgedrag bij mensen.
00:00:41.02 Voordat ik begin, wil ik u eerst kort herinneren aan de moleculaire kernklok.
00:00:47.15 Voor het zoogdiersysteem zijn er twee belangrijke transcriptiefactoren, CLOCK en BMAL.
00:00:53.01 Ze vormen dimeren en binden aan de promotor van klokcontrolegenen.
00:00:57.22 En PER's en CRY's zijn de best bestudeerde klokcontrolegenen.
00:01:03.11 De eiwitniveaus van PER's en CRY's zijn strak gereguleerd.
00:01:08.00 En de PER wordt gereguleerd door caseïnekinase 1-delta.
00:01:13.14 Een ander belangrijk kinase voor circadiane regulatie is de GSK3-bèta.
00:01:19.02 PER's en CRY's kunnen dimeren vormen en dan terugkomen om de transcriptionele activering te onderdrukken
00:01:25.07 van CLOCK en BMAL, waardoor een feedback wordt gevormd. transcriptionele feedbackloop.
00:01:33.24 Het eerste voorbeeld dat ik je wil vertellen is een mutatie die we hebben gevonden voor deze familie die Louis
00:01:40.16 vertelde je in het eerste deel van deze talk.
00:01:44.12 De mutatiedragers in deze familie vertoonden allemaal ongeveer vier uur fasevooruitgang.
00:01:50.09 De mutatie werd gevonden in het gen dat codeert voor caseïnekinase 1 delta.
00:01:55.24 En de mutatie veranderde het aminozuur op 44 van een threonine in alanine.
00:02:03.03 En deze mutatie maakt. de caseïnekinase 1 heeft een verminderde enzymactiviteit.
00:02:08.18 Hier, zoals je kunt zien, waar de grijze balken de normale caseïnekinase 1-activiteit vertegenwoordigen,
00:02:14.22 en de witte balken vertegenwoordigen de mutante caseïnekinase 1-activiteit.
00:02:19.16 Zie je, met vijf verschillende substraten vertoonden de gemuteerde enzymen een verminderde activiteit in vergelijking
00:02:25.22 tot normale enzymen.
00:02:28.06 Nu, voor de muizen die we hebben gegenereerd om deze specifieke menselijke mutatie te dragen, deze muizen
00:02:37.14 hebben een kortere periode dan de controlemuizen.
00:02:41.21 En dit is zoals we verwachtten, omdat we verwachten dat de fase-gevorderde dieren zouden moeten hebben
00:02:47.11 een kortere periode.
00:02:49.00 Als we nu het endogene CK1-delta-gen uit het gemuteerde transgen verwijderen, dan
00:02:56.12 is zelfs nog korter.
00:02:58.21 Interessant, toen we Drosophila maakten met deze specifieke menselijke mutatie, ontdekten we dat wanneer
00:03:07.02 de vliegen dragen gemuteerde menselijke CK1-delta, hun periode is langer.
00:03:13.18 En het is langer dan niet alleen bij de wildtype vliegen, maar ook bij de vliegen die wildtype vliegen
00:03:21.10 menselijk CK1-delta-gen.
00:03:23.13 Dus wat dit ons vertelde is dat, ondanks het feit dat individuele componenten van de moleculaire
00:03:30.25 klok zijn sterk geconserveerd tussen het zoogdiersysteem en Drosophila, het is waarschijnlijk dat er
00:03:38.02 zullen verschillen zijn in het regelmechanisme tussen deze twee verschillende systemen.
00:03:45.05 Een interessante eigenschap voor dit specifieke gezin, zoals Louis al zei, is dat alle...
00:03:53.18 mutatiedragers voor deze familie hebben niet alleen een slaapgedragskenmerk, ze hebben ook allemaal
00:04:00.08 astma en migraine hebben.
00:04:03.08 Dus onze hypothese hiervoor is dat. we weten dat kinasen tot
00:04:10.04 honderden verschillende substraten.
00:04:12.09 Dus als er een mutatie is opgetreden in een kinase, is het mogelijk dat de mutatie invloed kan hebben op
00:04:20.11 meer dan één substraat, dus leiden tot meerdere fenotypes.
00:04:26.02 Nu, omdat CK1-delta erg belangrijk is voor de circadiane regulatie. dus hebben we besloten om
00:04:34.01 voer de proteomische studie uit voor CK1-delta en ook voor CK1-epsilon.
00:04:39.28 En terwijl we deze proteomische studie aan het doen waren, besloten we ook een andere vraag te beantwoorden.
00:04:45.27 Uit eerdere studies hebben mensen aangetoond dat caseïne kinase 1's. hun activiteiten blijven
00:04:53.09 de hele dag hetzelfde.
00:04:56.00 Dus we vroegen ons af, kunnen deze kinasen dan verschillende substraten fosforyleren op verschillende tijdstippen van?
00:05:02.18 de dag, dus als onderdeel van hun normale. regulerende functie?
00:05:08.14 En inderdaad, onze resultaten laten zien dat CK1 delta en CK1 epsilon kunnen fosforyleren
00:05:15.20 verschillende substraten op verschillende tijdstippen van de dag.
00:05:21.04 Nu, uit de proteomische studie, hebben we hier een nieuw gen geïdentificeerd, PHB2 genaamd.
00:05:30:00 En PHB2 speelt ook een belangrijke rol bij de regulering van de circadiane klok.
00:05:35.26 PHB2 kan de expressie van klokcontrolegenen onderdrukken op een manier die onafhankelijk is van BMAL
00:05:44.19 en KLOK.
00:05:46.09 Interessant is dat het eiwitniveau van PHB2 wordt gereguleerd door CK1-epsilon.
00:05:53.15 Maar het messenger-RNA-niveau van PHB2 wordt gereguleerd door CK1-delta.
00:06:01.12 Nu, de tweede mutatie die ik je wil vertellen is voor deze specifieke familie die Louis ook heeft
00:06:09.05 liet je zien.
00:06:10.05 We noemden het verwant 2174.
00:06:12.23 En dit is de allereerste familie die we hebben verzameld.
00:06:16.12 De mutatiedragers in deze familie hebben ook een gedragskenmerk van vier uur faseverloop.
00:06:22.23 Dit is een zeer grote familie, dus we konden deze familie gebruiken en een traditionele
00:06:29.14 menselijke genetische methode om het gen in kaart te brengen in het telomeergebied op de lange arm van chromosoom 2.
00:06:38.28 Vervolgens gebruikten we een standaard positionele kloneringsmethode om de mutatie in de te vinden
00:06:44.23 Periode 2-gen.
00:06:47.11 En het blijkt dat de mutatie werd gevonden in de aminozuurpositie 662, dat verandert
00:06:54.23 van serine naar glycine.
00:06:59.24 Toen we de aminozuursequentie in dit serine 662-gebied onderzochten, ontdekten we dat de
00:07:07.25 aminozuursequentie in deze regio is sterk geconserveerd tussen verschillende PER's
00:07:13.25 van mensen en muizen.
00:07:16.20 Bovendien ontdekten we dat er vier serineresiduen zijn onmiddellijk C-terminaal aan
00:07:24.14 deze serine 662, de eerste serine, hier.
00:07:29.09 En interessant genoeg volgen ze allemaal dit exacte serine-X-X-serine-motief.
00:07:37.20 En serine-X-X-serinemotief is een consensussequentie voor caseïnekinase 1-activiteit.
00:07:45.26 Dus we hebben een reeks biochemische onderzoeken uitgevoerd en wat we hebben gevonden is dat de
00:07:53.11 eerste serine van dit vijf-serinegebied kan worden gefosforyleerd door een priming-kinase.
00:08:01.08 En toen dit gebeurde, kunnen de volgende vier serines worden gefosforyleerd door:
00:08:07.22 caseïne kinase 1 delta.
00:08:11.03 Nu, in het muismodel dat we hebben gemaakt om deze specifieke PER2 serine 662 te dragen voor glycine-mutatie,
00:08:21.27 de gemuteerde transgene muizen hebben een kortere periode dan de wildtype muizen, zoals we verwachtten.
00:08:28.00 En dit is ook in overeenstemming met de menselijke proefpersonen als een kortere periodeduur.
00:08:33.03 Als we nu het endogene PER2-allel van deze muizen verwijderen, wordt de menstruatie
00:08:40.01 nog korter.
00:08:41.21 Interessant, toen we het muismodel genereerden dat de serine verandert in een
00:08:49.13 asparaginezuur om de constitutieve toestand van fosfoserine op deze specifieke plaats na te bootsen,
00:08:58.14 dan hebben de transgene muizen een langere periode dan de wildtype muizen.
00:09:03.07 Nu, nogmaals, als we het endogene PER2-allel van serine naar asparaginezuurmutant verwijderen
00:09:11.03 transgene muizen, hun menstruatie werd langer.
00:09:16.27 Dus wat we hier hebben, is dat met dit vijf-serinegebied de eerste serine is gefosforyleerd
00:09:24.20 door een priming-kinase.
00:09:26.14 En dan fosforyleert CK1 delta de vier extra serines.
00:09:31.00 En als dit gebeurt, dan hebben de dieren een langere periode, wat we maar kunnen bedenken
00:09:36.06 als een langzamere klok, omdat het langer duurt om de cyclus te voltooien.
00:09:41.09 Nu, als de eerste serine is geblokkeerd, kan deze niet worden gefosforyleerd, dus geen van hen
00:09:48.09 zijn gefosforyleerd, dan heeft het dier een kortere periode.
00:09:53.15 En we kunnen dit zien als een snellere klok.
00:09:56.10 Als we nu kijken naar de activiteitsregistratie van onze serine tot glycinemutante transgene muizen,
00:10:04.09 we ontdekten dat vier uur voordat we het licht uitdoen het dier begint te worden
00:10:11.17 actief.
00:10:12.17 De activiteit is ingeschakeld.
00:10:15.16 En vier uur voordat het licht aangaat, begint de activiteit af te nemen.
00:10:21.08 En dit lijkt erg op menselijke proefpersonen met een fasevooruitgang van vier uur.
00:10:25.15 Dit muismodel vat het menselijke fenotype dus heel goed samen.
00:10:32.20 We hebben dus aangetoond dat deze serine-naar-glycine-mutatie het PER2-eiwit zal maken
00:10:41.06 worden gehypofosforyleerd.
00:10:43.20 Maar hoe leidt een gehypofosforyleerd PER2 dan tot een gedragskenmerk in de geavanceerde slaapfase?
00:10:50.24 Wel, er waren drie voor de hand liggende mogelijkheden.
00:10:54.22 Ten eerste kan de mutatie de eiwitstabiliteit van PER beïnvloeden.
00:10:59.21 Ten tweede zal de mutatie de timing of het mechanisme van de nucleaire translocatie van PER2 beïnvloeden.
00:11:06.11 Ten derde kan een mutatie de repressoractiviteit van PER2 beïnvloeden,
00:11:12.09 verandert daarom de transcriptionele regulatie.
00:11:15.17 En we hebben elk van deze mogelijkheden onderzocht.
00:11:19.05 En onze resultaten laten zien dat het belangrijkste effect van deze mutatie het veranderen van PER2's is
00:11:25.23 repressoractiviteit.
00:11:27.10 Hier kun je zien dat het wild-type PER2-boodschapper-RNA, piekte als. hier, deze piek.
00:11:38.07 En het SG PER2-boodschapper-RNA piekte eigenlijk eerder dan het wild-type PER2-boodschapper-RNA.
00:11:46.15 En het SD PER2-boodschapper-RNA piekte later dan het wildtype, in overeenstemming met. Dat
00:11:52.28 SG heeft een kortere menstruatie en een geavanceerd slaapgedrag.
00:11:58.14 Nu, niet alleen dat het SG PER2-boodschapper-RNA lager piekte dan de wildtype PER2-boodschapper
00:12:06.26 en de piek voor SD PER2 is hoger dan de wildtype PER2, en dit geldt niet alleen
00:12:14.24 voor het endogene PER2-messenger-RNA van de muis, ook voor het humaan PER2-transgen-messenger-RNA.
00:12:22.11 Dus wat dit resultaat ons vertelde, is dat de SG PER2 een sterkere repressor is dan het wildtype eiwit,
00:12:30.10 en de SD PER2 is een zwakkere repressor dan het wildtype PER2-eiwit.
00:12:38.14 Dus we wisten dat het PER2-eiwit wordt gereguleerd door caseïnekinase 1-delta, dus we vroegen ons af of
00:12:47.23 zouden we ons muismodel kunnen gebruiken om genetische interactie tussen CK1-delta en PER2 te bestuderen.
00:12:55.18 En deze dia is alleen om u te laten zien dat het kopienummer van CK1-delta dat eigenlijk niet doet
00:13:02.10 beïnvloedt de lengte van de muisperiode.
00:13:05.23 Met de heterozygote CK1 delta knock-out muizen met slechts één kopie van het normale gen en
00:13:15.00 CK1 delta wildtype transgen met 4-5 kopieën van het normale gen, hun menstruatie blijft de
00:13:21.25 hetzelfde met wildtype muizen.
00:13:24.09 Opnieuw voor het serine tot glycine PER2 mutant transgen, is de periode korter dan de
00:13:31.05 wildtype muizen.
00:13:33.08 Maar als we deze SG-mutante transgene muizen kruisen met de CK1-delta heterozygote knock-out muizen,
00:13:41.14 hun menstruatie werd langer.
00:13:43.28 Als we nu de SG-mutante transgene muizen kruisen met het CK1-delta wildtype transgen,
00:13:51.19 toen werd de periode korter.
00:13:54.03 Dus, wat dit resultaat ons vertelde, is dat op PER2-eiwit, naast dit
00:14:03.05 fosforylatieplaats door CK1-delta rond 662, er zijn andere CK1-delta-fosforylatieplaatsen voor PER2.
00:14:12.03 En deze andere sites, wanneer ze gefosforyleerd zijn, kunnen leiden tot een kortere periode.
00:14:18.09 Dus hebben we dit model voorgesteld om al onze gegevens samen uit te leggen.
00:14:24.15 We denken dat PER2 meerdere fosforyleringsplaatsen heeft door caseïnekinase 1-delta.
00:14:30.14 En een van deze sites is rond serine 662.
00:14:33.25 En dan. wanneer deze site wordt gefosforyleerd, kan dit leiden tot een verhoogd PER2-boodschapper-RNA
00:14:41.06 en eiwit, en leiden tot een langere periodeduur.
00:14:45.08 Nu, wanneer deze andere sites worden gefosforyleerd, kan dit leiden tot verhoogde PER2-degradatie,
00:14:52.22 daarom lager PER2-eiwitniveau.
00:14:55.15 Dit leidt dan tot een kortere periode.
00:14:58.03 En onder normale omstandigheden moeten deze verschillende paden een delicaat evenwicht behouden
00:15:03.15 zodat de dieren een stabiele, normale menstruatieduur hebben.
00:15:08.25 Dus al deze resultaten wijzen echt op het belang van PER2-fosforylering in de omgeving
00:15:15.28 de snelheid van de klok.
00:15:18.14 In feite geldt dit niet alleen voor PER2-eiwit, maar ook voor andere klokeiwitten.
00:15:26.19 Dus dit riep een andere vraag op, namelijk of er andere post-translationele modificaties zijn
00:15:34.15 ook belangrijk voor het reguleren van de circadiane klok?
00:15:39.26 Dus, zoals ik je eerder liet zien, hebben we een proteomische studie gedaan voor CK1-delta.
00:15:48.21 En GSK3-bèta is een ander belangrijk kinase voor circadiane regulatie.
00:15:54.24 Dus we hebben ook een proteomische studie gedaan voor GSK3-bèta.
00:16:00.04 In deze proteomische studie hebben we meer dan 400 potentiële GSK3-bètasubstraten gevonden.
00:16:06.24 En deze meer dan 400 eiwitten kunnen in kaart worden gebracht op vele biologische routes, waaronder enkele
00:16:13.07 daarvan zijn eerder getoond en andere zijn nieuwe biologische routes voor GSK3-bèta.
00:16:22.25 Van deze meer dan 400 eiwitten hebben we besloten om een ​​bepaald eiwit op te volgen, namelijk:
00:16:29.18 is O-GlcNAc transferase, of kortweg OGT.
00:16:35.22 OGT en OGA, wat O-GlcNAcase is, zijn verantwoordelijk voor de post-translationele O-GlcNAc
00:16:44.06 modificatie voor eiwitten.
00:16:49.17 Interessant is dat de GSK3-bètafosforylering de activiteit van OGT aanzienlijk kan verhogen,
00:16:58.01 hier, waar de fosforylering door GSK3-bèta de activiteit aanzienlijk verhoogt.
00:17:06.00 Nu vindt O-GlcNAc-modificatie ook plaats op serine en threonine.
00:17:11.10 Dus de eerste vraag die we stelden was, speelt O-GlcNAcylation ook een rol bij het reguleren
00:17:18.17 de circadiane klok?
00:17:21.23 We gebruikten eerst een in vitro systeem om te zien of O-GlcNAcylering de lengte van de circadiane periode kan beïnvloeden.
00:17:31.12 Toen we OGA-remmer aan de cellen toevoegen, ontdekten we dat de periode langer wordt.
00:17:38.21 Als we OGT-remmer aan de cellen toevoegen, wordt de periode korter.
00:17:46.26 We hebben dit ook in vivo bevestigd.
00:17:50.00 Bij OGT-muizen met voorwaardelijke knock-out vonden we dat hun menstruatie korter was dan bij de controlemuizen.
00:17:58.02 Voor de Drosophila, de knockdown van de OGT, is de periode korter.
00:18:05.13 De OGA knockdown, de periode is langer dan de wild-type vlieg.
00:18:10.04 Dus al deze verschillende systemen suggereren dat onder hogere O-GlcNAcyleringsomstandigheden,
00:18:17.15 dit kan leiden tot een langere periode.
00:18:20.10 En het lagere O-GlcNAcyleringsniveau leidt tot een kortere periodeduur.
00:18:28.23 We ontdekten toen dat ten minste twee van de kernklokcomponenten zijn gemodificeerd door O-GlcNAc.
00:18:35.25 CLOCK-eiwit, toen het werd gemodificeerd door het O-GlcNAc, verminderde het feitelijk zijn transcriptie-activiteit.
00:18:43.22 Maar het PER2-eiwit, wanneer het wordt gemodificeerd door O-GlcNAc, verbeterde het zijn
00:18:51.19 repressoractiviteit.
00:18:53.05 Nu, met PER2-luciferase-activiteit als index, zien we dat CLOCK en BMAL de PER2-promotor kunnen aanzetten.
00:19:04.04 In aanwezigheid van OGT wordt de transcriptie-activiteit significant onderdrukt.
00:19:11.07 Nu is wildtype PER2-eiwit een repressor voor CLOCK- en BMAL-activiteit.
00:19:18.16 In aanwezigheid van OGT wordt de repressoractiviteit van de PER2 verder versterkt.
00:19:24.07 Zoals ik je al eerder vertelde, is de PER2 S naar G-mutant een sterkere repressor dan de
00:19:33.26 wildtype eiwit.
00:19:35.19 Toen we echter OGT toevoegen aan de reactie met het gemuteerde PER2-eiwit, had dit geen invloed op
00:19:43.21 de transcriptie-activiteit.
00:19:46.06 Dit gaf ons toen een idee dat O-GlcNAc-modificatie misschien een rol speelt op deze serine 662-site.
00:19:55.09 We gebruikten een kweeksysteem, samen met western blot, om aan te tonen dat wanneer PER2-eiwit
00:20:02.13 is O-GlcNAc gemodificeerd, het blokkeert in feite de fosforylering op de serine 662-plaats.
00:20:09.16 En ook, als de serine 662 van PER2 wordt gefosforyleerd, krijgt het PER2-eiwit geen O-GlcNAc-gemodificeerd
00:20:18.15 evenals het PER2-eiwit dat niet is gefosforyleerd op serine 662.
00:20:24.00 Dus samen suggereren deze resultaten dat er een wisselwerking is tussen O-GlcNAcylation en
00:20:31.10 fosforylering bij PER2 serine 662.
00:20:37.17 We gebruikten ook massaspectrometrie om alle O-GlcNAc-modificatieplaatsen in kaart te brengen,
00:20:44.16 gericht op het serine 662-gebied.
00:20:47.05 En we hebben veel O-GlcNAc-modificatiesites gevonden, hier rood gemarkeerd, inclusief de serine 662,
00:20:55.21 serine 668 en serine 671.
00:21:01.17 Nu zijn OGT en OGA verantwoordelijk voor O-GlcNAc-modificatie van het eiwit.
00:21:09.03 En O-GlcNAcylering is afhankelijk van het substraat, UDP-GlcNAc.
00:21:15.22 UDP-GlcNAc is afgeleid van voedingsstoffen, waaronder glucose, aminozuren en nucleïnezuren, via
00:21:24.26 hexosamine biosynthetische routes.
00:21:27.24 Nu kan O-GlcNAcylation het circadiane ritme reguleren.
00:21:32.13 So, we then wondered, well, can glucose level modulate the circadian clock?
00:21:41.00 So, we did this simple experiment.
00:21:44.11 Here, under low glucose concentration, we found that the serine 662 region of the PER2
00:21:52.25 can be phosphorylated as long as CK1 delta is present, regardless of if OGT or OGA
00:22:00.12 is there or not.
00:22:02.04 However, under high glucose concentration, the phosphorylation in this region is blocked
00:22:10.00 as long as OGT and OGA is there, regardless of if CK1 delta is there or not.
00:22:17.03 In summary, we found that in this serine 662 region there are five serines in a row.
00:22:23.13 When the first serine is phosphorylated by a priming kinase, therefore the four additional
00:22:29.26 serines are phosphorylated by CK1 delta.
00:22:33.07 This then leads to a longer period for the animal.
00:22:38.06 Under high glucose concentration, the O-GlcNAcylation can take over and block the phosphorylation
00:22:44.24 for this region, therefore leading to a shorter period and a faster clock.
00:22:49.28 And we call this "clock sugar rush".
00:22:54.20 So, we have so far collected more than 90 advanced sleep phase families.
00:23:01.13 And we are continuing to use these families to identify genes and mutations responsible
00:23:07.16 for this behavior trait.
00:23:10.02 When we find genes and mutations, we study their protein functions.
00:23:13.27 At the same time, we also generate mouse and fly models
00:23:18.12 to help us understand the molecular mechanism.
00:23:21.25 And with this parallel approach, we hope to gain a better understanding of human circadian
00:23:28.08 and sleep mechanisms.
00:23:30.12 With a better understanding of these regulatory mechanisms, we'll be able to come up with
00:23:35.25 a better therapeutic intervention for sleep-related disorders.
00:23:43.02 I want to acknowledge my long-term collaborators, Louis Ptacek and Chris Jones.
00:23:48.00 And also all the people who contributed to this work.

  • Part 1: Connections between Clock and other Phenotypes

Improve Sleep: Tips to Improve Your Sleep When Times Are Tough

Just like food or water, sleep is a biological necessity for life and health. Research shows that the hours we spend sleeping are incredibly important and far from passive. During sleep, your body is busy fighting off viruses and other pathogens, operating a waste removal system to clean the brain, looking for cancer cells and getting rid of them, repairing injured tissues, and forming vital memories that are essential for learning. Getting enough sleep can improve mental health, mood, and ability to think and make good decisions. It is important for the functioning of our heart and other organs.

Most adults need 7 or more hours of good quality (uninterrupted) sleep each day. Some may need even more.

Adequate high-quality sleep is especially important during stressful times. To help you adapt to quickly evolving demands and changes in your personal and work life during the COVID-19 outbreak, the following evidence-based suggestions can help improve your sleep.

Set aside enough time for sleep.

Give yourself enough time in bed to get the amount of sleep you need to wake up feeling well rested. This varies from person to person, but most healthy adults need 7 or more hours of sleep.

Consistent sleep times improve sleep.

Go to bed and get up at about the same times every day, including days off. Ideally, you should go to bed early enough that you don’t need an alarm to wake up.

Exercise improves sleep.

During the day, get some exercise. Even a 10-minute walk will improve sleep, and more is better. Plan on finishing exercise at least 3 hours before sleep is planned.

Bright light during the daytime helps.

Getting bright light during the daytime strengthens your biological rhythms that promote alertness during work and sleep at the end of your day. So, during the daytime spend 30 minutes or so outside in the sunlight. Getting bright light during the first hours of your day is particularly helpful. Even time spent outside on a cloudy day is better than exclusive exposure to dim indoor light. If you can’t get outside, spend time in a brightly lit indoor area.

Where you sleep matters.

Have a good sleep environment that is very dark, quiet, cool, and comfortable.

  • Make the bedroom very dark, blocking out any lights in the room (especially blue and white lights). Cover the windows with opaque window covering if necessary. Use an eye mask if it’s hard to avoid lights from traffic or streetlamps.
  • Use soft ear plugs if your sleep environment is noisy.
  • Have a comfortably cool room temperature—about 65º to 68º F for most of us—and use covers.
  • Have a comfortable mattress and pillow.
  • Do not let pets or phones disturb your sleep.

Use your sleep space for only two things.

To condition your brain to relax when you go into the bedroom, use it only for sleep and intimacy. Do not watch TV, read, or work in the bedroom.

Prepare for a good night’s sleep about 1.5 hours before bedtime.

Follow a relaxing routine 1.5 hours before bedtime to help your body make the transition from being awake to falling asleep. Consider setting an alarm 1.5 hours before bedtime to start preparing for sleep. Don’t expose your eyes to computer or phone screens. Avoid excitement like watching an action movie or reading upsetting news stories. Brushing your teeth, washing your face, and getting into a pre-sleep routine will help you relax. Transition to dim lighting during this time (for example, don’t use a bright light in the bathroom).

Try relaxation techniques.

  • View tips from the Dartmouth Wellness Center.
  • Taking a warm bath 30 minutes to 2 hours before bedtime can help promote relaxation and optimize body temperature changes that aid in sleep.

Check your intake.

  • Avoid heavy or spicy meals 3 hours before your regular bedtime.
  • Limit liquids several hours before sleep to avoid having to get up to go to the bathroom.
  • Avoid alcohol near bedtime. It may help you fall asleep but can cause sleep disturbances. If you plan to drink alcohol, finish several hours before bedtime.
  • Avoid caffeine, chocolate, and nicotine for 5 or more hours before sleep is planned—more if you are sensitive.

Pay attention to your body’s cues. If you get very sleepy earlier than usual, then by all means, go to bed. This will allow extra time for sleep. Drowsiness is your body’s way of saying that you need sleep. Your body may be fighting off an infection or needing extra sleep to recover from what happened during the day. Researchers theorize that sleep and the immune system work together to fight off viruses and other pathogens. Your body also needs more sleep after experiencing high mental or physical demands.

What if these suggestions don’t work?

It may be wise to get help. Call your doctor if you spend 7 to 9 hours in bed but:

  • You consistently take 30 minutes or more to fall asleep.
  • You consistently awaken several times during sleep or for long periods.
  • You take frequent naps.
  • You often feel sleepy, especially at inappropriate times.

Getting enough good quality sleep significantly improves our health and safety, as well as our ability to perform on the job. As a result, promoting sleep health and an alert workforce is in the interest of managers, workers, and the consumers of the organization’s goods and services. Please share steps your employer has taken that makes it possible for you to use these sleep tips in your daily life.

This is a part of the series of blogs sponsored by NIOSH’s Healthy Work Design and Well-Being Program on issues impacted by the COVID-19 pandemic. Other blogs include:

Claire C Caruso PhD, RN, FAAN, Research Health Scientist

L. Casey Chosewood, MD, MPH, Director, Office for Total Worker Health®


Stages 1-2

As we fall into sleep, our brain stays active and fires into its editing process—deciding which memories to keep and which ones to toss.

The initial transformation happens quickly. The human body does not like to stall between states, lingering in doorways. We prefer to be in one realm or another, awake or asleep. So we turn off the lights and lie in bed and shut our eyes. If our circadian rhythm is pegged to the flow of daylight and dark, and if the pineal gland at the base of our brain is pumping melatonin, signaling it’s nighttime, and if an array of other systems align, our neurons swiftly fall into step.

Neurons, some 86 billion of them, are the cells that form the World Wide Web of the brain, communicating with each other via electrical and chemical signals. When we’re fully awake, neurons form a jostling crowd, a cellular lightning storm. When they fire evenly and rhythmically, expressed on an electroencephalogram, or EEG, by neat rippled lines, it indicates that the brain has turned inward, away from the chaos of waking life. At the same time, our sensory receptors are muffled, and soon we’re asleep.

Scientists call this stage 1, the shallow end of sleep. It lasts maybe five minutes. Then, ascending from deep in the brain, comes a series of electric sparks that zap our cerebral cortex, the pleated gray matter covering the outer layer of the brain, home of language and consciousness. These half-second bursts, called spindles, indicate that we’ve entered stage 2.

Our brains aren’t less active when we sleep, as was long thought, just differently active. Spindles, it’s theorized, stimulate the cortex in such a way as to preserve recently acquired information—and perhaps also to link it to established knowledge in long-term memory. In sleep labs, when people have been introduced to certain new tasks, mental or physical, their spindle frequency increases that night. The more spindles they have, it seems, the better they perform the task the next day.

The strength of one’s nightly spindles, some experts have suggested, might even be a predictor of general intelligence. Sleep literally makes connections you might never have consciously formed, an idea we’ve all intuitively realized. No one says, “I’m going to eat on a problem.” We always sleep on it.

The Japanese term inemuri, or “sleeping while present,” is a distinct form of napping in which a person dozes in a place not meant for sleep, such as the subway—or even at a dinner party or the office. “Since you’re officially not sleeping,” says Brigitte Steger, a Japan specialist at the University of Cambridge in England, “to be socially acceptable you should behave as is appropriate in a certain situation. For example in a meeting, you half pretend to be listening or hide your sleeping head behind paperwork.” If you’re not already known as a slacker, Steger adds, a little inemuri may even enhance your business reputation: It demonstrates that you’re working yourself to exhaustion.

The waking brain is optimized for collecting external stimuli, the sleeping brain for consolidating the information that’s been collected. At night, that is, we switch from recording to editing, a change that can be measured on the molecular scale. We’re not just rotely filing our thoughts—the sleeping brain actively curates which memories to keep and which to toss.

It doesn’t necessarily choose wisely. Sleep reinforces our memory so powerfully—not just in stage 2, where we spend about half our sleeping time, but throughout the looping voyage of the night—that it might be best, for example, if exhausted soldiers returning from harrowing missions did not go directly to bed. To forestall post-traumatic stress disorder, the soldiers should remain awake for six to eight hours, according to neuroscientist Gina Poe at the University of California, Los Angeles. Research by her and others suggests that sleeping soon after a major event, before some of the ordeal is mentally resolved, is more likely to turn the experience into long-term memories.

Stage 2 can last up to 50 minutes during the night’s first 90-minute sleep cycle. (It typically occupies a smaller portion of subsequent cycles.) Spindles can arrive every few seconds for a while, but when these eruptions taper off, our heart rate slows. Our core temperature drops. Any remaining awareness of the external environment disappears. We commence the long dive into stages 3 and 4, the deep parts of sleep.


Brain Chemicals That Cause Sleep Paralysis Discovered

During the most dream-filled phase of sleep, our muscles become paralyzed, preventing the body from acting out what's going on in the brain. Now, researchers have discovered the brain chemicals that keep the body still in sleep.

The findings could be helpful for treating sleep disorders, the scientists report Wednesday (July 18) in The Journal of Neuroscience.

The brain chemicals kick into action during rapid eye movement (REM) sleep, a phase that usually begins about 90 minutes into a night's rest. During REM, the brain is very active, and dreams are at their most intense. But the voluntary muscles of the body &mdash arms, legs, fingers, anything that is under conscious control &mdash are paralyzed.

This paralysis keeps people still even as their brains are acting out fantastical scenarios it's also the reason people sometimes experience sleep paralysis, or the experience of waking up while the muscles are still frozen. This sensation has been the basis for myths such as the succubus and the incubus, demons said to pin people down in their sleep, usually to have sex with them. [Top 10 Spooky Sleep Disorders]

The chemistry of sleep

Exactly how the muscles are paralyzed has been a mystery, however. Early studies pegged a neurotransmitter called glycine as the culprit, but paralysis still occurred even when the receptors that read glycine's presence were blocked, disproving that notion.

So University of Toronto researchers Patricia Brooks and John Peever cast a wider net. They focused on two different nerve receptors in the voluntary muscles, one called metabotropic GABAB and one called ionotropic GABAEEN/glycine. The latter receptor responds to both glycine and a different communication chemical called gamma-aminobutyric acid, or GABA, while the first responds to GABA and not glycine.

The researchers used drugs to "switch off" these receptors in rats and discovered that the only way to prevent sleep paralysis during REM was to shut both types off at the same time. What that means is that glycine alone isn't enough to paralyze the muscles. You need GABA, too.

Treating sleep disorders

Understanding this alphabet soup of neurotransmitters is important for people who have sleep disorders, especially an odd condition called REM behavior disorder. In this disorder, people don't become paralyzed during REM sleep. That means they act out their dreams, talking, thrashing and even punching or hitting in their sleep.

Currently, Clonazepam, an antipsychotic drug, is used to treat REM behavior disorder. The new study could point to new treatments for the problem, sleep researcher Dennis McGinty of the University of California, Los Angeles, who was not involved in the study, said in a statement. The researchers hope that the results could help explain the link between REM behavior disorder and more deadly conditions.

"Understanding the precise mechanism behind these chemicals&rsquo role in REM sleep disorder is particularly important because about 80 percent of people who have it eventually develop a neurodegenerative disease, such as Parkinson&rsquos disease," Peever said. "REM sleep behavior disorder could be an early marker of these diseases, and curing it may help prevent or even stop their development."


Why Do We Dream? A New Theory on How It Protects Our Brains

W hen he was two years old, Ben stopped seeing out of his left eye. His mother took him to the doctor and soon discovered he had retinal cancer in both eyes. After chemotherapy and radiation failed, surgeons removed both his eyes. For Ben, vision was gone forever.

But by the time he was seven years old, he had devised a technique for decoding the world around him: he clicked with his mouth and listened for the returning echoes. This method enabled Ben to determine the locations of open doorways, people, parked cars, garbage cans, and so on. He was echolocating: bouncing his sound waves off objects in the environment and catching the reflections to build a mental model of his surroundings.

Echolocation may sound like an improbable feat for a human, but thousands of blind people have perfected this skill, just like Ben did. The phenomenon has been written about since at least the 1940s, when the word &ldquoecholocation&rdquo was first coined in a Wetenschap article titled &ldquoEcholocation by Blind Men, Bats, and Radar.&rdquo

How could blindness give rise to the stunning ability to understand the surroundings with one&rsquos ears? The answer lies in a gift bestowed on the brain by evolution: tremendous adaptability.

Whenever we learn something new, pick up a new skill, or modify our habits, the physical structure of our brain changes. Neurons, the cells responsible for rapidly processing information in the brain, are interconnected by the thousands&mdashbut like friendships in a community, the connections between them constantly change: strengthening, weakening, and finding new partners. The field of neuroscience calls this phenomenon &ldquobrain plasticity,&rdquo referring to the ability of the brain, like plastic, to assume new shapes and hold them. More recent discoveries in neuroscience suggest that the brain&rsquos brand of flexibility is far more nuanced than holding onto a shape, though. To capture this, we refer to the brain&rsquos plasticity as &ldquolivewiring&rdquo to spotlight how this vast system of 86 billion neurons and 0.2 quadrillion connections rewires itself every moment of your life.

Neuroscience used to think that different parts of the brain were predetermined to perform specific functions. But more recent discoveries have upended the old paradigm. One part of the brain may initially be assigned a specific task for instance, the back of our brain is called the &ldquovisual cortex&rdquo because it usually handles sight. But that territory can be reassigned to a different task. There is nothing special about neurons in the visual cortex: they are simply neurons that happen to be involved in processing shapes or colors in people who have functioning eyes. But in the sightless, these same neurons can rewire themselves to process other types of information.

Mother Nature imbued our brains with flexibility to adapt to circumstances. Just as sharp teeth and fast legs are useful for survival, so is the brain&rsquos ability to reconfigure. The brain&rsquos livewiring allows for learning, memory, and the ability to develop new skills.

In Ben&rsquos case, his brain&rsquos flexible wiring repurposed his visual cortex for processing sound. As a result, Ben had more neurons available to deal with auditory information, and this increased processing power allowed Ben to interpret soundwaves in shocking detail. Ben&rsquos super-hearing demonstrates a more general rule: the more brain territory a particular sense has, the better it performs.

Recent decades have yielded several revelations about livewiring, but perhaps the biggest surprise is its rapidity. Brain circuits reorganize not only in the newly blind, but also in the sighted who have temporary blindness. In one study, sighted participants intensively learned how to read Braille. Half the participants were blindfolded throughout the experience. At the end of the five days, the participants who wore blindfolds could distinguish subtle differences between Braille characters much better than the participants who didn&rsquot wear blindfolds. Even more remarkably, the blindfolded participants showed activation in visual brain regions in response to touch and sound. When activity in the visual cortex was temporarily disrupted, the Braille-reading advantage of the blindfolded participants went away. In other words, the blindfolded participants performed better on the touch-related task because their visual cortex had been recruited to help. After the blindfold was removed, the visual cortex returned to normal within a day, no longer responding to touch and sound.

But such changes don&rsquot have to take five days that just happened to be when the measurement took place. When blindfolded participants are continuously measured, touch-related activity shows up in the visual cortex in about an hour.

What does brain flexibility and rapid cortical takeover have to do with dreaming? Perhaps more than previously thought. Ben clearly benefited from the redistribution of his visual cortex to other senses because he had permanently lost his eyes, but what about the participants in the blindfold experiments? If our loss of a sense is only temporary, then the rapid conquest of brain territory may not be so helpful.

And this, we propose, is why we dream.

In the ceaseless competition for brain territory, the visual system has a unique problem: due to the planet&rsquos rotation, all animals are cast into darkness for an average of 12 out of every 24 hours. (Of course, this refers to the vast majority of evolutionary time, not to our present electrified world.) Our ancestors effectively were unwitting participants in the blindfold experiment, every night of their entire lives.

So how did the visual cortex of our ancestors&rsquo brains defend its territory, in the absence of input from the eyes?

We suggest that the brain preserves the territory of the visual cortex by keeping it active at night. In our &ldquodefensive activation theory,&rdquo dream sleep exists to keep neurons in the visual cortex active, thereby combating a takeover by the neighboring senses. In this view, dreams are primarily visual precisely because this is the only sense that is disadvantaged by darkness. Thus, only the visual cortex is vulnerable in a way that warrants internally-generated activity to preserve its territory.

In humans, sleep is punctuated by rapid eye movement (REM) sleep every 90 minutes. This is when most dreaming occurs. (Although some forms of dreaming can occur during non-REM sleep, such dreams are abstract and lack the visual vividness of REM dreams.)

REM sleep is triggered by a specialized set of neurons that pump activity straight into the brain&rsquos visual cortex, causing us to experience vision even though our eyes are closed. This activity in the visual cortex is presumably why dreams are pictorial and filmic. (The dream-stoking circuitry also paralyzes your muscles during REM sleep so that your brain can simulate a visual experience without moving the body at the same time.) The anatomical precision of these circuits suggests that dream sleep is biologically important&mdashsuch precise and universal circuitry rarely evolves without an important function behind it.

The defensive activation theory makes some clear predictions about dreaming. For example, because brain flexibility diminishes with age, the fraction of sleep spent in REM should also decrease across the lifespan. And that&rsquos exactly what happens: in humans, REM accounts for half of an infant&rsquos sleep time, but the percentage decreases steadily to about 18% in the elderly. REM sleep appears to become less necessary as the brain becomes less flexible.

Of course, this relationship is not sufficient to prove the defensive activation theory. To test it on a deeper level, we broadened our investigation to animals other than humans. The defensive activation theory makes a specific prediction: the more flexible an animal&rsquos brain, the more REM sleep it should have to defend its visual system during sleep. To this end, we examined the extent to which the brains of 25 species of primates are &ldquopre-programmed&rdquo versus flexible at birth. How might we measure this? We looked at the time it takes animals of each species to develop. How long do they take to wean from their mothers? How quickly do they learn to walk? How many years until they reach adolescence? The more rapid an animal&rsquos development, the more pre-programmed (that is, less flexible) the brain.

As predicted, we found that species with more flexible brains spend more time in REM sleep each night. Although these two measures&mdashbrain flexibility and REM sleep&mdashwould seem at first to be unrelated, they are in fact linked.

As a side note, two of the primate species we looked at were nocturnal. But this does not change the hypothesis: whenever an animal sleeps, whether at night or during the day, the visual cortex is at risk of takeover by the other senses. Nocturnal primates, equipped with strong night vision, employ their vision throughout the night as they seek food and avoid predation. When they subsequently sleep during the day, their closed eyes allow no visual input, and thus, their visual cortex requires defense.

Dream circuitry is so fundamentally important that it is found even in people who are born blind. However, those who are born blind (or who become blind early in life) don&rsquot experience visual imagery in their dreams instead, they have other sensory experiences, such as feeling their way around a rearranged living room or hearing strange dogs barking. This is because other senses have taken over their visual cortex. In other words, blind and sighted people alike experience activity in the same region of their brain during dreams they differ only in the senses that are processed there. Interestingly, people who become blind after the age of seven have more visual content in their dreams than those who become blind at younger ages. This, too, is consistent with the defensive activation theory: brains become less flexible as we age, so if one loses sight at an older age, the non-visual senses cannot fully conquer the visual cortex.

If dreams are visual hallucinations triggered by a lack of visual input, we might expect to find similar visual hallucinations in people who are slowly deprived of visual input while awake. In fact, this is precisely what happens in people with eye degeneration, patients confined to a tank-respirator, and prisoners in solitary confinement. In all of these cases, people see things that are not there.

We developed our defensive activation theory to explain visual hallucinations during extended periods of darkness, but it may represent a more general principle: the brain has evolved specific circuitry to generate activity that compensates for periods of deprivation. This might occur in several scenarios: when deprivation is regular and predictable (e.g., dreams during sleep), when there is damage to the sensory input pathway (e.g., tinnitus or phantom limb syndrome), and when deprivation is unpredictable (e.g., hallucinations induced by sensory deprivation). In this sense, hallucinations during deprivation may in fact be a feature of the system rather than a bug.

We&rsquore now pursuing a systematic comparison between a variety of species across the animal kingdom. So far, the evidence has been encouraging. Some mammals are born immature, unable to regulate their own temperature, acquire food, or defend themselves (think kittens, puppies, and ferrets). Others are born mature, emerging from the womb with teeth, fur, open eyes, and the abilities to regulate their temperature, walk within an hour of birth, and eat solid food (think guinea pigs, sheep, and giraffes). The immature animals have up to 8 times more REM sleep than those born mature. Waarom? Because when a newborn brain is highly flexible, the system requires more effort to defend the visual system during sleep.

Since the dawn of communication, dreams have perplexed philosophers, priests, and poets. What do dreams mean? Do they portend the future? In recent decades, dreams have come under the gaze of neuroscientists as one of the field&rsquos central unsolved mysteries. Do they serve a more practical, functional purpose? We suggest that dream sleep exists, at least in part, to prevent the other senses from taking over the brain&rsquos visual cortex when it goes unused. Dreams are the counterbalance against too much flexibility. Thus, although dreams have long been the subject of song and story, they may be better understood as the strange lovechild of brain plasticity and the rotation of the planet.


Take Out the Trash

That’s what scientists think REM does. It helps your brain clear out information you don’t need. People who take a look at a hard puzzle solve it more easily after they sleep than before. And they remember facts and tasks better, too. Those deprived of REM in particular -- compared with other sleep stages -- lose this advantage.


If you just fall fast asleep – the way we all wish we could – you’re not going to remember anything from that part of your sleep cycle – Robert Stickgold

Stickgold says that a lot of people remember their dreams from a sleep onset period, when the mind starts wandering and dreamlike imagery occurs as people drift in and out of sleep – a process called “hypnagogic dreaming”. Stickgold says he carried out a study some years ago where students in a lab were awoken shortly after they started entering this state. “Every last one of them remembered dreaming,” he says.

“This stage is the first five or 10 minutes after falling asleep. If you just fall fast asleep – the way we all wish we could – you’re not going to remember anything from that part of your sleep cycle.”

Often we are startled out of our slumber by an alarm clock, which makes it harder for us to remember our dreams (Credit: Emmanuel Lafont)

So what if you actively want to remember your dreams? Obviously, each sleeper is different, but there are some general tips which might help you to hold on to your dreams.

“Dreams are incredibly fragile when we first wake up, and we don’t really have an answer for why that is,” says Stickgold. “If you’re the kind of person who leaps up out of bed and goes about their day, you’re not going to remember your dreams. When you sleep in on a Saturday or Sunday morning, that’s an excellent time to remember dreams.

“What I tell my students on my courses is, when you wake up, try to lie still – don’t even open your eyes. Try to ‘float’ and at the same time try to remember what was in your dream. What you’re doing is you’re reviewing dreams as you enter your waking state and you’ll remember them just like any other memory.”

There are even more surefire ways to remember dreams, Stickgold says. “I tell people to drink three big glasses of water before they go to bed. Not three glasses of beer, because alcohol in an REM suppressant, but water. You’ll wake up three or four times in the night and you’ll tend to wake up at the end of an REM cycle of sleep which is natural.”

And there is another piece of advice offered by some sleep researchers – that simply repeating to yourself as you drift towards sleep that you want to remember your dreams means you wake remembering them. Stickgold laughs. “It actually works. If you do that you really are going to remember more dreams, it’s like saying ‘There’s no place like home’. It really works.”


Bekijk de video: Brecht Arnaert: Hoe werkt onze psyche? - De Toekomst van het Christendom - Deel 1 (Januari- 2022).