Slaap neuroimaging: naar de neurobiologie karakterisatie van de menselijke REM-slaap

Gedurende de laatste tientallen jaren, hebben beiden klinisch en fundamenteel
onderzoek gekeken naar de neurologische mechanismen die slaap reguleren en de
relatie die dit heeft met geheugen, cognitie, en fysiologische functies.
Rapid-eye movement (REM) slaap is essentieel voor hersenontwikkeling en
faciliteert de formatie en consolidatie van bepaalde soorten herinneringen
(Stickgold, 2005). Eerder uitgevoerd onderzoek stelt voor dat het onderhoud van
hogere order hersen functies ook afhangen van hersenactivatie tijdens REM slaap.

De huidige kennis over slaap is gebaseerd op de classificatie en identificatie
van slaapstadia door middel van EEG, maar de onderliggende hersen dynamica
netwerken blijven onduidelijk. Functionele veranderingen zijn geobserveerd in
grote schaal neuronale netwerken tijdens slaap, en functionele neuroimaging
heeft de mogelijkheid om toegang te krijgen tot deze alteraties in de hersenen
en daarom heeft dit veel waarde voor ver gevorderd slaap onderzoek.
Neuroimaging studies laten drastische verschillen zien tussen de non-REM en REM
stadia. Hiernaast hebben een paar studies gerapporteerd dat er een correlatie
is tussen REM en signalen in de thalamus, occipital cortex, en pons eerder
gevonden bewijs onderbouwd dat REM slaap mogelijk een rol speelt in memory
consolidation en emotionele regulatie (Picchioni et al., 2013).

In tegenstelling tot de recente vooruitgang in non-REM (Spoormaker et al.,
2010; Andrade et al., 2011; Boly et al., 2012), echter, zijn de
neurobiologische mechanismen en functies van het wakker-achtige activiteit
gedurende REM slaap nog steeds moeilijk te begrijpen, vooral vanwege de
moeilijkheden om in REM slaap te komen in fMRI condities. Daarom missen we een
gedetailleerd begrip van spatio-temporal eigenschappen van REM slaap regulatie,
de gescheiden substanties van fasische en tonische REM activiteit, en
associaties met cognitieve verwerking.

Op het subjectieve niveau, kunnen in alle slaap stadia droom ervaringen
voorkomen. Typische REM slaap dromen zijn vooral rijk aan visuele-motor
processen en emoties; echter, hogere order cognitieve processen zijn
aanzienlijk beperkt. In contrast daarmee, het zeldzame fenomeen van lucide
dromen (LD), d.w.z. de capaciteit om bewust te worden van het feit dat je aan
het dromen bent tijdens het dromen, word gekarakteriseerd door de terugkeer van
volledige wakker-achtige capaciteiten terwijl fysiologische REM slaap behouden
word (Baird et al., 2019).

Neurobiologische studies over lucide dromen, zijn echter gebaseerd op erg
kleine sample sizes, vaak case studies of groepen van cases. De kleine groepen
kunnen verklaard worden door de mogelijkheden die geassocieerd worden met de
neuroimaging-benadering van lucide dromen: moeilijkheden geassocieerd met REM
slaap verwerving onder fMRI condities om lucide dromen te bereiken.

Strategieën om lucide dromen te induceren zijn getest vanaf 1980 en hebben
bewezen dat ze kritisch bewustzijn tijdens dromen kunnen induceren, en dus de
frequentie van lucide dromen verhogen. Meerdere verschillende inductie
strategieën delen het eindpunt van integratie en herkenning van de oefeningen
tijdens het dromen (Stumbrys et al., 2012; Carr et al., 2018). Bijvoorbeeld,
het blootstellen van deelnemers aan sensorische cues terwijl ze waker zijn en
deze verbinden aan specifieke metacognitieve gedachten kan leiden tot de
integratie en herkenning van zulke cues wanneer ze toegediend worden tijdens
slaap. Dus, men zou de cues kunnen herkennen en zich herinneren om bewust te
zijn van de droomstaat.

Het project dat hier voorgesteld word heeft als doel om recente vooruitgangen
in fMRI methoden en strategieën om lucide dromen te induceren te benutten om
netwerken in de hersenen en connectiviteit gedurende REM slaap en de
geassocieerde lucide vs. niet-lucide droom ervaringen te onderzoeken.

De voorgestelde opzet zal een within-subject design zijn met gezonde volwassene
vrijwilligers. De studie zal een intake sessie omvatten, mogelijk inclusief een
adaptatie nacht, en tot drie nachtelijke experimentele sessies. In de adaptatie
nacht, zullen de deelnemers in een namaak scanner slapen om de MRI omgeving na
te bootsen. Tijdens de experimentele sessies, zullen de deelnemers tegelijk EEG
en functionele MRI data verwerving ondergaan gedurende twee soorten sessies:
(a) tot drie nachtelijke sessies inclusief lucide droom inductie om REM slaap
en geassocieerde droom ervaringen toegankelijk te maken, (b) tijdens de dag om
toegang te krijgen tot wakkere gedachtedwalingen en / of het terugroepen van
dromen.

Er zijn geen risico*s die geassocieerd worden met het deelnemen aan deze
studie. Het aanbrengen van de EEG cap kan leiden tot lichte huid irritatie maar
brengt geen andere risico*s of bijwerkingen met zich mee. De MRI scanner
omgeving brengt luid geluid met zich mee, wat het lastig maakt voor deelnemers
om in slaap te vallen. Dus, de deelnemers zullen adaptatie nachten krijgen waar
in een simulatie een namaak scanner het geluid van de scanner en de ligpositie
na gebootst worden. Recent ontdekte stille fMRI reeksen zullen gebruikt worden
om het lawaai van de scanner te verminderen. Er zijn geen risico factors die
geassocieerd worden met de inductie van lucide dromen, omdat de sensorische
signalen die gegeven worden geen bijwerkingen hebben. REM slaap en
geassocieerde cognitieve processen representeren een biologische puzzel, en de
uitkomst van deze studie zal ons begrip over het brein gedurende dit specifieke
slaap stadium vergroten. De deelnemers zelf zullen geen baat hebben van het
deelnemen aan deze studie.