Inception in het echt
Bastienne Wentzel

1 augustus 2013, Kijk

Zelfs in je diepste slaap zijn je hersenen op en top actief. Je brein verwerkt dan allerlei herinneringen. Misschien is het ook wel mogelijk slapend iets nieuws te leren met speciale technieken. In de toekomst zouden deze technieken mensen van hun angsten of depressies af kunnen helpen. Of er gewoon voor zorgen dat je slapend je examen haalt.

In de science-fictionfilm Inception speelt Leonardo di Caprio een spion die gedachten kan stelen van mensen terwijl ze slapen. Zo ontfutselt hij bedrijfsgeheimen voor grof geld. Wat hij moet doen voor zijn laatste opdracht wordt voor onmogelijk gehouden: hij moet niet gedachten stelen, maar juist een idee in het geheugen van zijn slachtoffer planten.
Een waanzinnig idee, informatie in iemands brein brengen terwijl hij slaapt. Maar niet zo ver weg als je misschien denkt. Nederlandse onderzoekers doen op dit moment een van de eerste experimenten ter wereld om zoiets voor elkaar te krijgen. In het Amsterdamse lab van Lucia Talamini staat een opstelling die geluiden in iemands geheugen moet planten, tijdens de diepe slaap. Wanneer de proefpersoon zich later weet te herinneren welke geluiden hij hoorde, heeft hij dus al slapende iets geleerd. Leg je leerboek maar vast onder je kussen, straks gaat leren tijdens je slaap helemaal vanzelf. Of niet?
 
Slaap en geheugen
We weten inmiddels heel veel over de werking van onze hersenen, hoe we dingen onthouden en welke rol slaap daarbij speelt. Een heel belangrijke rol, zo blijkt. 'Slaap is allerminst een comateuze toestand,' verklaart slaaponderzoekster Talamini van de Universiteit Amsterdam. Slaap is juist een heel complexe toestand, legt Talamini uit. Er zijn vijf slaapfasen, die allemaal qua hersenactiviteit van elkaar verschillen. Deze wisselen elkaar af en vormen slaapcycli; daarvan passen er ongeveer vijf in een normale nacht van acht uur slaap. Een van die slaapfasen, de slow wave slaap, vormt de diepste slaap. Dit is een belangrijke fase waar het gaat om informatie verwerken en eventueel leren.
De slow wave slaap heet zo omdat de elektrische pulsen die je brein afgeeft tijdens deze slaapfase heel langzame golven vertonen. Slaap kun je meten met een zogeheten elektroencefalogram, een EEG. Daarmee worden, met elektroden op de buitenkant van het hoofd, deze elektrische pulsen gemeten. Die pulsen variëren van hele snelle uitbarstingen van activiteit, spindles ofwel slaapspoeltjes genoemd, tot hele langzame golven, de slow waves dus. De elektrische activiteit komt van hersencellen, neuronen genoemd, die met elkaar communiceren. Talamini legt uit: 'Neuronen die communiceren versterken of verzwakken daarbij hun onderlinge connecties. Dat is hoe leren en geheugen werken op neuraal niveau.'
Lang is gedacht dat een EEG van een slapende persoon veel minder pieken zou vertonen dan die van een wakker persoon. Die verminderde hersenactiviteit zou inhouden dat je niets leert tijdens je slaap. Maar dat is niet zo. De elektrische activiteit die tijdens de slaap gemeten wordt, zoals de spindles en slow waves, geeft aan dat hersencellen wel degelijk actief zijn.

Hersen-IT
De vraag is wat neuronen 's nachts doen, behalve je autonome functies zoals je hart aan de gang houden. Verwerken ze alleen maar informatie of leren ze ook nieuwe dingen? Het eerste staat vast. 'De laatste tien jaar zijn we steeds meer te weten gekomen over de IT-functie van de slaap,' zegt Talamini. Overdag neem je veel meer informatie op dan je verwerkt, een soort informatie-overload, die wordt opgeslagen in een tijdelijke geheugenbuffer. Dat gaat goed omdat je 's nachts, wanneer je brein je gedrag en je spieren niet hoeft aan te sturen, orde op zaken kunt stellen. Als een computer die informatie in een tijdelijk geheugen zet en later op de harde schijf opslaat.
Onderzoek toonde aan dat dit in ieder geval bij ratten zo werkt. Wanneer je microelektrodes in het brein van ratten implanteert kun je precies meten welke neuronen op een bepaald moment een signaal afvuren. Het bleek dat de vuurpatronen van de neuronen die overdag actief zijn wanneer de dieren bijvoorbeeld een nieuwe omgeving aan het ontdekken waren, 's nachts opnieuw werden afgespeeld. Onderzoekers van het Amerikaanse MIT lieten afgelopen jaar ook zien dat deze herhaling opgeroepen kan worden door een geluidje af te spelen in de slaap, dat ook te horen was wanneer de ratten aan het verkennen waren. Rattenherinneringen kunnen dus in de slaap worden gemanipuleerd.
De vraag rijst of dit bij mensen ook zo werkt. Talamini denkt van wel. 'Je onthoudt beter als je slaapt nadat je iets hebt geleerd. Je geheugen heeft baat bij slaap.' Ook dat is aangetoond met experimenten. Groepen proefpersonen kregen een taak zoals een set woorden leren. Een deel van de groep mocht gaan slapen vlak na het leren. Een ander deel bleef gedurende een even lange periode wakker. Het bleek dat de mensen die hadden geslapen vlak na het leren meer woordjes konden reproduceren. Hoe sneller na het leren je gaat slapen, hoe meer je onthoudt.
Bovendien bleek uit onderzoek dat aan de UMC St Radboud in Nijmegen is uitgevoerd dat je tijdens je slaap meer zaken onthoudt van iets dat je belangrijk vindt. Wanneer je wakker blijft vergeet je juist meer zaken waar je je op focust. Slaap heeft een beschermende invloed op herinneringen die voor ons van belang zijn, concluderen de Nijmeegse onderzoekers. Het heeft dus zin om 's avonds laat je examen voor de volgende dag nog even te leren, mits je daarna een goede nachtrust krijgt. Omgekeerd kun je beter niet de hele nacht doorleren. Na een doorwaakte nacht weet je nog maar weinig van de stof.
 
Geur als geheugensteuntje
Een volgende stap is nagaan of je ook iets kunt manipuleren aan deze nachtelijke herverwerking van informatie. 'We hebben getest of we tijdens de slaap op een of andere manier een geheugensteuntje kunnen geven dat specifiek herinnert aan een deel van de informatie,' legt Talamini uit. Proefpersonen kregen twee blokken woordjes te leren van een beeldscherm. Zonder dat ze het merkten stonden de meeste woordjes uit het ene blok links en de meeste uit het andere blok rechts. Wanneer je links in je gezichtsveld iets ziet wordt dat door je rechterhersenhelft verwerkt en andersom. Die hersenactiviteit kun je meten met EEG.
Bovendien werd ongemerkt tijdens het leren van het eerste blok geur A in de neus van de proefpersoon gebracht, en tijdens het tweede geur B. Vervolgens kreeg een deel van de proefpersonen 's nachts geur A toegediend, en een ander deel geur B. Met behulp van EEG werd vastgesteld dat de proefpersonen van groep A inderdaad een iets actievere rechterhersenhelft hadden, omdat de herinnering aan de woordjes op de linkerkant van het scherm werden gestimuleerd. Andersom gold dat ook voor groep B. 'Helaas konden we niet vaststellen dat de mensen uit groep A ook de bijbehorende woordjes beter konden onthouden. Maar de gemeten hersenactiviteit toont aan dat de hersenen gemanipuleerd kunnen worden om met een deel van de herinneringen in de weer te gaan,' aldus Talamini.
 
Slapend leren
Als 's nachts informatie wordt verwerkt en je kunt die verwerking ook manipuleren, kun je dan ook iets nieuws leren in je slaap? Israëlische onderzoekers lijken een eerste bewijs te hebben geleverd dat dat kan. Zij bieden proefpersonen in de slaap zowel een geur als een geluid aan. Daarbij zou al slapend een verband geleerd kunnen worden tussen de geur en het geluid. De onderzoekers nemen verder aan dat iemand bij een lekkere geur diep inademt en bij een vieze geur maar kort ademt. Na het leerproces lieten ze de proefpersonen in hun slaap enkel de geluiden horen, zonder de geur. Het geluid dat bij de lekkere geur hoorde zorgde ervoor dat mensen diep inademden en het geluid bij de vieze geur zorgde inderdaad voor een oppervlakkige adem. Daarmee concluderen ze dat mensen tijdens hun slaap het verband hebben geleerd tussen de geur en het geluid. 'Onze resultaten wijzen erop dat mensen de staat waarin ze een derde van hun leven doorbrengen, namelijk de slaap, wellicht kunnen gebruiken om nieuwe informatie te leren,' schrijven de onderzoekers in hun publicatie.
Maar in het Israëlische onderzoek leren de proefpersonen niet bewust. 'Ze weten als het ware van niks,'  zegt Lucia Talamini. De Amsterdamse onderzoekster wil proberen informatie in het bewuste geheugen door te laten dringen tijdens de slaap. Ze startte daarom onlangs een nieuw experiment. Ze wil proefpersonen in een diepe, slow wave slaap herkenbare geluiden laten horen, zoals gemiauw van katten, het geluid van een zaag of een zweepslag en later testen of de mensen, wanneer ze wakker zijn, nog iets weten van wat ze hebben gehoord.
 
Informatie toedienen
Dit experiment is echter technisch een stuk lastiger uit te voeren dan andere. Tot nog toe konden stimuli in de slaap, zoals geuren en geluid, lukraak worden aangeboden, zoals ook de Israëlische onderzoekers doen. Maar om iemand daadwerkelijk iets te leren terwijl hij slaapt denkt Talamini dat je de informatie exact moet toedienen op het moment dat zijn hersencellen het meest openstaan voor informatie. Dat is op de toppen van de slow waves, die ieder ongeveer een halve tot twee seconden duren. 'Dit kun je niet meer nauwkeurig genoeg met de hand doen, dat moet geautomatiseerd worden,' verklaart Talamini.
Deze automatische meetopstelling bestaat uit 64 EEG-elektroden op het hoofd van de (slapende) proefpersoon. De elektroden zijn verbonden met een computer die de hersensignalen direct analyseert. De computer kan zelfs voorspellen wanneer de volgende slow wave eraan komt en beslist dan zelf wanneer het geluid op precies het juiste moment ten gehore wordt gebracht.
De opstelling werkt, maar de eerste resultaten moeten nog komen zegt Talamini. 'Het is nog te vroeg om iets zinnigs te zeggen maar ik verwacht wel dat we iets gaan zien. Anders zou ik er niet aan zijn begonnen. Bovendien, stel dat het niet werkt, dan weten we toch iets meer over het mechanisme van informatieverwerking in de slaap. Dat is heel belangrijk. Wanneer je iemands herinneringen wilt manipuleren bijvoorbeeld voor traumaverwerking moet je wel heel goed weten wat je doet, zodat je het niet erger maakt.'

Dit artikel is gepubliceerd in KIJK nr 08, 2013.