06 mei 2018

Het nieuw ontdekte verband tussen slaapopwindingen en lichaamstemperatuur kan ook met SIDS/Wiegendood in verband worden gebracht

Korte opwindingen tijdens de slaap - soms wel tien tot vijftien per nacht - lijken willekeurig in de tijd en komen voor bij mensen en zelfs bij dieren.

Wat is de oorsprong van deze opwinding? Wetenschappers van de Bar-Ilan University in Israël hebben samen met collega's van de Boston University ontdekt dat er waarschijnlijk korte opwinding wordt veroorzaakt door de intrinsieke elektrische ruis van kielzogende neuronen (WPN) in de hersenen. Hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances van 25 april, onthult een nog niet herkend neurofysiologisch mechanisme dat slaapprikkelingen koppelt aan temperatuurregulatie, en ook een belangrijke nieuwe link kan leggen tussen temperatuur en het Sudden Infant Death Syndrome (SIDS)/ Wiegendood.

Tijdens de slaap, WPN worden onderdrukt door slaap bevorderen neuronen. Toch vermoedde Dr. Hila Dvir, co-auteur van de studie van het Departement Natuurkunde van Bar-Ilan, dat WPN nog steeds een laag activiteitsniveau handhaaft, in de vorm van ruis ("neuronale ruis"). Deze neuronale ruis is te wijten aan elektrische schommelingen in de neuronspanning, die zelfs zonder ingangssignaal verschijnen. Voor elke neuron is dit geluid zeer laag. Omdat neuronen echter aan elkaar gekoppeld zijn, kan het geaccumuleerde lawaai van veel neuronen af en toe een sterk genoeg signaal vormen om WPN te activeren, waardoor een korte opwinding ontstaat.


Neuronale ruis wordt sterk beïnvloed door de lichaamstemperatuur, dus als de temperatuur hoog is, is neuronale ruis laag en omgekeerd. Dvir en lead co-auteur Dr. Ronny Bartsch, van het Departement Natuurkunde, sloegen de handen ineen met Prof. Lior Appelbaum, van de Faculteit Life Sciences van Mina en Everard Goodman, om te testen of de temperatuurafhankelijkheid van neuronale ruis zich direct vertaalt in een ander opwindingsgedrag bij zebravis. Zebravis is de optimale soort voor een dergelijk experiment omdat hun lichaamstemperatuur gemakkelijk kan worden gemanipuleerd door de watertemperatuur. De onderzoekers analyseerden periodes toen de zebravis hoofdzakelijk sliepen en bepaalden slaapduur en aantal opwindingen in veranderlijke watertemperaturen. Zij vonden dat een stijging van de watertemperatuur inderdaad tot steeds minder opwinding leidde.

Deze experimentele resultaten waren in uitstekende overeenstemming met computersimulaties die Dvir en Bartsch voorafgaand aan de experimenten ontwikkelden, en die gebaseerd zijn op een statistisch natuurkundig model van het temperatuurafhankelijke geluid. "Vanwege deze uitstekende overeenkomst tussen modelvoorspellingen en het experiment, geloven we dat slaapopwinding kan worden toegeschreven aan het neuronale geluid van kielzog-bevorderende neuronen," zegt Bartsch.

De bevindingen van het onderzoek leggen een mogelijk nieuw verband tussen temperatuur, slaapopwinding en Sudden Infant Death Syndrome (SIDS), de plotselinge, onverklaarde dood tijdens de slaap van kinderen jonger dan één jaar. Verhoogde kamertemperatuur, uitgebreid beddengoed voor de kinderledikant en een kwetsbare slaappositie - allemaal factoren die bijdragen aan een hogere lichaamstemperatuur - verhogen het risico op SIDS. Tot dusver, is het mechanisme van waarom de hogere lichaamstemperatuur het risico van SIDS verhoogt onbekend maar neuronale ruis en korte opwinding zou een sleutel kunnen zijn. Aangezien de thermoregulatie bij jonge kinderen nog niet volledig ontwikkeld is, wordt hun lichaamstemperatuur sterk beïnvloed door de omgevingstemperatuur/kamertemperatuur (vergelijkbaar met die van vissen). “We denken dat SIDS kan optreden wanneer als gevolg van hogere temperaturen het neuronale geluidsniveau en de daarmee gepaard gaande opwarmkans laag zijn", zegt Dvir. “Daarentegen, wanneer de temperatuur lager is, heeft een zuigeling een hoger neuronale geluidsniveau dat meer prikkelingen opwekt tijdens welke de zuigeling zijn positie kan veranderen om zichzelf te helpen om vrijer te ademen of een dekentje dat zijn gezicht bedekt weg te halen.

Shlomo Havlin

Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met Prof. Shlomo Havlin, van de Faculteit Natuurkunde van de Universiteit van Bar-Ilan, en Prof. Plamen Ivanov, van de Faculteit Natuurkunde van de Universiteit van Boston. Het werd ondersteund door het Shulamit Aloni Fellowship van het Israëlische ministerie van Wetenschap, Technologie en Ruimte, de US-Israel Binational Science Foundation, de Israel Science Foundation, de Duits-Israëlische Foundation, de National Institutes of Health, de W.M. Keck Foundation en een Marie Curie Fellowship.

Vertaald met Deepl Translator

NEW LINK BETWEEN SLEEP AROUSALS AND BODY TEMPERATURE MAY ALSO BE CONNECTED TO SIDS

Date: 2018-04-26 Hour: 11:48

Brief arousals during sleep – sometimes as many as ten to fifteen per night – appear random in time and occur in humans and even in animals.

What is the origin of these arousals? Scientists from Bar-Ilan University in Israel, together with colleagues from Boston University, have discovered that brief arousals are probably triggered by the intrinsic electrical noise from wake-promoting neurons (WPN) in the brain. Their research, published in the journal Science Advances on April 25, reveals a previously unrecognized neurophysiological mechanism that links sleep arousals with temperature regulation, and may also provide an important new link between temperature and Sudden Infant Death Syndrome (SIDS).

During sleep, WPN are suppressed by sleep promoting neurons. Nevertheless, Dr. Hila Dvir, lead co-author of the study from Bar-Ilan's Department of Physics, surmised that WPN still maintain a low level of activity, in the form of noise (“neuronal noise”). This neuronal noise is due to electrical fluctuations in the neuron voltage, which appear even without any input signal. For each neuron this noise is very low. However, since neurons are coupled to each other, the accumulated noise from many neurons can occasionally form a strong enough signal to activate WPN, causing a brief arousal.

Neuronal noise is very much affected by body temperature, so if the temperature is high, neuronal noise is low and vice versa. Dvir and lead co-author Dr. Ronny Bartsch, of the Department of Physics, joined forces with Prof. Lior Appelbaum, of the Mina and Everard Goodman Faculty of Life Sciences, to test whether the temperature dependence of neuronal noise directly translates into a different arousal behavior in zebrafish. Zebrafish are the optimal species for such an experiment since their body temperature can be easily manipulated by water temperature. The researchers analyzed periods when the zebrafish were predominantly sleeping and determined sleep duration and number of arousals in varying water temperatures. They found that, indeed, an increase in water temperature led to fewer and shorter arousals.

These experimental results were in excellent agreement with computer simulations that Dvir and Bartsch developed prior to the experiments, and which are based on a statistical physics model of the temperature dependent noise. “Because of this excellent agreement between model predictions and the experiment, we believe that sleep arousals can be attributed to the neuronal noise of wake-promoting neurons,” says Bartsch.

The findings of the study present a possible new link between temperature, sleep arousals and Sudden Infant Death Syndrome (SIDS), the sudden, unexplained death during sleep of children under one year of age. Elevated room temperature, extensive crib bedding and prone sleeping position – all factors that contribute to higher body temperature – are known to increase the risk of SIDS. So far, the mechanism of why higher body temperature increases the risk of SIDS is unknown but neuronal noise and brief arousals

could be a key. Since thermoregulation in young infants is not yet fully developed, their body temperature is highly affected by the environment/room temperature (similar to fish). “We think that SIDS can occur when as a result of higher temperature, neuronal noise levels and the associated probability for arousals are low,” says Dvir. “In contrast, when the temperature is lower, an infant has higher neuronal noise level that yield more arousals during which the infant can change his position to help himself breath more freely or move a blanket that may be covering his face.”

The research was conducted in collaboration with Prof. Shlomo Havlin, of the Department of Physics at Bar-Ilan University, and Prof. Plamen Ivanov, of the Physics Department at Boston University. It was supported by a Shulamit Aloni Fellowship of the Israeli Ministry of Science, Technology and Space, the US-Israel Binational Science Foundation, the Israel Science Foundation, the German-Israeli Foundation, the National Institutes of Health, the W.M. Keck Foundation and by a Marie Curie Fellowship.

Souce: https://www1.biu.ac.il/indexE.php?id=33&pt=20&pid=117&level=2&cPath=33&type=1&news=3136


Comments