Vandkanaler i hjernen kan afgøre, hvor dybt du sover

Man har længe vidst, at menneskets (og musens) hjerne er omgivet af en tynd væske, der hedder cerebrospinalvæske, hvis job det er at beskytte hjernen og transportere næringsstoffer rundt.

Men for nyligt opdagede en forskergruppe ledet af Maiken Nedergaard noget nyt – nemlig at cerebrospinalvæsken også har en vigtig opgave under søvn. De har vist, at når mus sover, så skyller cerebrospinalvæsken ind i deres hjerne og renser den for de affaldsstoffer, der dannes i løbet af dagen.

Det viste sig også, at jo dybere mus sover, des kraftigere er væskestrømmen gennem deres hjerner.

Denne nyopdagede mulige årsag til søvn er blevet døbt 'det glymfatiske system' og bliver i daglig tale kaldt 'hjernens vaskemaskine'.

Nu har vi udgivet et nyt studie, der tyder på, at der er en sammenhæng mellem hvilke typer 'vandkanaler', der findes i vores hjerner, og hvor tungt vi sover. Studiet er et vigtigt bidrag til forskningen i, hvad der sker i hjernen under søvn.

Mus er afhængige af aquaporin 4

Den føromtalte vaskemaskine, det glymfatiske system, er afhængig af en vandkanal med navnet aquaporin 4 (hvilket betyder: 'vand'-'porer' type 4 – type 1-3 sidder andre steder i kroppen).

Denne kanal findes overalt i hjernen og sidder på overgangene mellem hjerne og hjernehinder.

Aquaporinernes opgave er at regulere vandtransporten ind og ud af hjernen og er derfor supervigtige for, at vaskesystemet kan fungere.

I laboratoriemus, der mangler aquaporin 4, virker det glymfatiske system ikke, og musene ophober store mængder giftige affaldsstoffer i hjernen – det samme, som der sker i hjernen, når man lider af Alzheimers demens.

Har mennesker også et glymfatisk system?

Men findes det glymfatiske system så også i mennesker?

Det tror man. Mus og menneskers hjerner er meget sammenlignelige, begge arter har behov for søvn for at kunne fungere optimalt, og begge arter sover dybere hvis de er blevet holdt vågne længere tid end normalt.

Derfor er det logisk at antage, at mennesket deler behovet for at rense hjernen med musene – hvilket forskere i hele verden arbejder på højtryk for at påvise.

Man kan ikke undersøge rensesystemet i mennesker på samme måde som man gør i gnavere, da de direkte målemetoder (for eksempel at putte mikroskoper ned i hjernen eller ødelægge vandkanalerne) er farlige for forsøgspersonerne.

I stedet benytter man sig af metoder, der kan vise det glymfatiske system indirekte (altså ligesom hints eller ledetråde).

I stedet for at stikke et mikroskop ned i hjernen, kan vi se på gener

Et eksempel på et sådan hint er resultaterne fra et norsk studie fra 2017, hvor forskere sprøjtede kontrastvæske (et stof man kan se med CT- eller MR-skanning) ind i forsøgspersoners cerebrospinalvæske via ryggen. Herefter fordelte kontrastvæsken sig i rummene omkring hjernen.

På MR-skanninger så forskerne efterfølgende, at kontrastvæsken havde bevæget sig helt ind i hjernen efter en nats søvn, hvilket tyder på, at der også i mennesker sker væskebevægelser ind og ud af hjernen om natten.

En anden harmløs måde at undersøge mennesker er ved at udforske gener. Der findes tusindvis af små varianter i aquaporin 4-genet (og i alle andre gener), hvilket betyder, at forskellige mennesker formentlig har lidt forskellige vandkanaler.

Ved at genotype (dvs. tjekke folks gener) forsøgspersoners blod kan man undersøge, om vandkanal-genvarianter har betydning for eksempelvis søvnmønstre eller sygdom - hvilket igen kan give os et hint om, hvorvidt kanalerne også i mennesker er koblet til søvn og fjernelse af affaldsstoffer.

Ved denne metode har man fundet enkelte varianter i aquaporin 4-genet, der har indflydelse på, hvor hurtigt Alzheimers sygdom udvikler sig, og hvor mange affaldsstoffer, de demente har i hjernen.

Men indtil for to år siden var der ingen, som havde undersøgt sammenhængen mellem aquaporin 4-genet og dyb søvn i mennesker – så det satte vi os for at gøre på Neurobiologisk forskningsenhed på Rigshospitalet.

\ Læs mere

Dårlig 'hjernevask', når vi sover, kan forklare demens

Mennesker har en gruppe af otte sammenkædede genvarianter i hjernens vandkanal

Fordi vi vidste, at aquaporin 4 spiller en vigtig rolle i det glymfatiske system i mus, så satte vi os for at undersøge hvilke varianter, der eksisterer i det menneskelige aquaporin 4-gen, og om disse har en effekt på søvn.

Vi startede med at udforske en gen-database (dbsnp) og fandt en gruppe af otte almindelige genvarianter, kaldet en haplotype, som næsten altid nedarves samlet og eksisterer i mennesker i både Europa, USA og Øst- og Sydasien. (I for eksempel Sydamerika er gentypen ikke ligeså udbredt og specifik ifølge databasen.)

Fra et tidligere studie vidste vi, at mus der har genvarianter i denne haplotype producerer færre vandkanaler.

Varianter i vandkanal-gen har betydning for, hvor dybt du sover

Vi analyserede aquaporin 4-genet i blod fra 123 forsøgspersoner, som tidligere har deltaget i et af seks ensartede søvnstudier i Schweiz. I søvnstudiet havde de både fået målt hjernebølger, mens de sov og var blevet holdt vågne i to dage, mens de blev testet.

Vi fandt ud af, at 52 af forsøgspersonerne var bærere af de otte genvarianter, mens 71 personer ikke havde disse i deres aquaporin 4-gen.

Vi sammenlignede de to gruppers hjernebølger under søvn og fandt ud af, at personer som har haplotypen (og derfor måske har færre vandkanaler), sover dybere om natten end andre mennesker – og dette især i den første halvdel af natten, hvor vores søvnbehov er størst.

\ Læs mere

5 ting, du skal vide om søvn

Vores opdagelse er spændende af to grunde:

1. Vi har nu fundet et link mellem aquaporin 4 og dyb søvn i mennesker, hvilket giver et hint om, at der, ligesom i mus, forgår noget 'glymfatisk-agtigt' i mennesker, når vi sover.
2. Der er måske en kobling mellem antallet af vandkanaler og hvor tungt man sover, hvilket får os til at spekulere på, om hjernen bruger dyb søvn til at rense hjernen?

Varianter i dit vandkanal-gen ruster dig til en 'all-nighter'

Efter at have analyseret forsøgspersonernes søvn besluttede vi at undersøge, om genvarianterne og den ændrede søvn også var noget, forsøgspersoner selv kunne mærke – og det var det.

Forsøgspersoner med aquaporin-4 haplotypen i deres vandkanal-gen gav udtryk for (på spørgeskemaer), at de var mindre trætte under søvnmangel (dvs. under 'all-nighteren') end forsøgspersoner uden.

Den samme gruppe klarede sig også bedst i de opmærksomhedstests, der blev udført hver 3. time under al den tid, de var vågne.

Næste skridt i udforskningen af søvn og det glymfatiske system i mennesker

Vores opdagelse er både ny og interessant, men den rejser mindst lige så mange nye spørgsmål, som den besvarer.

Det er svært at afgøre, hvad der er hønen og ægget i vores resultater.

\ Læs mere

Korrelation eller kausalitet: Hvornår er der en årsagssammenhæng?

Vi har fundet en sammenhæng mellem vandkanal-genvarianter, dyb søvn og reaktionen på søvnmangel – men vi kender fortsat ikke årsagen til sammenhængen.

Vores teori er, at hjernen 'laver' dyb søvn for at igangsætte hjernens vaskemaskine, og hvis der ikke er en tilstrækkelig mængde vandkanaler, så sørger hjernen for at sove endnu dybere.

Men måske er det omvendt? Måske er der en forklaring, vi slet ikke kender til? Og hvad med Alzheimers sygdom – kan man få det af ikke at sove dybt nok, fordi hjernen ikke bliver vasket?

Det må der ny forskning til for at undersøge. Og indtil da håber vi, at vores resultater nu også har gjort dig en smule klogere på, hvordan søvn og 'hjernens vaskemaskine' hænger sammen.

\ Læs mere

Forsker: Der er langt flere søvnstadier, end vi kender til