Cafeïne zit niet alleen in koffie, maar ook in thee, chocolade, energiedrankjes en veel frisdranken, waardoor het een van de meest geconsumeerde psychoactieve stoffen ter wereld is. In een onderzoek gepubliceerd in Nature Communications Biology heeft een team onderzoekers van de Université de Montréal nieuwe inzichten verkregen in hoe cafeïne de slaap kan veranderen en het fysieke en cognitieve herstel van de hersenen ’s nachts kan beïnvloeden.

De invloed van cafeïne op slaap

Het onderzoek werd geleid door Philipp Thölke, onderzoeksmedewerker bij het Cognitive and Computational Neuroscience Laboratory (CoCo Lab) aan de UdeM, en mede geleid door labdirecteur Karim Jerbi, hoogleraar psychologie en onderzoeker bij Mila – Quebec AI Institute. In samenwerking met Julie Carrier, hoogleraar slaap- en verouderingspsychologie, en haar team van het Centre for Advanced Research in Sleep Medicine aan de UdeM, gebruikten de wetenschappers AI en elektro-encefalografie (EEG) om de effecten van cafeïne op de slaap te onderzoeken.

Ze konden voor het eerst aantonen dat cafeïne de complexiteit van hersensignalen verhoogt en de “kriticiteit” van de hersenen tijdens de slaap verhoogt. Interessant genoeg was dit meer uitgesproken bij jongere volwassenen. “Kriticiteit beschrijft een toestand van de hersenen die in evenwicht is tussen orde en chaos,” legde Jerbi uit. “Het is als een orkest: als het te rustig is, gebeurt er niets; als het te chaotisch is, is er kakofonie. Kritiek is de gulden middenweg waarbij de hersenactiviteit zowel georganiseerd als flexibel is. In deze toestand functioneren de hersenen optimaal: ze kunnen informatie efficiënt verwerken, zich snel aanpassen, leren en behendig beslissingen nemen.” Carrier voegde eraan toe: “Cafeïne stimuleert de hersenen en brengt ze in een kritieke toestand waarin ze alerter, aandachtiger en responsiever zijn. Hoewel dit nuttig is voor concentratie gedurende de dag, zou deze toestand een goede nachtrust in de weg kunnen staan: de hersenen zouden niet ontspannen en ook niet goed herstellen.”

Effecten op geheugenverwerking

Om te onderzoeken hoe cafeïne het slapende brein beïnvloedt, registreerde het team van Carrier de nachtelijke hersenactiviteit van 40 gezonde volwassenen met behulp van een elektro-encefalogram. Ze vergeleken de hersenactiviteit van elke deelnemer op twee verschillende nachten – één keer na inname van cafeïnecapsules drie uur en één uur voor het slapengaan, en één keer na inname van een placebo op hetzelfde tijdstip.

“We gebruikten geavanceerde statistische analyse en kunstmatige intelligentie om subtiele veranderingen in de neurale activiteit te identificeren,” aldus Thölke, hoofdauteur van het onderzoek. De resultaten toonden aan dat cafeïne de complexiteit van hersensignalen verhoogde, wat duidt op meer dynamische en minder voorspelbare neurale activiteit, vooral tijdens de niet-REM fase van de slaap, die cruciaal is voor geheugenconsolidatie en cognitief herstel.

De onderzoekers ontdekten ook merkbare veranderingen in het elektrische ritme van de hersenen tijdens de slaap: cafeïne verzwakte langzamere oscillaties zoals theta- en alfagolven, die typisch geassocieerd worden met diepe, rustgevende slaap, en stimuleerde bèta-golfactiviteit, die gebruikelijker is tijdens waakzaamheid en mentale activiteit. “Deze veranderingen suggereren dat de hersenen onder invloed van cafeïne in een actievere, minder rustgevende staat blijven, zelfs tijdens de slaap,” zegt Jerbi, die ook de Canada Research Chair in Computational Neuroscience and Cognitive Neuroimaging bekleedt. Deze verandering in de ritmische activiteit van de hersenen zou kunnen verklaren waarom cafeïne de efficiëntie van het nachtelijk herstel van de hersenen aantast, wat gevolgen kan hebben voor de geheugenverwerking.

Mensen in de 20 meer beïnvloed

Het onderzoek toonde ook aan dat de effecten van cafeïne op de hersendynamiek significant sterker waren bij jonge volwassenen tussen de 20 en 27 jaar dan bij deelnemers van middelbare leeftijd tussen de 41 en 58 jaar, vooral tijdens de REM-slaap, de fase die geassocieerd wordt met dromen. Jongvolwassenen reageerden sterker op cafeïne, wat waarschijnlijk te wijten is aan een hogere dichtheid van adenosinereceptoren in hun hersenen. Adenosine is een molecule die zich in de loop van de dag geleidelijk ophoopt in de hersenen en een gevoel van vermoeidheid veroorzaakt. Adenosinereceptoren nemen van nature af met de leeftijd, waardoor cafeïne minder goed in staat is om ze te blokkeren en de complexiteit van de hersenen te verbeteren, wat gedeeltelijk het lagere effect van cafeïne bij deelnemers van middelbare leeftijd kan verklaren.

Deze leeftijdsgerelateerde verschillen suggereren dat jongere hersenen gevoeliger zijn voor de stimulerende effecten van cafeïne. Gezien het wereldwijde gebruik van cafeïne, vooral als dagelijks middel tegen vermoeidheid, benadrukken de onderzoekers het belang van het begrijpen van de complexe effecten op hersenactiviteit bij verschillende leeftijdsgroepen en gezondheidstoestanden. Ze voegen eraan toe dat verder onderzoek nodig is om te verduidelijken hoe deze neurale veranderingen de cognitieve gezondheid en het dagelijks functioneren beïnvloeden, en om mogelijk gepersonaliseerde aanbevelingen voor cafeïne-inname te ontwikkelen.