Jeder, der schon einmal eine schlaflose Nacht erlebt hat, kennt das Gefühl kognitiver Einbußen am nächsten Tag. Konzentrationsschwierigkeiten sind nur eine der vielen Folgen von Schlafmangel. Aber warum ist das so? Was passiert in unserem Gehirn, wenn wir schlafen, und warum kann es nicht einfach "abschalten"? Dieser Artikel beleuchtet die komplexen physiologischen Prozesse, die während des Schlafs ablaufen, und untersucht, warum Schlaf für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit unseres Gehirns unerlässlich ist.
Die Reinigung des Gehirns: Das glymphatische System
Neueste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Schlaf eine wesentliche Rolle bei der Reinigung des Gehirns spielt. Forschende vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben in einer aufwendigen Studie herausgefunden, dass während Phasen herabgesetzter Aufmerksamkeit ein verstärkter Ausfluss von Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) aus dem Gehirn stattfindet. Direkt nach diesen Aussetzern strömt die CSF wieder zurück ins Gehirn.
Die CSF, die vom glymphatischen System gebildet wird, wird als das Reinigungssystem des Gehirns angesehen. Über dieses System werden Stoffwechselprodukte und andere Giftstoffe zur Entsorgung in die Peripherie abtransportiert. Die Studie zeigte auch, dass diese Vorgänge koordiniert mit anderen physiologischen Veränderungen ablaufen: Die Pupillen verengen sich kurz vor einem CSF-Spülvorgang, die Herz- und Atemfrequenz sinken. Dies deutet darauf hin, dass diese Ereignisse von einer übergeordneten Stelle gesteuert werden.
Schlaf und synaptische Plastizität: Platz schaffen für Neues
Noch immer ist nicht eindeutig geklärt, weshalb Menschen und Tiere schlafen. Wissenschaftler der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitätsklinikums Freiburg haben jedoch in einer Studie aus dem Jahr 2016 gezeigt, dass im Schlaf die allgemeine Aktivität der Synapsen, also der Verbindungen zwischen Nervenzellen, reduziert wird. Die meisten Verbindungen werden geschwächt, manche sogar ganz abgebaut. Nur wichtige Synapsen bleiben bestehen oder werden gestärkt.
Dieser Prozess, der als synaptische Plastizität bezeichnet wird, ist eine wichtige Grundlage für Lernen und eine flexible Informationsverarbeitung. Der Abbau von Synapsen dürfte zudem Platz und Energie sparen, da beides im Gehirn zu einem Großteil von den Verbindungsstellen benötigt wird. Tagsüber werden durch die Aufnahme von Informationen Synapsen im Gehirn gestärkt oder neu angelegt. Schlaf senkt diese tagsüber gestiegene Aktivität der Synapsen wieder herunter und schafft so Platz für neue Informationen. Wird dieser Prozess durch Schlafmangel unterbunden, gerät das Gehirn in einen Sättigungszustand, in dem Synapsen nicht mehr ausreichend verstärkt oder neu aufgebaut werden können.
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Die Freiburger Forscher fanden zudem Hinweise für ein Prinzip, das eine dauerhafte Reizverarbeitung gewährleistet: die sogenannte homöostatische Plastizität. Sind die Synapsen durch lange Wachphasen bereits maximal aktiv, führen neue Reize oder Informationen nicht zu einer Stärkung, sondern zu einer Schwächung der Nervenzell-Verbindungen. So können neu ankommende Reize wieder normal verarbeitet werden.
Schlafstörungen und das limbische System: Ein Alarmsystem im Schlaf
Menschen mit Insomnie haben oft das Gefühl, tagsüber müde zu sein, obwohl sie objektiv lang genug schlafen. Ein Grund hierfür könnte eine veränderte Wahrnehmung des REM-Schlafes sein. Forscher haben herausgefunden, dass Menschen mit Insomnie im Schnitt kaum kürzer schlafen als gute Schläfer. Woher kommen dann die Schlafprobleme?
Eine Studie ergab, dass je länger eine Person glaubte, in der Nacht wach gelegen zu haben, desto mehr Zeit hatte sie im REM-Schlaf verbracht. Das betraf vor allem Teilnehmer mit diagnostizierter Insomnie. Der REM-Schlaf ist durch schnelle Augenbewegungen gekennzeichnet und die Phase, in der die meisten Träume stattfinden. Die Gehirnströme sind hier wieder aktiver und ähneln dem Wachzustand.
Teile des limbischen Systems sind dafür zuständig, den Körper zu alarmieren, wenn eine Bedrohung wahrgenommen wird. Menschen mit Schlafstörungen neigen eher zu einer solchen Alarmhaltung. Es wird vermutet, dass ihr Körper das Nicht-schlafen-Können oder die Erwartung dessen als Bedrohung wahrnimmt. Demnach könnten die zuständigen Bereiche im Gehirn hochaktiv sein, während die Großhirnrinde schläft.
Messungen zeigten, dass während des REM-Schlafs die elektrischen Aktivitätsmuster bei Menschen mit Insomnie verändert waren im Vergleich zu guten Schläfern. Das ohnehin bei Menschen mit Schlafstörungen sehr empfängliche Alarmsystem scheint auch im Schlaf jede kleine Störung wahrzunehmen. Infolgedessen könnte bei den Betroffenen der Eindruck entstehen, sie hätten nicht geschlafen, sondern wären wach gewesen.
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Die Auswirkungen von Schlafmangel auf das Gehirn
Schlafmangel beeinträchtigt nicht nur die Aufmerksamkeit, sondern auch die Gedächtnisleistung und Lernprozesse. Um neue Gedächtnisinhalte zu speichern, werden im Gehirn Verbindungen zwischen Nervenzellen verstärkt oder abgeschwächt. Diese Verbindung wird auch als Neuroplastizität bezeichnet. Bei einem Schlafmangel fällt diese Abschwächung aus. Die kortikale Erregbarkeit ist dauerhaft erhöht, was zu einer Beeinträchtigung der Signalübertragung führt. Neue, äußere Reize und Informationen können daher nur schlecht oder gar nicht verarbeitet werden und das Lernen fällt schwerer.
Eine Studie hat gezeigt, dass schon eine einzige Nacht ohne Schlaf das menschliche Gehirn älter erscheinen lässt. Bei den Teilnehmern zeigten Aufnahmen des Gehirns Veränderungen, die typischerweise erst bei älteren Menschen auftreten. Die gute Nachricht: Ein anschließender Erholungsschlaf macht die Veränderungen rückgängig.
Schlaf und Gehirnalterung
Schlaf ist für den Menschen zur Erhaltung der körperlichen und geistigen Gesundheit unerlässlich. Schlaf und Gehirn beeinflussen sich gegenseitig. Altersbedingte Veränderungen verschiedener Schlafmerkmale deuten darauf hin, dass eine verminderte Schlafqualität ein häufiges Merkmal des Alterns ist. Umgekehrt kann eine Schlafstörung den Alterungsprozess des Gehirns beschleunigen.
Eine Studie hat gezeigt, dass vollständiger Schlafentzug das biologische Hirnalter um ein bis zwei Jahre erhöhte. Interessanterweise unterschied sich das Hirnalter aber nach einer Nacht mit Erholungsschlaf nicht mehr vom Ausgangswert. Quasi "verjüngte" sich das Gehirn wieder.
Schlafstörungen und ihre Ursachen
Schlafstörungen können vielfältige Ursachen haben:
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- Psychiatrische Erkrankungen: Mehr als die Hälfte aller Schlafstörungen sind Vorboten oder Begleitsymptome psychiatrischer Erkrankungen, insbesondere Depressionen und Angststörungen.
- Neurologische Erkrankungen: Viele neurologische Erkrankungen, wie Multiple Sklerose, die Parkinson’sche Erkrankung, Epilepsien, Gehirntumore und der Schlaganfall führen zu erheblichen Schlafstörungen und zum Teil auch zu erhöhter Tagesmüdigkeit.
- Nächtliche Atmungsstörungen: Nächtliche Atmungsstörungen, wie das Schlafapnoe-Syndrom, betreffen einen erheblichen Teil der Bevölkerung und führen zu einer erheblichen Stressreaktion mit Ausschüttung von Stresshormonen.
- Andere Erkrankungen: Eine Vielzahl von Erkrankungen, die nicht primär das Gehirn betreffen, können indirekt erhebliche negative Wirkung auf den Schlaf haben, hierzu gehören hormonelle Erkrankungen und chronisch-entzündliche Prozesse.
- Substanzen: Alkohol behindert das Durchschlafen und vermindert insgesamt die Erholsamkeit des Schlafes.
- Umgebung und Verhalten: Lärm, die Lichtverhältnisse, die Umgebungstemperatur und bestimmte Verhaltensweisen können den Schlaf stark beeinträchtigen.
- Sorgen und Nöte: Sorgen und Nöte in Beruf und im Privatleben führen häufig zu vorübergehenden Schlafstörungen.
Was tun bei Schlafstörungen?
Bei starken Schlafproblemen empfehlen Forscher eine kognitive Verhaltenstherapie (KVT). Dies deckt sich auch mit den Empfehlungen der S3-Leitlinie Nicht erholsamer Schlaf/Schlafstörungen.
Weitere Maßnahmen zur Verbesserung des Schlafs sind:
- Regelmäßigkeit: Überprüfen Sie die Regelmäßigkeit von Wachheit und Schlafen.
- Bettliegezeiten: Verkürzen Sie die Bettliegezeiten ohne tatsächlichen Schlaf.
- Nickerchen: Vermeiden Sie Nickerchen am Tag, wenn Sie nachts nicht schlafen können.
- Bettnutzung: Reduzieren Sie Dinge, die im Bett getan werden, außer zu schlafen.
- Schlafrituale: Seien Sie kritisch gegenüber Schlafritualen, die möglicherweise nicht dauerhaft förderlich für den Schlaf sind.