Schlaf ist ein grundlegendes menschliches Bedürfnis und spielt eine entscheidende Rolle für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Er ist keine Zeitverschwendung, sondern eine Lebensnotwendigkeit. Studien belegen, dass ausreichender Schlaf unerlässlich ist, um gesund und leistungsfähig zu bleiben. In diesem Artikel werden die verschiedenen Aspekte des Schlafs beleuchtet, von den beteiligten Gehirnzentren und ihren Funktionen bis hin zu den Auswirkungen von Schlafmangel und den Gründen, warum Schlaf so wichtig ist.
Was passiert im Gehirn während des Schlafs?
Mehrere Strukturen im Gehirn arbeiten zusammen, um den Schlaf einzuleiten und aufrechtzuerhalten. Schlaffördernde Zellen im Stammhirn und der Hypothalamus, eine wichtige Koordinationszentrale, produzieren Botenstoffe, die die Aktivität der Erregungszentren drosseln. Das Gehirn sendet Signale an die Muskeln, damit sie sich entspannen. Die Zirbeldrüse im Gehirn schüttet den Botenstoff Melatonin aus, der dem Körper signalisiert, dass es Zeit ist, sich auszuruhen und den Energieverbrauch zu drosseln. Diese Prozesse werden durch Informationen über Licht und Dunkelheit gesteuert, die von den Augen an den Hypothalamus weitergeleitet werden. Schäden in dieser Zellansammlung führen dazu, dass Menschen unregelmäßig schlafen.
Der Thalamus, der im Wachzustand Informationen aus den Sinnesorganen empfängt und weiterleitet, ist in den meisten Schlafphasen ruhig, sodass der Schlaf nicht so leicht durch Äußeres gestört wird. In der REM-Schlafphase (Rapid Eye Movement), in der sich die Träume intensivieren, nimmt der Thalamus jedoch Reize wie Töne auf, die unter Umständen in die Träume eingebaut werden.
Der Schlaf verläuft nach einem festgelegten Muster: Tiefschlafphasen werden von REM-Phasen abgelöst. Diese Zyklen wiederholen sich etwa vier bis fünf Mal pro Nacht. Mit der Elektroenzephalografie (EEG) lässt sich der Schlafverlauf aufzeichnen, ohne ihn zu stören. Für jede Schlafphase gibt es charakteristische Wellenmuster. Der Schlafrhythmus des Menschen wird durch eine innere Uhr gesteuert, wobei das Tageslicht der wichtigste Taktgeber ist.
Die Rolle des zirkadianen Rhythmus
Der zirkadiane Rhythmus ist die Fähigkeit eines Organismus, seine physiologischen Vorgänge auf eine Zeit von etwa 24 Stunden zu synchronisieren. Dazu zählt als zentrales Element der Schlaf-Wach-Rhythmus. Das Zentrum für die Steuerung dieser Gehirnfunktion liegt im Hypothalamus.
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Die Bedeutung des Schlafs für die Gesundheit
Schlaf ist essenziell für die Regeneration des Körpers. Im Schlaf läuft der Körper auf Sparflamme, Herzschlag und Blutdruck sinken. Parallel werden Stoffwechselprozesse wie unser Zucker- und Fettstoffwechsel optimiert, in den Zellen laufen Reparaturprozesse ab und das Immunsystem wird gestärkt.
Wie wichtig Schlaf ist, zeigt sich oft erst, wenn er fehlt: Anhaltender Schlafmangel beeinträchtigt neuronale Prozesse und begünstigt viele Erkrankungen wie Herz-Kreislauf-Probleme oder Depressionen und erhöht die Infektanfälligkeit. Gleichzeitig steigt das Risiko für Übergewicht und einen gestörten Zuckerstoffwechsel (Diabetes mellitus). Sogar die Sterblichkeit kann durch Schlafmangel erhöht werden.
Wer schon einmal eine Nacht durchgemacht hat, hat am eigenen Leib erfahren, dass man am nächsten Tag körperlich und geistig weniger fit ist. Zwar treten die meisten gesundheitlichen Konsequenzen erst bei chronischem Schlafmangel ein, doch wirkt sich auch eine einzelne durchwachte Nacht auf viele Prozesse im Körper aus. So reicht bereits ein Schlafentzug von drei Stunden aus, um etwa die Funktion wichtiger Immunzellen herabzusetzen. Auch das Gedächtnis arbeitet bei akutem Schlafmangel schlechter und die Konzentrationsfähigkeit ist herabgesetzt.
Zehn Gründe, warum Schlaf wichtig ist:
- Schlaf stärkt das Herz: Andauernder Schlafmangel stößt Entzündungsprozesse im Körper an. Das begünstigt eine Verkalkung der Blutgefäße (Arteriosklerose), die als Hauptursache für Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall gilt. So wie Schlafmangel das Herz schädigt, schützt ausreichend Schlaf es: Schlaf hält den Blutdruck langfristig konstant, was die Gesundheit der Blutgefäße und des Herzens positiv beeinflusst.
- Schlaf hält das Immunsystem fit: Die körpereigene Infektabwehr, das Immunsystem, braucht Schlaf, um optimal zu funktionieren. Genauer genommen wird Schlaf benötigt, damit die Immunzellen in der Lage sind, Krankheitserreger zu bekämpfen. Kurzfristiger Schlafmangel beeinträchtigt beispielsweise die Funktion der sogenannten T-Zellen, die infizierte Körperzellen beseitigen und auf diese Weise verhindern, dass sich etwa ein Virus zu stark im Körper ausbreitet.
- Schlaf fördert den Muskelaufbau: Schlaf und Sport gehören zusammen: Schlaf spielt eine wichtige Rolle für den Muskelaufbau. Studien deuten darauf hin, dass die Muskelmasse stärker bei Menschen abnimmt, die maximal fünfeinhalb Stunden pro Nacht schlummern, als bei denjenigen, die sich mehr als acht Stunden Schlaf gönnen. Schlaf kann die Leistungsfähigkeit steigern.
- Schlaf verbessert die Gedächtnisleistung: Schlaflose Nächte beeinträchtigen die Konzentration und Denkleistung erheblich. Wie gut jemand schläft, beeinflusst die Leistungsfähigkeit des Gehirns, denn: Im Schlaf formt und konsolidiert sich das Gedächtnis. Erinnerungen verfestigen sich, überflüssige Informationen werden „aussortiert“.
- Schlaf senkt das Unfallrisiko: Den Schlaf zu vernachlässigen, ist in manchen Fällen lebensgefährlich - insbesondere im Straßenverkehr. Wer ständig übermüdet ist, hat eine erhöhte Unfallgefahr, denn schläfrig Auto zu fahren kann zum sogenannten Sekundenschlaf führen, einer lebensgefährlichen Einschlafattacke. In den USA passieren rund 62 Prozent aller Verkehrsunfälle aufgrund von Schläfrigkeit. Die Hälfte aller schläfrigkeitsbedingten Unfälle wird dabei von jungen Autofahrern, die 25 Jahre oder jünger sind, verursacht. Besonders gefährdet sind Schichtarbeiter auf dem Nachhauseweg: Ihr Unfallrisiko ist bis zu achtfach erhöht.
- Ausreichend Schlaf schützt vor Übergewicht: Begünstigt zu wenig Schlaf die Gewichtszunahme? Mit dieser Frage beschäftigen sich Forschende bereits seit einiger Zeit. Eine Studie aus Großbritannien deutet darauf hin, dass Erwachsene, die kurz schlafen, ein höheres Risiko für Fettleibigkeit haben. Umgekehrt haben Menschen, die mehr schlafen, tendenziell einen niedrigeren Body-Mass-Index (BMI). Diese negative Beziehung zwischen Schlafdauer und BMI lässt sich auf verschiedene pathophysiologische Ursachen zurückführen. Das sind krankheitsbedingte Veränderungen der Körperfunktionen. Dazu gehören zum Beispiel negative Auswirkungen von Schlafmangel auf den Stoffwechsel. Darüber hinaus weisen Menschen, die wenig schlafen tendenziell höhere Konzentrationen von Ghrelin, einem Hormon, das das Hunger- und Sättigungsgefühl reguliert, auf.
- Schlaf verringert das Diabetes-Risiko: Schlaf spielt eine wichtige Rolle für viele Stoffwechselprozesse im Köper - auch für den Zuckerstoffwechsel. Menschen, die weniger als viereinhalb Stunden ungestört schlafen, haben ein höheres Diabetes-Risiko. Grund dafür ist, dass der Schlafmangel die Körperzellen weniger empfindlich für den Botenstoff Insulin macht, der den Blutzucker senkt. Um dies zu vermeiden, ist es nicht nur wichtig, ausreichend viel, sondern auch ohne Unterbrechungen, bei denen der Körper vollständig aufwacht, zu schlafen.
- Schlaf schützt die Psyche: Wer schlecht schläft, riskiert, an psychischen Störungen zu erkranken oder bestehende zu verstärken. Häufige Unterbrechungen des Schlafs, wie sie zum Beispiel beim Schlafapnoe-Syndrom auftreten, führen zu Konzentrations- und Antriebsschwäche sowie Veränderungen der Stimmungen vergleichbar mit denen einer Depression. Die Psyche braucht den Schlaf daher ebenso wie der Körper.
- Emotionen verarbeiten: Jeder Mensch verbringt etwa 20 Prozent jeder Nacht damit zu träumen, selbst wenn sich die Träumenden am nächsten Morgen nicht mehr daran erinnern. Die lebhaftesten Träume finden in der REM-Schlafphase statt. Welche Aufgaben der Traumschlaf genau erfüllt, ist bisher nicht abschließend geklärt. Forschende gehen jedoch davon aus, dass Träume dem Gehirn dabei helfen, Emotionen zu verarbeiten, besonders solche aus dem Bereich der sogenannten „Tagesreste“, also emotionale Erinnerungen an die Ereignisse des Vortags. Ein guter Grund, um häufiger früh ins Bett zu gehen.
- Schlaf kann gegen Kopfschmerzen helfen: Es gibt einen Zusammenhang zwischen Schlaf und Kopfschmerzen: Drei von vier Menschen mit Kopfschmerzen leiden gleichzeitig auch unter Schlafstörungen. Dabei wird nicht nur der Schlaf durch das Hämmern und Pochen im Kopf gestört, sondern auch umgekehrt: Wer nicht ausreichend oder schlecht schläft, riskiert, mit einem dicken Schädel aufzuwachen.
Schlaf und Gedächtnisbildung
Schlaf hilft uns, besser zu behalten, was wir tagsüber gelernt haben. Aus Tierexperimenten ist bekannt, dass neue Gedächtnisinhalte im Schlaf reaktiviert werden, unser Gehirn also die Lernerfahrung noch einmal abspielt während wir schlafen. Dies führt dazu, dass neues Gedächtnis über Nacht gefestigt wird.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben mit neuen statistischen Mustererkennungsmethoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens zeigen, dass auch der Mensch im Schlaf vorher Gelerntes verarbeitet. Mit Hilfe eines Elektroenzephalogramms (EEG) untersuchten die Forscher die Hirnaktivität im Schlaf. Sie zeichneten nachts die elektrische Hirnaktivität von Versuchsteilnehmern auf, die vorher unter verschiedenen Versuchsbedingungen unterschiedliche Arten von Bildern auswendig gelernt hatten. Mit diesen Daten wurde dann eine sogenannte Support-Vektor-Maschine - ein Computeralgorithmus zur Mustererkennung - darauf trainiert, die unterschiedlichen Lernbedingungen auseinanderzuhalten. Der Algorithmus war danach in der Lage, allein aus dem Schlaf-EEG anderer Probanden zu bestimmen, welche Art von Bildern diese vor dem Schlaf gesehen haben. Anzeichen für die schlafabhängige Verarbeitung von Lerninhalten fanden die Forscher sowohl im Tiefschlaf als auch im REM-Schlaf.
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Langsame Gehirnwellen und Gedächtnis
Langsame Gehirnwellen machen Hirnrinde besonders aufnahmebereit. Nervenzellen in der Hirnrinde: Der Slow-Wave-Schlaf verstärkt die Verbindungen zwischen ihnen und unterstützt so die Gedächtnisbildung. Fachleute gehen davon aus, dass unser Gehirn im Schlaf die Ereignisse des Tages erneut abspielt und dabei die Informationen aus dem Sitz des Kurzzeitgedächtnisses, dem Hippokampus, in das Langzeitgedächtnis in der Hirnrinde verschiebt.
Besonders wichtig für diese Gedächtnisbildung sind die sogenannten „Slow Waves“: langsame, synchrone Erregungswellen in der Hirnrinde, die in der Tiefschlafphase auftreten und per Elektroenzephalogramm (EEG) messbar sind. Wissenschaftler simulierten in Gewebe der Hirnrinde die Spannungsschwankungen, die für langsame Wellen im Tiefschlaf typisch sind, und maßen dann die Reaktion der Nervenzellen. Sie fanden heraus, dass die synaptischen Verbindungen zwischen den Neuronen der Hirnrinde zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt während der Spannungsschwankungen maximal verstärkt sind.
Schlaf auf zellulärer Ebene
Die Fähigkeit zu schlafen könnte auch eine fundamentale Eigenschaft einzelner Neurone sein. Somit könnte Schlaf schon auf viel lokalerer Ebene im Gehirn beginnen - in wenigen Nervenzellen und unabhängig von höheren Regulationszentren.
Versuche ergaben, dass Zellen nach zirka zwei Wochen ein spontanes, synchrones Aktivierungsmuster zeigen. Es ähnelt dem von Neuronen im Kortex und Thalamus eines intakten Gehirns im Schlaf. Bei diesem typischen "Burst-Pause"-Muster feuern die Nervenzellen synchron, bleiben eine gewisse Zeit lang ruhig, um dann wieder synchron zu feuern. Die Default-Einstellung der Zellen in der Kultur ist daher interessanterweise "schlafen".
Einzelne Hirnregionen können sich auch in einem schlafähnlichen Zustand befinden, obwohl der Organismus noch wach ist. Das ergaben Versuche mit Probanden, die mit einem Hörspiel oder einem Fahrsimulator über 24 Stunden lang wachgehalten wurden: Bei ihnen waren in den entsprechend beanspruchten Hirnregionen lokale schlafähnliche Zustände zu sehen, obwohl sie noch ihre Aufgabe ausführten.
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Die Rolle von FLP-11 bei der Schlafkontrolle
Forscher haben entdeckt, dass ein einzelnes Gehirnsignal wie ein biologischer Schalter wirkt, der sowohl den Schlaf auslöst als auch beendet. Das Team zeigte, dass ein chemischer Botenstoff namens FLP-11 freigesetzt wird, wenn ein Schlafneuron aktiviert wird. FLP-11 aktiviert DMSR-1-Rezeptoren in zwei verschiedenen Arten von Neuronen. In Neuronen, die die Wachheit fördern, schaltet der Rezeptor diese Neuronen aus, wodurch der Wurm einschläft. In den Schlafneuronen selbst hilft derselbe chemische Botenstoff, den Wurm wieder aufzuwecken.
Gehirnclearance und Schlaf
Das Abfallbeseitigungssystem des Gehirns arbeitet bei einem gesunden Menschen automatisch im Schlaf und spült Giftstoffe und Abfallprodukte des Hirnstoffwechsels aus, indem diese Produkte entlang der Blutgefäße aus dem Gehirn heraustransportiert werden. Eine Fehlfunktion dieser Gehirnclearance kann zu einer Anreicherung schädlicher Substanzen im Gehirn und einer Fehlfunktion der Nervenzellen führen und somit die Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen begünstigen. So gibt es Hinweise, dass eine fehlerhafte Entsorgung von Abfallprodukten - einschließlich des Eiweißstoffes „Amyloid“ - eine wichtige Rolle bei der Entwicklung einer zerebralen Amyloid-Angiopathie (CAA) spielen.