Einführung
Der Schlaf ist ein fundamentaler Bestandteil unseres Lebens, der weit mehr beeinflusst als nur unsere Tagesmüdigkeit. Studien belegen, dass bereits eine unruhige Nacht Motivation, Stimmung und Gedächtnisleistung beeinträchtigen kann. Die Erforschung der komplexen Zusammenhänge zwischen Schlaf, Hirnaktivität und neurologischen Erkrankungen rückt zunehmend in den Fokus der Wissenschaft. Insbesondere die Manipulation von Träumen und die Nutzung von EEG-Technologien eröffnen neue Perspektiven für die Verbesserung des Schlafs, die Förderung der Kreativität und die Unterstützung des Lernens.
Die Bedeutung des Schlafs für die Hirngesundheit
Dr. Dr. Randolph Helfrich, Leiter der Forschungsgruppe Intrakranielle Kognitive Neurophysiologie am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) in Tübingen, betont die entscheidende Rolle der Schlafrhythmen, insbesondere des REM-Schlafs, für die Hirngesundheit und das Risiko neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie und Demenz. Seine Forschungsgruppe untersucht den Zusammenhang zwischen neurologischen Erkrankungen und der Hirnaktivität im Schlaf, um krankhafte Veränderungen im Gehirn frühzeitig festzustellen.
Schlafrhythmus und Demenz
In einer Studie aus dem Jahr 2018 konnte Helfrichs Team zeigen, dass Gedächtnisdefizite auftreten, wenn die Schlafrhythmen eines Menschen aus dem Gleichgewicht geraten und bestimmte Gehirnregionen nicht mehr richtig miteinander kommunizieren können. Bei Patientinnen und Patienten mit einer Vorstufe zu einer dementiellen Entwicklung wurde festgestellt, dass die für die Gedächtnisbildung verantwortlichen Hirnareale zwar noch gut funktionieren, aber ihr Zusammenspiel gestört ist. Nur bei optimalem Zusammenspiel dieser Schlafrhythmen können neue Erinnerungen abgespeichert werden.
Die Rolle des REM-Schlafs
Die aktuelle Forschung von Helfrichs Team hat gezeigt, dass die sogenannte REM-Schlafphase ("Rapid Eye Movement") eine entscheidende Rolle bei der Gedächtnisbildung spielt. Der REM-Schlaf, der auch als "paradoxer Schlaf" oder "Traumschlaf" bezeichnet wird, zeichnet sich durch eine Gehirnaktivität aus, die der eines wachen Gehirns ähnelt.
Regulation der neuronalen Übererregung
Der REM-Schlaf trägt dazu bei, die Erregbarkeit oder neuronale Übererregung, die man über den Tag während des Lernens ansammelt, wieder herunterzuregulieren. Während wir wach sind und Informationen aufnehmen, häuft das Gehirn diese Informationen an. Nachts, während des Schlafs, müssen diese vielen Informationen wieder aussortiert und aufgeräumt werden. Wenn man nicht schläft, wird dieser Prozess nicht umgesetzt. Eine Nacht ohne Schlaf kann einer der stärksten Auslöser eines epileptischen Anfalls sein, weil das Gehirn sich nicht wieder ausbalancieren konnte.
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Implikationen für Epilepsiepatienten
Epileptische Anfälle kommen selten aus dem REM-Schlaf, sondern überwiegend aus dem Non-REM-Schlaf. Regelmäßiger Schlaf zu festen Zeiten ist protektiv, da er den Schlafzyklus stabilisiert.
Schlafstörungen als Frühwarnzeichen
Veränderungen des Schlafes lassen sich bereits Jahre vor dem Auftreten von Alzheimer, Parkinson oder Epilepsie beobachten. Schlafstörungen sind oft eine Folge von Veränderungen im Gehirn, die noch so klein sind, dass man sie mit den bloßen Augen nicht erkennen kann. Daher ist es sinnvoll, Instrumente zu entwickeln, um diese Veränderungen frühzeitig zu erkennen.
Therapieansätze und Zukunftsperspektiven
Medikamentöse Interventionen
Die verfügbaren Schlafmittel sind oft Sedativa, die einen schlafähnlichen Zustand erzeugen, aber keinen physiologischen, richtigen Schlaf herstellen. Zukünftige Medikamente oder Medikamentenkombinationen sollten den physiologischen Schlaf nachbauen und auch den REM-Schlaf wiederherstellen. Dies impliziert, dass man versucht, die REM-Zyklen, die sonst alle 90 Minuten im Rahmen des normalen Nachtschlafs von selbst ablaufen, nachzuvollziehen oder nachzubauen.
Elektrische Interventionen
Das Gehirn kommuniziert in seiner eigenen Sprache elektrisch. Nervenzellen feuern in Verbünden, und das EEG misst elektrische Muster. Durch eine elektrische Manipulation von außen oder innen könnte man versuchen, Schlafmuster wieder herzustellen und die Sprache des Gehirns zu imitieren. Eine Studie mit Parkinson-Patienten, bei denen eine tiefe Hirnstimulation stattfindet, untersucht, ob es in Zukunft möglich sein könnte, gestörte Hirnrhythmen mit dieser elektrischen Stimulation wieder in den richtigen Takt zu bringen und dies als Therapie zu nutzen.
Selbstoptimierung und Behandlung altersbedingter Veränderungen
Die Nutzung des Schlafs zur Selbstoptimierung und zur frühzeitigen Behandlung altersbedingter Veränderungen, die noch keinen Krankheitswert haben, ist ein viel diskutiertes Thema. Schlafveränderungen, wie die REM-Schlafverhaltensstörung, können bereits zehn Jahre vor Krankheitsbeginn von Parkinson auftreten.
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Tipps für einen besseren Schlaf
Um für einen guten Schlaf zu sorgen, empfiehlt es sich, nicht zu spät ins Bett zu gehen, nach 16 Uhr keinen Kaffee mehr zu trinken, nicht zu viel Alkohol zu konsumieren und für eine kühle Schlafumgebung zu sorgen. Das Wichtigste ist das Abschalten, das vielen Menschen schwerfällt. Vor dem Schlafengehen sollte man keine aufregenden Filme sehen oder fernsehen, da dadurch extrem viele visuelle Informationen ins Hirn gelangen.
Manipulation von Träumen und EEG-Forschung
Die Manipulation von Träumen und die Nutzung von EEG-Technologien eröffnen neue Perspektiven für die Verbesserung des Schlafs, die Förderung der Kreativität und die Unterstützung des Lernens.
Klarträume
Klarträume sind Träume, in denen man sich bewusst ist, dass man träumt, und das Traumgeschehen beeinflussen kann. Mittels Elektroenzephalografie (EEG) können Forscher inzwischen erklären, was im Gehirn eines Klarträumers passiert. Im Stirnhirn findet sich eine vermehrte Aktivität im 40-Hertz-Bereich, dem sogenannten Gamma-Band. Dieses Stirnhirn funktioniert beim Klarträumer als Aufpasser, der die Kontrolle über andere Hirnbereiche behält.
Nutzung von Klarträumen im Sport
Im Leistungssport wird der luzide Traum eingesetzt, um Bewegungsabläufe zu verbessern. EEG-Untersuchungen konnten zeigen, dass Bewegungen, die im luziden Traum absolviert werden, eine Entsprechung in den motorischen Zentren der Großhirnrinde haben. Michael Schredl berichtet von Turmspringern, Skiläufern und Turnern, die sich in ihren luziden Träumen bestimmte Aktionen ihres Sports vorgestellt haben. Die Klarträumer waren nach einigen luzid-träumerischen Trainingseinheiten deutlich besser als vorher.
Techniken zum Klarträumen
Um zum Klarträumer zu werden, bieten sich mehrere Techniken an. Besonders beliebt ist die Autosuggestion, bei der man sich vor dem Einschlafen wiederholt vorsagt: „Heute Nacht werde ich einen luziden Traum haben.“ In der luziden Traumforschung bedient man sich hingegen vor allem der MILD-Technik (Mnemonic Induction of Lucid Dreams).
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Schlaf und Gedächtnis
Schlaf nach dem Lernen fördert die Verfestigung des Gelernten. Im Tierexperiment konnte durch die Ableitung der Aktivität hippocampaler Neurone gezeigt werden, dass im Schlaf ein neuronales Reprozessieren erlebter Episoden stattfindet. Neue Forschungsansätze zielen darauf ab, bestimmte Inhalte des Gedächtnisses im Schlaf zu verstärken oder abzuschwächen.
Gedächtniskonsolidierung
Die Bildung von Gedächtnis verdankt sich zwei unterschiedlichen Teilprozessen: der „Enkodierung“, also dem „Lernen“ von zu speichernden Informationen, und der darauffolgenden „Konsolidierung“ der frischen Gedächtnisspuren. In der Gedächtniskonsolidierung findet ein Selektionsprozess statt, an dessen Ende nur die relevantesten Informationen im langfristigen Speicher zurückbleiben.
Neuronale Vorgänge
Die Enkodierung von Gedächtnisinhalten funktioniert genau wie deren Abruf, also das Erinnern, am besten im aufmerksamen Wachzustand. Die Bildung von Langzeitgedächtnis ist ein dynamischer, zweistufiger Prozess, in dessen Verlauf sich die zentralnervösen Repräsentationen der erlernten Inhalte qualitativ verändern.
Schlafstadien und Gedächtnis
Der Schlaf umfasst eine wiederkehrende Abfolge verschiedener Schlafstadien, die anhand der im Elektroenzephalogramm (EEG) abgeleiteten hirnelektrischen Aktivität differenziert werden können. Die Kernschlafstadien sind der „Tiefschlaf“ und der „REM-Schlaf“. Im Tierexperiment konnte durch die Ableitung der Aktivität hippocampaler Neurone gezeigt werden, dass im Schlaf ein neuronales Reprozessieren erlebter Episoden stattfindet, jedoch nicht im REM-, sondern im Tiefschlaf.
Verbesserung der Gedächtnisleistung durch Stimulation
Ansätze, welche die in der Hirnrinde entstehenden langsamen Oszillationen durch elektrische oder akustische Stimulation direkt verstärken, scheinen Erfolg zu versprechen. Erste Studien an Gesunden und an älteren Patienten im Vorstadium einer Demenz zeigen, dass diese Stimulation die akute Langzeitgedächtnisbildung signifikant verbessert, wenn sie während endogener Tiefschlafphasen durchgeführt wird.
Manipulation von Träumen mittels Technologie
Wissenschaftler:innen manipulieren Träume und Gehirnwellen für besseren Schlaf, mehr Kreativität und nachhaltigeres Lernen. Adam Horowitz‘ Schlaflabor ist das Sofa im Büro seiner Chefin Pattie Maes, und sein Messgerät ist ein Armband sowie drei Fingerringe, die alle untereinander mit verschiedenen Kabeln sowie per Bluetooth mit einer Handy-App verbunden sind. Wenn er seine Probanden verkabelt, misst das Armband Änderungen im Muskeltonus, der Herzfrequenz und der Hautleitfähigkeit. Das genügt laut Horowitz, um neun verschiedene Einschlafstadien zu unterscheiden.
Beeinflussung der Kreativität
Nachdem Horowitz mit der gleichen Methode 25 Probanden von Bäumen träumen ließ und sie anschließend eine kreative Geschichte schreiben sowie einen Kreativitätstest absolvieren ließ, waren ihre Geschichten im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, die lediglich im wachen Zustand an Bäume gedacht hatte, kreativer.
Festigung gelernter Inhalte
Studien und Experimente zeigen, dass frisch gelernte Inhalte im Schlaf gefestigt werden, wenn Probanden beispielsweise mit einem Ton im Schlaf an das Gelernte „erinnert“ werden. Björn Rasch, Schlafforscher und Psychologe der Université de Fribourg, hat ein Experiment variiert, indem er Probanden vor dem Einschlafen Bilder zeigte und sie am nächsten Morgen fragte, an welche sie sich erinnerten. In der Tat erinnerten sich Probanden an mehr der Bilder, wenn sie im Tiefschlaf davon träumten.
Verbesserung des Tiefschlafs
Forscher versuchen, den Tiefschlaf bei Menschen zu beeinflussen, um das Lernen zu verbessern. Eine Technik namens „auditory closed loop stimulation“, bei der Schlafenden leise Klicks vorgespielt werden, wenn ihr Gehirn gerade eine Tiefschlafwelle produziert, hat es dabei schon auf den Markt geschafft.
Lernen im Schlaf
Katharina Henke von der Universität Bern spielte 2018 41 Freiwilligen während eines Nachmittagsschlafs 48 Wortpaare vor. Am nächsten Morgen konnten sich die Probanden zwar nicht aktiv an die Phantasiewörter erinnern, wurden sie aber gefragt, welches von ihnen beispielsweise in einen Schuhkarton passt, konnten sie das besser einschätzen als eine Kontrollgruppe.
Beeinflussung von Träumen durch Düfte
Schredl hat bereits 2008 Träume mittels verschiedener Duftstoffe beeinflusst. So waren die Träume von Personen, die im Schlaf Rosenduft rochen, mit positiveren Emotionen verbunden, während Probanden, die Schwefelwasserstoff rochen eher negative Emotionen im Traum hatten.
Imagery Rehearsal Therapy (IRT)
Imagery Rehearsal Therapy (IRT) ist eine bekannte und wirksame Behandlung für Alpträume, bei der Patient*innen einen neuen, neutralen oder positiven Ablauf zu ihrem ursprünglichen Alptraum entwickeln und sich diesen neuen Traumablauf dann abends vor dem Zubettgehen vorstellen. Neue Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Wirkung von IRT noch verstärkt werden kann, wenn man die Vorstellung des neuen Traumablaufs (auch Imagination genannt) im Schlaf reaktiviert. Diese Reaktivierung kann beispielsweise durch einen Duft geschehen, der sowohl während der Imagination des neuen Traumablaufs als auch im Schlaf freigesetzt wird.
Funktionelle Bildgebung im Schlaf
Funktionelle bildgebende Methoden bieten eine hervorragende Möglichkeit, beim Menschen dynamische Prozesse der Reiz- und Informationsverarbeitung im Schlaf zu untersuchen. Für diese Studien wurde am Max-Planck-Institut für Psychiatrie eine Methode etabliert, die gleichzeitig die Messung von Gehirnströmen (EEG) und die Durchführung der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) im Schlaf erlaubt.
Akustische Reizverarbeitung im Schlaf
Akustische Reize erzeugen - in Abhängigkeit vom jeweiligen Schlafstadium - differenzierte regionale Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsmuster in kortikalen und subkortikalen Gehirnarealen, sodass Rückschlüsse auf den Prozess der Reizverarbeitung im Schlaf möglich sind.
EEG/fMRT-Untersuchungen im Schlaf
Die simultane Messung von EEG und fMRT bietet eine hervorragende Möglichkeit, zeitlich-räumliche Muster der Reiz- und Informationsverarbeitung im Schlaf zu untersuchen. Zu einer genaueren Identifizierung derjenigen Hirnregionen, welche die verschiedenen Schlafphasen regulieren, ist es jedoch sinnvoll, auf die akustische Stimulation als Paradigma der Aktivierung zu verzichten und die verschiedenen Schlafstadien bzw. deren spezifische EEG-Spektraldaten der statistischen Analyse direkt zugrunde zu legen.
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