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Abbildung von Neuronen in verschiedenen Farben, verbunden durch Synapsen.

Wenn Neuronen ein Nickerchen machen

Wer unter Schlafmangel leidet, ist oft unkonzentriert, ungeschickt und macht auch leichter Fehler. Eine Studie an Ratten liefert eine mögliche Erklärung: Einzelne Neuronen fallen kurzzeitig in einen schlafähnlichen Zustand, auch wenn die übermüdeten Tiere von außen betrachtet wach wirken.

Schlafforschung 28.04.2011

Wie wir schlafen

Wer über längere Zeit zu wenig schläft, ist nicht nur chronisch übermüdet, sondern muss auch mit gesundheitlichen Folgen rechnen. Zudem kann Schlafmangel falsche Erinnerungen verursachen, kognitive Aufgaben erschweren, das emotionale Verhalten stören sowie das Langzeitgedächtnis hemmen.

Dabei haben Forscher bis heute nicht restlos geklärt, warum Schlaf für uns so wichtig ist und was eigentlich genau passiert, wenn wir schlafen. Von außen betrachtet ist es meist relativ leicht zu erkennen, ob jemand wach ist: Die Augen sind offen, man bewegt sich und reagiert auf die Umwelt. Im Schlaf hingegen nehmen Menschen ebenso wie viele Säugetiere eine andere Körperhaltung ein, die Augen sind zu, der Atmen fließt meist ruhig und gleichmäßig und von allem: was um ihn herum geschieht, bekommt der Schlafende wenig mit.

Schlafforscher können diesen sichtbaren Unterschied mittels Elektroenzephalogramm (EEG) auch im Gehirn messen: Dabei erfassen auf der Kopfhaut befestigte Elektroden Spannungsschwankungen in den äußeren Millimetern der Hirnrinde. Damit lässt sich der Wachzustand zumindest vom sogenannten Nicht-REM-Schlaf relativ klar unterscheiden: Das ist jene Schlafphase, in der man nicht träumt und die etwa 80 Prozent des gesamten Pensums ausmacht.

Im wachen Gehirn sind die Neuronen insgesamt aktiver und feuern unregelmäßig. Beim typischen kurzwelligen Schlafmuster oszillieren die Nervenzellen relativ synchronisiert zwischen ein- und ausgeschaltetem Zustand.

Einzelne Neuronen schlafen

Zur Studie in "Nature":

"Local sleep in awake rats" von Vladyslav V. Vyazovskiy et al.

Für ihre aktuelle Studie haben die Autoren um Vladyslav V. Vyazovskiy von der University of Wisconsin-Madison nun genauer untersucht, wie Neuronen auf Schlafentzug reagieren. Dafür pflanzten sie Sonden in den parietalen und motorischen Kortex von Ratten, die die neuronale Aktivität während der ersten vier Stunden des Tages messen sollten.

Die Nagetiere sind eigentlich nachtaktiv und schlafen üblicherweise um diese Tageszeit. Mit einem Trick hielten sie die Forscher jedoch künstlich wach: Sie erhielten immer wieder neues Spielzeug, das sie vom Schlafen abhielt.

Bei zunehmendem Schlafdruck beobachteten die Forscher, wie immer mehr einzelnen Regionen, unter Umständen sogar einzelne Neuronen, kurzzeitig in einen elektrisch inaktiven Zustand fielen. Die Nervenzellen würden kurzfristig einschlafen - gewissermaßen ein kleines "Nickerchen" machen - während das Tier eigentlich wach und aktiv aussieht, was auch Messungen mittels EEG bestätigten.

Globaler oder verteilter Schlaf?

Generell wird Schlaf als umfassender Prozess betrachtet, der den ganzen Körper und somit auch das gesamte Gehirn betrifft. Erst neuere Studien zeigen, dass Schlaf- und Wachzustand oft gar nicht so klar unterscheidbar sind und der Übergang in jedem Fall fließend ist.

Auch die aktuelle Untersuchung stützt die Vermutung, dass Schlaf womöglich eher ein lokales als ein globales Phänomen sein könnte. Die Mikroschlafereignisse bei den Ratten erschienen nämlich weitgehend unkoordiniert, selbst innerhalb einer Region fielen einzelne Neuronen zu unterschiedlichen Zeiten in den Kurzschlaf. Die Ergebnisse legen sogar nahe, dass der Zustand bzw. die Aktivität einer einzelnen Nervenzelle die kleinste Einheit des Schlafs ist, wie Christopher S. Colwell von der University of California in einem begleitenden Kommentar schreibt.

Auch klinische Phänomene, wie etwa das Schlafwandeln oder andere Parasomnien, sprechen für die These, dass Schlaf etwas Lokales ist. Betroffene würden sich dabei in einer Art Zwischenzustand befinden: halb wachend, halb schlafend. Andere Beispiele für einen verteilten Schlaf sind aus der Natur bekannt: Bei manchen Vögeln oder Meeressäugetieren schläft immer nur eine Gehirnhälfte, da sie ständig in Bewegung sind.

Sichtbare Folgen

Im abschließenden Teil ihrer Studie untersuchte das Team um Vyazovskiy, ob sich die neuronalen Schläfchen auch auf das Verhalten der Ratten auswirken. Dafür trainierten sie die Tiere zuerst darauf, ein Zuckerstück mit einer Pfote zu ergattern. Die Aufgabe fiel den Tieren immer schwerer oder misslang ihnen, je häufiger der neuronale Mikroschlaf gemessen wurde. Für die Forscher ein Zeichen dafür, dass die kurzzeitigen Ausfälle durchaus sichtbare Konsequenzen haben können.

Was genau zu den regionalen Kurzschlafepisoden führt bzw. ob sie ähnlich wie bei den halbschlafenden Vögeln auch einen Nutzen haben, sei noch unklar. Die Forscher vermuten, dass sie ein Zeichen für neuronale Übermüdung sind und sich besonders beanspruchte Gehirnregionen auf diese Weise eine Auszeit verschaffen. Es wäre auch möglich, dass es sich um lokale Regenerationsprozesse handelt oder das Gehirn so Energie spart.

Eva Obermüller, science.ORF.at

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