Von Richard Friebe
Was während des Schlafens im Gehirn vor sich geht, erforschen Wissenschaftler an Probanden im Schlaflabor
22. Juni 2009 Der Pole Pjotr Wozniak ist wahrscheinlich einer der gebildetsten Menschen der Welt. Er hat ein Computerprogramm entwickelt, das dabei helfen soll, sich von Figuren in Thomas-Mann-Romanen bis hin zu Fremdsprachvokabeln alles merken zu können. Seit Jahren arbeitet er im Selbstexperiment daran, diese Technik zu perfektionieren, indem er täglich lernt, lernt und nochmals lernt.
Wenn man ihn nach allgemeingültigen Tipps fragt, worauf dabei zu achten ist, kommt einer ganz vorweg: Niemals dem Schlaf widerstehen, wenn er einen überfällt.
Dass das Gehirn Schlaf braucht, um das, was wir am Tag erlebt haben, zu festigen, also um Gelerntes abzuspeichern, ist eine der plausibleren Theorien darüber, warum wir allnächtlich offline gehen. Constantine Pavlides und Jonathan Winson von der Rockefeller University hatten 1989 in Experimenten an Ratten erstmals beobachtet, dass während des Schlafes genau jene Hirnareale aktiv waren, die auch beim Lernen am Tag beansprucht werden.
Seitdem hat sich bei Menschen wie auch bei Tieren immer wieder gezeigt: Testleistungen werden häufig dann um ein paar Prozent besser, wenn die Probanden zwischen dem Lernen und dem Test geschlafen haben.
Das „Replay“ in den Kissen
Jan Born von der Universität Lübeck, einer der bekanntesten seiner Zunft, etwa glaubt, dass Tageserlebnisse während des Schlafes im Lernzentrum des Gehirns, dem Hippocampus, noch einmal wie ein Videoband abgespielt werden.
Die Erinnerung könnte dann mittels neuer oder verstärkter synaptischer Verbindungen im Langzeitgedächtnis irgendwo in der Großhirnrinde festgeschrieben werden. Würde das im Wachzustand passieren, käme das einer Halluzination gleich.
Das Problem ist nur, dass niemand weiß, ob ein solches „Replay“ in den Kissen tatsächlich stattfindet. Außerdem funktioniert Lernen durchaus auch ohne Schlaf, manchmal eben nur nicht ganz so gut. „Der Nachweis ist noch nicht erbracht, dass die Aktivität, die man im Schlaf im Hippocampus messen kann, das am Tage Geschehene widerspiegelt und ob das dann eine aktive Rolle bei der Konsolidierung von Erinnerungen spielt“, sagt der Schlafforscher Reto Huber vom Kinderspital der Universität Zürich.
Man dürfe auch nicht vergessen, dass das eigentliche Lernen im Wachzustand passiere, auch wenn der Schlaf die Ergebnisse etwas verbessern könne.
Wissen verstärkt, Sinnloses entfernt?
So haben sich bei den Schlafforschern verschiedene Lager gebildet. Einige halten von der Idee des Lernens im Schlaf eher gar nichts, wie beispielsweise Jerome Siegel von der University of California in Los Angeles. Neben denen, die an eine Verstärkung von Erinnerungen im Schlaf glauben, gibt es auch jene, die vom genauen Gegenteil überzeugt sind.
Das Forscherpaar Chiara Cirelli und Giulio Tononi von der University of Wisconsin in Madison ist entschieden der Meinung, dass synaptische Verbindungen im Schlaf eher abgeschwächt werden. Nur besonders wichtige neue Verschaltungen blieben demnach übrig. Alles andere würde, zusammen mit der nötigen Energie und dem nötigen Platz, eingespart.
Doch beide Hypothesen müssen sich gegenseitig nicht unbedingt ausschließen. Denn warum sollte in der Nacht nicht die Informations-Spreu vom Wissens-Weizen sowohl durch das Löschen des einen als auch das Verstärken des anderen getrennt werden können?
Wer zum Beispiel einen Tag lang angeln war, wird kurz vor dem Einschlafen vielleicht den zuckenden Schwimmer auf der Wasseroberfläche vor Augen haben, am nächsten Morgen jedoch sinnvollerweise von dieser Erscheinung befreit sein. Der im Fischkunde-Buch nachgeschlagene lateinische Name für Flussbarsch, den sich der Angler am Vortag partout nicht merken konnte, fällt ihm dafür vielleicht beim Frühstück plötzlich ein.
Schlafen und Lernen verändert sich mit den Jahren
Nicht nur Begriffe und Wörter wie ein Fischname sind nach dem Schlafen besser präsent, wenn man den Ergebnissen zahlreicher Studien traut. Auch kreatives und einsichtiges Denken fällt dann leichter. Borns Arbeitsgruppe sorgte vor ein paar Jahren mit einem Experiment für Aufsehen, in dem Freiwillige für das Ordnen einer Zahlenreihe zwei Regeln genannt bekamen. Die dritte, nämlich die, dass sich nach der Hälfte der Reihe alles einfach spiegelbildlich wiederholt, wurde verschwiegen.
Diese Einsicht erschloss sich vielen Studienteilnehmern aber auch so, und das umso häufiger, wenn sie nach dem Üben mit Regel eins und zwei erst einmal geschlafen hatten.
Solche Befunde sind nicht nur interessant, sie zeigen auch, wie unausgeschlafen man wahrscheinlich sein muss, wenn man glaubt, der Schlaf hätte für das Gehirn nur eine einzige Funktion. Er könnte nicht nur die unterschiedlichsten oder auch einmal gar keine Funktionen für die verschiedensten Hirnareale mit ihren verschiedensten Aufgaben haben.
In verschiedenen Lebensphasen schlafen und lernen Menschen zudem unterschiedlich. „Das kann die sich teilweise widersprechenden Ergebnisse von Experimenten erklären, je nachdem, ob sie mit jungen Menschen, Alten, Kindern oder auch Menschen mit Erkrankungen des Nervensystems durchgeführt wurden“, sagt Reto Huber.
Deltawellen machen es sich einfach
Giulio Tononi hat den Glauben an nur eine einzige Hauptfunktion und eine alles umfassende Erklärung des Phänomens Schlaf einmal „romantisch“ genannt. So bezieht sich seine These vom Gleichgewicht beim Auf- und Abbau der Synapsen auch nur auf den „Slow-Wave Sleep“ (SWS), eine traumfreie Schlafphase, in der sich bestimmte, langsame Deltawellen über das Gehirn ausbreiten. Tononi und Cirelli vermuten, dass diese langen Wellen notwendig sind, um die Synapsen zwischen den Nervenzellen herunter zu regulieren.
Jüngere Ergebnisse zeigen, dass Probanden, deren SWS-Phasen automatisch gestört werden, ohne sie dabei aber aufzuwecken, auch nicht die typischen Verbesserungen in Lerntests zeigen. Zudem sind die Wege, auf denen sich die langsamen Wellen im Gehirn ausbreiten, meist solche, die jene Hirnareale miteinander verbinden, die schon vorher beim Lernen beansprucht wurden.
Der Grund dafür, sagt Reto Huber, könnte wiederum schlicht sein, dass Deltawellen sich den einfachsten Weg suchen, den über die am leichtesten erregbaren Areale. Vielleicht, und das würde dann wieder zur These der Forscher aus Wisconsin passen, löst das aber in genau diesen Arealen jenes ordnende Beschneiden der Synapsenhecke aus, das den Lerneffekt verstärkt.
Um herauszufinden, ob das so ist, auch um die Frage zu klären, ob es tatsächlich ein „Replay“ im Hippocampus gibt, müssten sich die Schlafforscher jetzt nur noch ein paar sehr kreative Experimente ausdenken. Und weil Kreativität ja offenbar auch über Nacht kommt, kann man ihnen eigentlich nur einen gesunden Schlaf wünschen. Und bloß keine langen Nächte im Labor.
Text: F.A.S.
Bildmaterial: picture-alliance / dpa/dpaweb
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