Nickerchen sind wichtig fürs Denken
21. Januar 2004 Lange hatte Otto Loewi darüber gegrübelt, wie er seine Vorstellungen von der chemischen Übertragung von Nervenreizen experimentell überprüfen könne. An einem Morgen im Jahr 1921 hatte er plötzlich die zündende Idee für ein ausgeklügeltes Experiment. Die Erleuchtung war ihm über Nacht gekommen. So hat sich der in Frankfurt am Main geborene Forscher den Medizin-Nobelpreis, mit dem er 1936 ausgezeichnet wurde, sozusagen im Schlaf verdient. Auch andere Wissenschaftler verdanken der Nachtruhe viel, etwa Friedrich August Kekulé, dem 1865 beim Schlummern die Molekülgestalt des Benzols deutlich wurde. Forscher der Universitäten Lübeck und Köln wollten sich mit solchen anekdotischen Berichten aber nicht zufriedengeben. In Experimenten an rund 100 Probanden haben sie das Phänomen wissenschaftlich überprüft - und es bestätigt.
Die Versuchsteilnehmer hatten eine kniffelige Aufgabe zu lösen. Es ging darum, Zahlenreihen nach zwei vorgegebenen Regeln in mehreren Schritten neu zu ordnen. Ohne daß die Probanden davon wußten, hatten die Forscher allerdings noch eine dritte Regel eingebaut. Sobald sich diese aus dem Versuchsablauf erschloß, ließen sich die Aufgaben wesentlich schneller lösen. Um den Einfluß des Schlafs zu ermitteln, teilten die Forscher die Testpersonen in drei Gruppen ein. Nach einem ersten Training mit drei Versuchsdurchläufen durften die Probanden der einen Gruppe acht Stunden lang schlafen, ehe das Experiment fortgesetzt wurde. Die anderen Teilnehmer mußten bis dahin wach bleiben, wobei diese Phase entweder in den Tag oder in die Nacht verlegt wurde.
Der Schlaf brachte die Einsicht
Wie Jan Born und Ullrich Wagner vom Institut für Neuroendokrinologie der Universität Lübeck zusammen mit den anderen Forschern in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift "Nature" (Bd. 427, S. 304 u. 352) berichten, brachte der Schlaf häufig die Einsicht. Jene Probanden, denen man die ausgiebige Nachtruhe gegönnt hatte, erkannten am Morgen die verborgene, umgehend zur Lösung führende Regel im Durchschnitt deutlich leichter als die wach gebliebenen Teilnehmer. Die Erfolgsquote betrug 60 gegenüber 22 Prozent. Die Möglichkeit, daß Schlafentzug oder ein veränderter Biorhythmus eine Rolle gespielt haben, können die Forscher ausschließen.
Durch die Ergebnisse dürfen sich all jene Menschen bestätigt fühlen, die schon immer davon überzeugt waren, daß Schlaf klug macht. Die Bedeutung der neuen Forschungsarbeiten geht indes weit darüber hinaus. Aus dem Versuchsablauf muß man nämlich schließen, daß sich die versteckte Regel nicht von selbst infolge der zunehmenden Praxis beim Ausführen der Aufgabe ergeben konnte. Nach den Worten von Born weisen die Ergebnisse darauf hin, daß Gedächtnisinhalte im Schlaf nicht nur vertieft, sondern auch neu strukturiert werden können.
Überführung vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis im Schlaf
Während des Lernens, in diesem Fall also während der ersten Versuchsdurchgänge, erfolgt eine Zwischenspeicherung im Hippokampus. Wie man aus früheren Untersuchungen weiß, können Gedächtnisinhalte dort Tage bis Wochen verbleiben, ehe sie auf Dauer in der Hirnrinde abgelegt werden. Die nun erzielten Befunde lassen den Schluß zu, daß im Schlaf nicht nur eine Überführung vom Kurz- in das Langzeitgedächtnis stattfinden kann, sondern auch eine Anpassung des neu Erlernten an schon vorhandene Inhalte des Langzeitgedächtnisses. Demnach findet eine Umstrukturierung mentaler Inhalte statt, die neue Einsichten ermöglicht. Die Forscher aus Lübeck und Köln untersuchen jetzt, ob sich dieser Vorgang bestimmten Phasen des Schlafs zuordnen läßt.
Immer wieder müssen die Neurowissenschaftler in jüngerer Zeit erstaunt zur Kenntnis nehmen, wie wandlungsfähig das Gehirn des Menschen ist. Glaubte man lange, nur im Kindesalter würden neue Verbindungen zwischen den Nervenzellen angelegt, so hat sich inzwischen gezeigt, daß solche Prozesse lebenslang ablaufen. Doch die Wandlungsfähigkeit beschränkt sich nicht auf neue Verbindungen. Vielmehr muß auch eine andere traditionelle Vorstellung aufgegeben werden. So nahm man an, die Anatomie des Gehirns verändere sich im Erwachsenenalter nicht mehr sichtbar, außer durch alters- oder krankheitsbedingte Abbauvorgänge. Nun aber haben Forscher der Universitäten Regensburg und Jena nachgewiesen, daß durch Training sogar ein beträchtlicher Zuwachs an grauer Substanz erzielt werden kann.
Jonglieren für die Hirnforschung
Der Forschergruppe um Arne May von der Neurologischen Klinik der Universität Regensburg ging es darum, die Wirkung eines visuell-motorischen Trainings auf das Gehirn zu untersuchen. Eine Tätigkeit, bei der sowohl die Augen als auch die Hände besonders gefordert werden, ist das Jonglieren mit Bällen. Zwölf junge Erwachsene, die keine Erfahrung mit dieser artistischen Disziplin hatten, aber ein gewisses Geschick zeigten, begannen ein drei Monate dauerndes Training mit drei Bällen. Eine gleich große Gruppe diente den Forschern zum Vergleich.
Ehe das Training begann, wurden mit der Kernspintomographie virtuelle Schnittbilder des Gehirns angefertigt. Nach drei Monaten, als aus den Probanden geschickte Jongleure geworden waren, warfen die Neuroradiologen wieder einen Blick in das Gehirn. Dabei stellten sie überrascht fest, daß es zu größeren Veränderungen gekommen war. Wie die Gruppe um May in der Zeitschrift "Nature" (Bd. 427, S. 311) berichtet, hatte sich die graue Substanz in zwei Regionen des Gehirns deutlich ausgeweitet. Es handelte sich dabei um die sogenannte Area 5 im mittleren Schläfenlappen und um die linke hintere Furche zwischen oberem und unterem Seitenlappen. Beide Gebiete sind maßgeblich an der Verarbeitung visueller Reize beteiligt. Der Area 5 als Teil des visuellen Assoziationskortex obliegt das Erkennen von Bewegung im Raum. Von der hinteren Furche, Medizinern als intraparietaler Sulcus bekannt, wird indessen analysiert, wo im Raum ein bestimmtes bewegtes Objekt schon einmal gewesen ist. Beide Leistungen sind für das Jonglieren unerläßlich. So kann das Gehirn schon beim Hochwerfen des Balls berechnen, wo dieser wahrscheinlich landen wird, und die Hand rechtzeitig an die betreffende Stelle dirigieren.
Nach Abschluß des Trainings ließen die Probanden ihre Jonglierkünste ruhen. Drei Monate später nahmen die Forscher eine weitere Untersuchung mit der Kernspintomographie vor. Dabei stellte sich heraus, daß die graue Substanz in den zuvor stark geforderten Hirnarealen wieder deutlich kleiner geworden war, wenn auch nicht so klein wie zu Beginn des Versuchs. Das Training führte demnach zu einer vorübergehenden Vergrößerung der besonders benötigten Regionen - eine Dynamik, die bisher nicht bekannt war. Darüber, wie der Zuwachs an grauer Substanz zustande kommt, können die Forscher vorerst nur spekulieren. Vielleicht beruht er auf einer starken Zunahme an Kontaktstellen (Synapsen) und Ausläufern von Nervenzellen, vielleicht auch auf der Bildung neuer Gliazellen oder sogar Nervenzellen.
Text: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 22.01.2004, Nr. 18 / Seite 32
Bildmaterial: AP
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