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Hirnforschung, was kannst du? : Schlaf kann ein Neuanfang sein

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Der (nächtliche) 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“, in dem phasenweise „rapid eye movements“ auftreten. Unter Bezugnahme auf die zunächst von Freud postulierte Annahme, das im REM-Schlaf verortete Träumen stelle eine Art Reprozessieren erlebter Episoden dar, vermutete man anfänglich, dass Gedächtnis vor allem in diesem Schlafstadium gebildet wird. Diese Vorstellung ist allerdings nach heutigem Erkenntnisstand nicht haltbar. Fraglich ist zunächst, ob wir im REM-Schlaf überhaupt träumen, oder ob Traumerlebnisse nicht eher während des Erwachens aus dem REM-Schlaf generiert werden. Wichtiger noch: Im Tierexperiment konnte durch die Ableitung der Aktivität hippocampaler Neurone gezeigt werden, dass im Schlaf in der Tat ein neuronales Reprozessieren erlebter Episoden stattfindet, jedoch nicht im REM-, sondern im Tiefschlaf. So werden in diesem Schlafstadium dieselben neuronalen Muster im Hippocampus reaktiviert, die sich beim vorhergehenden Lernen (etwa eines Wegs durch ein Labyrinth) herausgebildet haben: Es kommt zu einem „Replay“ der neuronalen Repräsentation, und dieses neuronale Wiederabspielen scheint sich in derselben Weise auch während des menschlichen Tiefschlafs zuzutragen.

Schlaf nützt dem Langzeitgedächtnis

Der neuronale Replay steht im Zentrum der gegenwärtigen Theorien darüber, wie Schlaf durch einen „aktiven System-Konsolidierungsprozess“ die Bildung von Langzeitgedächtnis fördert. Die Konsolidierung findet dabei auf der Basis eines Dialogs zwischen Hirnrinde und Hippocampus statt: Beim Lernen im Wachzustand werden die Informationen einerseits in Neuronennetzwerken der Hirnrinde, gleichzeitig aber auch (zumindest was bestimmte episodische Aspekte angeht) in hippocampalen Netzwerken enkodiert. In darauffolgenden Tiefschlafperioden kommt es zu wiederholten Reaktivierungen dieser frisch enkodierten hippocampalen Repräsentationen, bei denen hohe, langsame EEG-Wellen, sogenannte „slow oscillations“, die das hervorstechendste Merkmal des Tiefschlafs sind, eine entscheidende Rolle spielen. Diese Wellen entstehen in der Hirnrinde und lassen weite Teile des Gehirns, einschließlich des Hippocampus, mit einer Frequenz von etwas unter 1 Hz zwischen Phasen erhöhter neuronaler Erregbarkeit (up-states) und verminderter Erregbarkeit (down-states) schwingen. Mit den up-states signalisiert die Hirnrinde dem Hippocampus ihre erhöhte Erregbarkeit und Bereitschaft, vom Hippocampus gesendete Gedächtnisinformationen aufzunehmen, um den hippocampalen Replay frischer Gedächtnisrepräsentationen anzustoßen. Entsprechend treten die neuronalen Reaktivierungen immer während eines up-state der slow oscillation auf. Die up-states der langsamen Wellen setzen darüber hinaus Mechanismen wie im Thalamus generierte EEG-Spindeln in Gang, welche die Übertragung der reaktivierten Gedächtnisinformation zur Hirnrinde und vermutlich auch deren längerfristige Einspeicherung in die entsprechenden Neuronennetzwerke befördern.

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