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

  • -Aktualisiert am

Replay neuronaler Repräsentationen ist auch im Wachzustand zu beobachten, etwa in kurzen Verschnaufpausen einer Ratte beim Erkunden eines Labyrinths. Warum muss das Gehirn dann überhaupt schlafen, um Gedächtnis zu verfestigen? Der Replay im Tiefschlaf findet in einem einzigartigen neurochemischen Milieu statt, in dem zum Beispiel die Konzentrationen des Stresshormons Kortisol und die Freisetzung des Neuromodulators Acetylcholin auf ein Minimum reduziert werden. Nur in diesem Milieu führt der Replay zu einem Transfer der Gedächtnisinformation in Richtung Hirnrinde.

Zentrale Rolle

Angesichts der zentralen Rolle des Schlafs für die Gedächtnisbildung liegt der Gedanke nahe, die Leistungsfähigkeit des Gedächtnisses durch Eingriffe in den Schlaf zu steigern, beispielsweise durch die Gabe von Schlafmitteln. Allerdings führen weder herkömmliche Hypnotika wie die weitverbreiteten Benzodiazepine noch neuere, auf das GABAerge Transmittersystem wirkende Substanzen zu einer echten Intensivierung des funktional entscheidenden Tiefschlafs, so dass eine Verbesserung der Gedächtnisbildung ausbleibt.

Größeren Erfolg als Pharmaka scheinen Ansätze zu versprechen, welche die in der Hirnrinde entstehenden langsamen Oszillationen durch elektrische oder akustische Stimulation direkt verstärken. So kann dem schlafenden Gehirn der Rhythmus der slow oscillations durch die Stimulation der Hirnrinde mit entsprechend pulsierenden, schwachen elektrischen Potentialfeldern gewissermaßen aufgezwungen werden.

Gezielte Manipulation?

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. Das recht bescheidene Ausmaß dieser Effekte könnte seinen Grund darin haben, dass dieses Verfahren dem Gehirn den Rhythmus von außen aufoktroyiert, ohne Rücksicht auf die zentralnervöse Eigenaktivität zu nehmen. Neuere Entwicklungen, sogenannte „closed-loop“-Stimulationsverfahren, setzen daher auf ein intelligenteres, weil adaptives Timing der Hirnwellen-Stimulation, indem sie spontan auftretende slow oscillations im Schlaf-EEG „online“ detektieren. Sobald eine langsame Welle erscheint, wird ein kurzer Stimulus – das kann ein elektrischer Impuls oder ein leiser Ton sein – „in Phase“ mit dem spontanen Rhythmus der langsamen Oszillationen appliziert. Diese phasenabhängig präsentierten Stimuli wirken auf die langsamen Schwingungen wie auf eine Schaukel, der sie stets im richtigen Augenblick einen Schubs verpassen, so dass sie an Amplitude und Dauer gewinnen. Versuche an gesunden Probanden belegen, dass solche Closed-loop-Stimulationstechniken den Schlaf-Gedächtniseffekt sehr deutlich verstärken. Zwar befindet sich dieser Ansatz derzeit noch in einer frühen Entwicklungsphase, sein immenses Potential ist allerdings schon jetzt erkennbar. Neben dem slow oscillation-Rhythmus schwingt das Gehirn in weiteren Rhythmen, welche spezifische kognitive Leistungen unterstützen, wie etwa dem mit Aufmerksamkeitsprozessen verbundenen Theta-Rhythmus. Die Closed-loop-Stimulation dieser Rhythmen könnte eine sehr viel gezieltere und wahrscheinlich auch nebenwirkungsärmere Einflussnahme auf diese Abläufe ermöglichen als traditionelle pharmakologische Interventionsmethoden.

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