Schlaf: Das größte Meisterwerk der Biologie

Schlafzyklen und Schlafphasen – das passiert, während wir schlafen

Schlaf wurde lange Zeit als eine Art einheitlicher Zustand wahrgenommen, der nur die Wiederherstellung unserer Fähigkeit bedeutete, wach und wachsam zu bleiben. Man konnte nicht erklären, warum der Körper Schlaf braucht, um dies leisten zu können. Aber heute wissen wir es besser.

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Dank des technologischen Fortschritts und solider Forschungsarbeit ist es der Wissenschaft in den letzten Jahrzehnten gelungen, die biologische Komponente des Schlafes abzubilden und viele seiner unzähligen Funktionen zu verstehen. Schlaf hat sich als das vielleicht facettenreichste, intelligenteste und faszinierendste Meisterwerk der Biologie erwiesen.

Der Aufbau des Schlafes

Viele Menschen haben wahrscheinlich bereits gehört, dass Schlaf aus verschiedenen Zyklen besteht. Eine gute Nachtruhe umfasst oft fünf Zyklen von jeweils etwa 90 Minuten, von denen jeder Zyklus wiederum aus einer Reise durch mehrere verschiedene Schlafphasen besteht. Jede Schlafphase ist durch eine bestimmte Art von Gehirnaktivität gekennzeichnet, die spezielle Funktionen erfüllt.

Eine solche Schlafphase ist der REM-Schlaf – in diesem Zeitraum finden unsere lebhaftesten Träume statt. Die Phase ist durch hochfrequente und unsynchronisierte Aktivität in großen Teilen des Gehirns gekennzeichnet, die der im Wachzustand vorherrschenden Gehirnaktivität sehr ähnlich ist.

Der REM-Schlaf findet am Ende jedes Schlafzyklus statt. Je länger die Nacht, desto größer ist der Anteil des REM-Schlafs in einem Schlafzyklus.

Die anderen Schlafphasen werden NREM 1, 2 und 3 genannt. Die Zahl gibt an, wie tief der Schlaf ist (3 ist am tiefsten) – je tiefer der Schlaf, desto niedriger ist die Frequenz und desto höher ist der Grad der Synchronizität der Gehirnaktivität.

Der Schlaf beginnt mit einer kurzen Sequenz von NREM 1, die Gehirn und Körper dabei hilft, sich auf einen tieferen Schlaf vorzubereiten. NREM 2 macht normalerweise etwa 50 Prozent der gesamten Schlafzeit aus, aber der größte Teil dieser Zeit kommt in den späteren Schlafzyklen.

Zu Beginn einer Nacht wird stattdessen NREM 3 priorisiert.

Die Schlafphasen werden nicht nur dadurch reguliert, wie lange wir schlafen, sondern auch durch unseren Tagesrhythmus. Wenn wir beispielsweise normalerweise acht Stunden schlafen und eines Morgens zwei Stunden früher als gewohnt aufwachen, haben wir 25 Prozent unseres gesamten Schlafes verloren. Da der REM-Schlaf jedoch meistens in den letzten Phasen der Nacht stattfindet, verlieren wir in diesem Fall so viel wie 60–90 Prozent der Gesamtmenge des REM-Schlafes.

Gleiches gilt umgekehrt: Wenn wir 2 Stunden später als gewöhnlich einschlafen, aber dennoch zu ihrer gewohnten Uhrzeit aufstehen, verlieren wir einen großen Teil des Tiefschlafes. Da verschiedene Schlafphasen völlig unterschiedliche Funktionen haben, kann ein kleiner Schlafentzug im Laufe der Zeit schwerwiegende Folgen haben. Das Problembild kann mit einer unausgewogenen Ernährung verglichen werden: Wenn wir z. B. nur Kohlenhydrate und Eiweiß zu uns nehmen, bekommen wir ernsthafte Probleme, weil der Körper Fett für mehrere entscheidende Prozesse benötigt.

REM-Schlaf verarbeitet unsere Gefühle und Emotionen

In Träumen werden emotional aufwühlende oder beunruhigende Erfahrungen überarbeitet, dies jedoch ohne die Freisetzung des Stresshormons Noradrenalin, das der Erfahrung ihre emotionale Aufladung verleiht. Auf diese Weise heilt der REM-Schlaf unsere seelischen Wunden und sorgt dafür, dass wir in Zukunft nicht mehr so stark und negativ auf Dinge reagieren.

Soziale Fähigkeit

Das Lesen von Gesichtsausdrücken ist entscheidend für unser Verständnis der Absichten und Stimmungen der Menschen um uns herum – etwas, das unser eigenes soziales Verhalten in hohem Maße beeinflusst. Angemessener und qualitativ hochwertiger REM-Schlaf kalibriert die Fähigkeit, Gesichtsausdrücke zu lesen.

Bei einem Mangel an REM-Schlaf nehmen wir falsche Interpretationen in eine negative Richtung vor, was bedeutet, dass wir Gesichter leichter als bedrohlich und abstoßend empfinden können. Dies kann dazu führen, dass wir uns ganz ohne Grund feindlich gegenüber unserer Umgebung einstellen.

Kreativität und Fähigkeit zur Problemlösung

Träume können oft als verrückt, weit hergeholt und manchmal als völlig zufällig zusammengesetzt erlebt werden. Jetzt glaubt die Wissenschaft zu verstehen, warum. Während des REM-Schlafes werden die Erfahrungen des vergangenen Tages auf eine Weise in alte Erinnerungen integriert, wie wir es im Wachzustand niemals tun würden. Die vorderen Teile der äußeren Gehirnschicht, die für rationales Denken verantwortlich sind, sind während des REM-Schlafes tatsächlich fast vollständig abgeschaltet.

Daher können Erfahrungen, die mit unserer Wachlogik niemals verbunden wären, integriert werden und uns kreative Ideen, intelligentere Lösungen und neue Perspektiven auf Dinge geben. Auf diese Weise helfen Träume, uns kreativer zu machen und unsere Fähigkeit zur Problemlösung erheblich zu verbessern.

NREM 2 und Schlafspindeln

Zukünftige Gedächtnisfähigkeit

Während der niederfrequenten synchronisierten Gehirnaktivität, die mit NREM 2 einhergeht, entstehen sogenannte Schlafspindeln. Schlafspindeln sind kurze Ausbrüche intensiver elektrischer Aktivität, die 11 bis 16 Mal pro Sekunde auftreten. Wissenschaftliche Experimente haben gezeigt, dass ein Nickerchen am Mittag unsere Fähigkeit erhöht, am Nachmittag neue Dinge zu lernen. Ebenso erhöht eine gute Nachtruhe die Speicherkapazität für den nächsten Tag. Als Forscher die Gehirnaktivität in diesen Studien untersuchten, stellten sie fest, dass die Anzahl der Schlafspindeln während NREM 2 entscheidend dafür war, wie stark sich die Gedächtnisfähigkeit verbesserte.

Speicherpriorisierung

Die Anzahl der Schlafspindeln während NREM 2 ist entscheidend für unsere Fähigkeit, die Erinnerung an Dinge zu stärken, die wir für wichtig halten, und Dinge zu vergessen, die wir für unwichtig halten. Wenn wir im Wachzustand das Gefühl haben, dass ein bestimmter Eindruck wichtig ist, und dann mit qualitativ hochwertigem und ausreichendem NREM 2 gut schlafen, wird der Schlaf unter den heutigen Erfahrungen aussortieren und zusätzliche Anstrengungen unternehmen, um die Erfahrungen zu speichern, die wir für wichtig erachteten. Absolut faszinierend!

Das Fähigkeitsgedächtnis

Ein weiterer Effekt, den NREM 2 und die Schlafspindeln auf die Erinnerung haben, betrifft das Fähigkeitsgedächtnis. Es ist das Gedächtnis, das bei komplexen Muskelbewegungen verwendet wird, z. B. beim Erlernen eines Instruments, beim Sport, beim Spielen von Computerspielen oder bei chirurgischen Eingriffen. Die Schlafspindeln konzentrieren sich besonders auf die Bereiche des Gehirns, die tagsüber stimuliert wurden, und stellen sicher, dass die Bewegungen, an denen wir beteiligt sind, gefestigt und automatisiert werden.

Es sollte erwähnt werden, dass es sich hierbei mitnichten nur um einen kleinen Effekt handelt. Eine Studie hat gezeigt, dass wir, wenn wir abends eine Bewegungssequenz erlernen und diese 12 Stunden später nach einer guten Nachtruhe durchführen, wahrscheinlich 20 Prozent schneller und 35 Prozent genauer sind, als wenn wir dieselbe Sequenz morgens lernen und dann zwölf Stunden später am Abend testen.

NREM 3 und Lernen

Faktenbasierter Speicher

Der tiefe NREM 3-Schlaf hat sich als so entscheidend für die faktenbasierte Speicherung von Erinnerungen erwiesen, dass Forscher allein anhand der Menge und Qualität dieser Schlafphase vorhersagen konnten, wie viele korrekte Antworten Studienteilnehmer bei einem von ihnen untersuchten Test erhalten werden, für den sie am Tag zuvor gelernt hatten. So wie niederfrequente AM-Radiowellen längere Strecken als FM-Wellen zurücklegen können, kann niederfrequente NREM 3-Aktivität kürzlich erlebte Ereignisse, die vorübergehend im Kurzzeitgedächtnis gespeichert sind, zu entfernten Teilen des Gehirns transportieren, um sie dann dauerhaft im Langzeitgedächtnis zu speichern.

Alzheimer-Erkrankung

Alzheimer ist eine Krankheit, bei der sich eine der Proteinablagerungen im Gehirn, die während der täglichen Aktivität aus den Nervenzellen freigesetzt werden, das sogenannte Beta-Amyloid, in bestimmten Teilen des Gehirns als Plaque ansammelt und die umgebenden Nervenzellen abtötet. Diese Krankheit ist auf mindestens drei verschiedene Arten mit tiefem NREM 3-Schlaf verbunden. Einer der Orte, an denen sich Beta-Amyloid am meisten ansammelt, ist der Bereich, aus dem NREM 3-Aktivität erzeugt wird. Dies trägt dazu bei, dass fast jede an Alzheimer erkrankte Person auch an einem Mangel an Tiefschlaf leidet.

Eines der wichtigsten Merkmale des Tiefschlafes ist, dass er im Vergleich zu tagsüber die 10- bis 20-fache Reinigung des Gehirns von Rückständen bewirkt. Dies wird erreicht, indem bestimmte Zellen im Gehirn während der Tiefschlafphase um bis zu 60 Prozent schrumpfen, wodurch das Drainagesystem des Gehirns leichter zugänglich ist und alle Restsubstanzen ausgespült werden können. Ohne hochwertigen und ausreichenden Tiefschlaf verbleiben bestimmte Rückstände im Gehirn und können zur Entwicklung von Krankheiten wie Alzheimer beitragen.

Wie oben erwähnt, ist Tiefschlaf für die Speicherung unserer Erinnerungen absolut entscheidend. Und die neuesten Untersuchungen zu Alzheimer legen nahe, dass die Gedächtnisprobleme, die diese Krankheit charakterisieren, genau durch den Mangel an Tiefschlaf verursacht werden.

Das sympathische Nervensystem und Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Unzureichender oder minderwertiger Schlaf führt zu hohem Blutdruck und vervielfacht das Risiko für Atherosklerose in den Koronararterien. Dies ist bei Menschen, die weniger als sechs Stunden pro Nacht schlafen, mit einem erhöhten Risiko für Herzinfarkt oder Schlaganfall verbunden, im Vergleich zu Menschen, die sieben bis acht Stunden pro Nacht schlafen.

Wenn wir nicht genug Schlaf bekommen und besonders, wenn es an Tiefschlaf mangelt, wird unser sympathisches Nervensystem überaktiv. Das sympathische Nervensystem ist das Kampf- und Flucht-System des Körpers, das uns evolutionär geholfen hat, mit gefährlichen Situationen umzugehen. Ist dieses System aktiviert, werden Stresshormone ausgeschüttet, während Blutdruck, Herzfrequenz und Atemfrequenz ansteigen.

Das System ist so konzipiert, dass es in Notfällen nur für eine begrenzte Zeit aktiv ist. Solange wir jedoch Schlafmangel aufweisen, ist das System bis zu einem gewissen Grad weiterhin aktiv, was schließlich zu ernsthaften Problemen führen kann, einschließlich für das Herz-Kreislauf-System.