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07. Dezember 2012

Entrückt und doch aktiv: Schlafen macht ungeheuer klug

 Von Anne Brüning
Schlafstörungen beeinträchtigen das Gedächtnis. Foto: dapd

Das Gehirn leistet nachts Erstaunliches: Emsig sortiert es alles, was wir tagsüber lernen. Diese Nachbearbeitung ist nötig, damit zum Beispiel Englischvokabeln ins Langzeitgedächtnis gelangen.

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Seufz, endlich abschalten. Augen zu und wegdämmern. Wer einen gesunden Schlaf hat, genießt diesen Zustand, vermittelt er doch das Gefühl, Abstand von allem zu gewinnen, was am Tag passiert ist. Abschalten? Von wegen. Auch wenn wir es nicht bewusst miterleben oder steuern: Das Gehirn arbeitet weiter. „Eine der wesentlichen Funktionen des Schlafes ist es, das Gedächtnis zu bilden“, sagt Jan Born von der Universität Tübingen. Der renommierte Schlafforscher hat in den vergangenen fünfzehn Jahren maßgeblich dazu beigetragen, diese Prozesse besser zu verstehen.

Früher dachte man, dass im Schlaf die tagsüber gelegten Spuren – frisch gelernte Vokabeln zum Beispiel – etwas tiefer ins Gedächtnis eingraviert werden . So einfach ist es aber nicht. „Damit frisch Gelerntes aus dem temporären Speicher des Gehirns in den Langzeitspeicher übergehen kann, bedarf es einer Umorganisation“, sagt Born. Dabei geht es darum, die neuen Inhalte einzuordnen und einzubinden in vorhandene Schemata. „Dieser dynamische Vorgang bewirkt, dass die Informationen besser abrufbar werden“, sagt Born.

Diese anspruchsvolle Arbeit findet ausgerechnet in einem Zustand statt, in dem wir am wenigsten aktiv denken. „Man kann sogar sagen, dass wir im Schlaf klüger werden – und zwar dadurch, dass wir extrahieren aus dem, was wir tagsüber in der Wachphase aufnehmen und temporär speichern“, sagt Born.

Schlafstörungen beeinträchtigen das Gedächtnis

Dass Menschen über Nacht schlau werden, hat der Forscher vor einigen Jahren in einer im Fachmagazin Nature publizierten Studie gezeigt. Sein Team ließ Probanden Rechenaufgaben lösen. Es handelte sich um Zahlenreihen, die ergänzt werden mussten. Auf den ersten Blick eine Fleißaufgabe. Kaum einer der Probanden erkannte auf Anhieb, dass dahinter eine Regel versteckt war, die die Lösung der Aufgabe erheblich vereinfacht. Nach einem achtstündigen Nachtschlaf hingegen hatten viele den Trick raus. Von denjenigen Probanden, die in der Zwischenzeit nicht schlafen durften, oder die die Aufgabe zunächst morgens und dann abends vorgelegt bekommen hatten, fand kaum einer den Kniff.


Auch Schlafstörungen beeinträchtigen das Gedächtnis. Das haben Forscher um Christoph Nissen von der Universitätsklinik Freiburg in einer aktuellen Studie herausgefunden, über die sie auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Schlafforschung und Schlafmedizin berichten, die gerade in Berlin stattfindet. Nissen und seine Kollegen baten dreierlei Probandengruppen ins Schlaflabor: Personen mit gesundem Schlaf, Personen, die unter Schlaflosigkeit leiden, und solche mit Schlafapnoe – eine Schlafstörung, bei der die Atmung phasenweise aussetzt.

Gesunde Schläfer verbessern sich über Nacht

Vor der Nacht im Schlaflabor mussten die Probanden zwei Typen von Aufgaben bewältigen: Zum einen ging es darum, sich Wortpaare zu merken wie „Meer – Delfin“ und „Küche – Koch“. Zum anderen ging es um eine motorische Fertigkeit: Die Probanden sollten eine Figur zeichnen, die sie lediglich im Spiegel sahen. „Mit den Wortpaaren haben wir das sogenannte deklarative Gedächtnis getestet, dabei geht es um verbalisierbares Wissen wie Vokabeln“, sagt Nissen. Das Zeichnen der Figur dagegen fordert das prozedurale Gedächtnis, es wird benötigt, um motorische Fertigkeiten wie Klavier oder Tennis spielen zu erlernen.

Die Freiburger Studie zeigte: Gesunde Schläfer verbesserten sich über Nacht, Schlafgestörte hingegen nicht. „Bei den schlaflosen Probanden war vor allem das motorische Lernen beeinträchtigt, bei Schlafapnoe das deklarative Gedächtnis“, berichtet Nissen. Wie dieser Unterschied zustande kommt, ist noch unklar. „Wahrscheinlich hängt es damit zusammen, dass bei diesen Krankheiten im Schlaf unterschiedliche Prozesse gestört sind“, sagt der Schlafmediziner.

Die Schwingungen werden langsamer

Die Studie brachte noch eine andere interessante Erkenntnis: Bei Gesunden korrelierte die Lernleistung mit dem Traumschlaf, auch REM-Schlaf genannt. Er ist gekennzeichnet durch schnelle Augenbewegungen: Rapid Eye Movements, kurz REM. Je mehr rasche Augenbewegungen die Probanden hatten, desto stärker verbesserten sie sich über Nacht. „Wahrscheinlich finden in dieser Phase Prozesse neuronaler Plastizität statt“, vermutet Nissen.

Dieser Aspekt der Freiburger Ergebnisse, die im Fachmagazin Journal of Sleep Research veröffentlicht wurden, passt allerdings nicht ganz in das neue Bild vom Schlaf, das Jan Born gezeichnet hat. Lange Zeit hielten Forscher den REM-Schlaf für wichtig in Bezug auf die Gedächtnisbildung. Jan Borns Arbeiten haben die Aufmerksamkeit in den vergangenen zehn bis fünfzehn Jahren jedoch auf die entrückteste Schlafphase gelenkt: den Tiefschlaf, auch Deltaschlaf genannt.

Die Bezeichnung rührt von der Messung der Hirnströme her. Während des Schlafes synchronisieren sich Nervenzellverbände, sie feuern im gleichen Takt. Mithilfe von Elektroden lassen sich die entstehenden elektrischen Ströme messen. Anfänglich haben diese Wellen eine recht hohe Frequenz, Alpha- und Thetawellen genannt. Je tiefer der Schlaf wird, desto langsamer wird die Schwingung – Deltawellen dominieren.

Wichtig für das Lernen der Grammatik

„Unsere Studien und in der Folge auch die von vielen anderen Kollegen haben eindeutig einen Zusammenhang zwischen der Gedächtnisbildung und dem Deltaschlaf gezeigt“, sagt Born. Er hat sogar beobachtet, dass ein von außen induzierter Deltaschlaf die Gedächtnisleistung merklich verbessert. Induzieren lässt sich Deltaschlaf durch Ströme, die in der Delta-Frequenz oszillieren und über Elektroden in die Hirnrinde geleitet werden.


Jan Born möchte nun im Detail herausfinden, welche Vorgänge hinter geschlossenen Lidern zur Gedächtniskonsolidierung beitragen. „Im Deltaschlaf werden vermutlich die tagsüber ins temporäre Gedächtnis aufgenommenen Inhalte neuronal reaktiviert. Das setzt die Umorganisation fürs Langzeitgedächtnis in Gang“, sagt Born. Er nimmt an, dass höhere kognitive Funktionen im Schlaf entwickelt werden. „Studien zeigen, dass zum Beispiel Sprachenlernen ohne Schlaf nicht möglich ist. Wahrscheinlich ist der Schlaf wichtig, um die grammatikalischen Regeln der Sprache zu extrahieren.“

Vokabeln lernen vor dem Schlafen hilft

Diese Hypothese steht immerhin wieder im Einklang mit Ergebnissen des Freiburger Schlafmediziners Nissen. Sein Team wollte wissen, ob die Übernahme ins Langzeitgedächtnis auch davon abhängt, zu welchem Zeitpunkt ein Inhalt im temporären Speicher des Gehirns aufgenommen wird. Die Forscher ließen jugendliche Probanden entweder um 15 Uhr oder um 21 Uhr lernen. Einmal ging es um das deklarative Gedächtnis – die jungen Leute sollten sich Wortpaare merken. Ein anderes Mal waren motorische Fertigkeiten gefragt – Tippübungen auf der Computertastatur. „Die Tippübungen waren viel effizienter, wenn sie abends stattfanden. Die Unterschiede waren deutlich und bestanden noch eine Woche nach dem Üben“, berichtet Nissen. Dagegen war nachmittags der bessere Zeitpunkt, Begriffe zu lernen. Nissen sagt: „Offenbar gibt es für diese beiden Gedächtnistypen unterschiedliche Zeitfenster.“

Sein praktischer Tipp, den er aus der Studie ableitet: Das prozedurale Gedächtnis, das zum Beispiel auch fürs Klavierspielen benötigt wird, sollte am besten abends noch einmal herausgefordert werden. „Allerdings ist das noch keine endgültige Aussage. Weitere Studien müssen zeigen, ob das späte Üben auch bei anderen Probandengruppen von Vorteil ist“, sagt Nissen. Noch weniger festlegen will sich der Freiburger, wann der beste Zeitpunkt für deklarative Aufgaben wie Vokabeln pauken ist. Auf diese Frage hat Jan Born eine Antwort: Er rät, Vokabeln morgens zu lernen und abends noch mal zu wiederholen. „Was kurz vor der Schlafphase aktiviert wird, hat bessere Chancen in der Schlafphase reaktiviert zu werden. Und für das Lernen am Vormittag spricht, dass wir am Anfang der Wachphase aufnahmefähiger sind“, erläutert der Forscher.

Mittagsschlaf wird überschätzt

Unklar ist noch, wie viel Schlaf man eigentlich benötigt, damit das Gedächtnis gut funktioniert. Nissens Untersuchungen an Jugendlichen haben zum Beispiel gezeigt, dass die Schlafmenge kaum Einfluss hat auf die Gedächtnisbildung. „Auch wenn unsere jugendlichen Probanden fünf Nächte hintereinander nur fünf Stunden schliefen, schnitten sie in den Gedächtnistests nicht schlechter ab als diejenigen, die acht Stunden schlafen durften“, berichtet Nissen. Er geht davon aus, dass zumindest Jugendliche einen begrenzten Schlafmangel gut kompensieren können.
Möglicherweise hängt das Phänomen auch mit dem Ablauf der Schlafphasen zusammen, denn der Tiefschlaf liegt vor allem in der ersten Hälfte der Nacht. „Studien zeigen aber, dass man erhebliche Vorteile für das Gedächtnis hat, wenn man ausschläft“, sagt Born.

Der vielgerühmte Mittagsschlaf wird aus Sicht der Gedächtnisforscher überschätzt. „Unsere Experimente haben ergeben, dass sich lediglich visuelle Leistungen wie Mustererkennung signifikant verbessern, wenn zwischen den Aufgaben ein 45-minütiger Mittagsschlaf liegt“, berichtet Nissen.

Schlaf ist alles andere als erholsam

Das Gedächtnis braucht also einen gesunden Nachtschlaf. Jan Born fasst den Begriff inzwischen sogar sehr weit. Er geht davon aus, dass Schlaf generell dazu benötigt wird, um Gedächtnis zu bilden. „Wir besitzen nicht nur das neuronale Gedächtnis. Das Immunsystem ist das zweite große System, das ein Gedächtnis bildet, nämlich für Antigen-Stimuli“, sagt Born. Er vermutet gleiche Prinzipien dahinter.

Erste Belege dafür hat der Forscher bereits publiziert. Demnach ist es erstaunlich wichtig, in der Nacht nach einer Impfung zu schlafen. Borns Team verpasste seinen Probanden eine Hepatitis-Impfung. Ein Teil der Probanden durfte in der Nacht danach im Schlaflabor schlafen, ein anderer Teil musste wach bleiben. „Diejenigen, die schlafen durften, hatten hinterher doppelt so hohe Antikörperkonzentrationen wie Menschen, die wach bleiben mussten. Der Unterschied, den diese eine Nacht ausgemacht hat, war noch nach einem Jahr messbar“, berichtet Born.

Er möchte nun ergründen, welcher Mechanismus hinter dem Phänomen steckt. Möglicherweise kommt der immunfördernde Effekt dadurch zustande, dass im Schlaf Hormone wie Prolaktin und Wachstumshormon ausgeschüttet werden, die das Abwehrsystem unterstützen. Bei der Hepatitis-Impfung hat sich sogar gezeigt, dass wiederum der Deltaschlaf wichtig für effiziente Abwehrkräfte ist.

Die wohlige Phase, in der wir meinen, abzuschalten, ist für einige Bereiche des Körpers demnach alles andere als erholsam. Wie gut, dass wir das nicht Nacht für Nacht mitbekommen. Sonst könnte ja keiner mehr ruhig schlafen.

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