Das schlafende Gehirn
Wer schläft denn da?
Schlaf ist eines unserer grundlegendsten Bedürfnisse. Erholsamer Schlaf ist vor allen Dingen eine wichtige Voraussetzung, um körperlich sowie psychisch gesund zu bleiben. Stimmt etwas mit unserem Schlaf nicht, fühlen wir uns kraftlos, gereizt und unkonzentriert, vielleicht sogar melancholisch bis depressiv.
Das Wissen darum, was während des Schlafes in unserem Gehirn geschieht, kann ausgesprochen hilfreich sein, um unsere Schlafqualität und damit unser psychisches und körperliches Wohlbefinden zu steigern. Was also geschieht, wenn wir die Augen schließen und uns ins Land der (erinnerbaren oder nicht erinnerbaren) Träume begeben?
Fakt ist: Währenddessen wir im Idealfall in unserem Bett entspannt vor uns hin schlummern, schläft unser Gehirn nicht. Nun, da es nicht mehr so wie tagsüber vornehmlich darum geht, neue Informationen und Reize aufzunehmen, ist es fleißig und gewissenhaft damit beschäftigt, das am Tag Erlebte, Gesehene, Gehörte und Gefühlte auszuwerten, zu kategorisieren und abzuspeichern. Das Gehirn wechselt des Nachts sozusagen in einen anderen neuronalen Arbeitsmodus, welcher für uns überlebensnotwendig ist.
Die Eigenrotation der Erde und der zirkadiane Rhythmus
Wie wir alle wissen, dreht sich die Erde innerhalb von 24 Stunden etwa ein Mal um die eigene Achse. Auch wenn es uns im Alltag nicht immer bewusst ist, so ist diese Rotation maßgeblich für viele physiologische Vorgänge in unserem Körper und Grundlage dessen, was wir „zirkadianen Rhythmus“ nennen – die Fähigkeit unseres Körpers, innere Prozesse auf eben diese 24 Stunden zu synchronisieren.
Der wichtigste zirkadiane Rhythmus ist der Schlaf-Wach-Rhythmus. Auf der Hand liegt zunächst, dass wir periodisch schlafen. Dabei ist die genaue Ausgestaltung des Schlaf-Wach-Rhythmus unter anderem gesellschaftlich und kulturell bedingt. So ist heute bekannt, dass die vor allem in Industrieländern verbreitete monophasische Schlafkultur im Grunde ein recht neues Phänomen darstellt und die Menschen vor der Industrialisierung offenbar eher ein biphasisches Schlafverhalten bevorzugten.
In der Regel schlafen wir, wenn die uns gegenüberliegende Hälfte der Erdkugel der Sonne zugewandt ist, und umgekehrt. Aber, abgesehen von der gesellschaftlichen und ökonomischen Praktikabilität dieses Schlafverhaltens: Welche Instanz in uns weiß, dass es klug ist, sich mehr oder weniger entsprechend dieses naturgegebenen Rhythmus zu verhalten?
Der Regulator dieses periodischen Vorgangs ist der so genannte Nucleus Suprachiasmaticus (SCN), ein Nervenkern im Hypothalamus unseres Zwischenhirns. Er befindet sich, wie auch sein Name verrät, über der Sehbahnkreuzung (Chiasma Opticum).
Der frühe Vogel fängt den Wurm?
Nicht unbedingt. Denn im Zusammenhang mit dem zirkadianen Rhythmus ist von erheblicher Bedeutung, dass verschiedene, vermutlich genetisch determinierte „Chronotypen“ eine unterschiedliche innere Taktung relativ zu ihrer Außenwelt aufweisen. Diese kann im Laufe des Lebens durchaus Veränderungen unterliegen. Statistisch gesehen kann hier, so wie z.B. bei der Körpergröße auch, in etwa von einer Normalverteilung (Glockenkurve) ausgegangen werden.
Es ist also klar anhand von Zahlen nachvollziehbar und sollte keinesfalls als Überempfindlichkeit abgetan werden, dass einige Menschen sich eher zu den Nachteulen und Morgenmuffeln, andere hingegen zu den Frühaufstehern zählen, und dass diese Eigenschaft Wohlbefinden und Gesundheit maßgeblich beeinflussen kann.
Denn: Ist es Menschen z.B. aus beruflichen Gründen nicht möglich, ihrer inneren Uhr zu folgen, schlafen sie an den für sie durch die Natur vorgegebenen idealen Zeitpunkten „vorbei“: ihr Schlaf wird weniger lang und weniger tief. Eine herabgesetzte Leistungsfähigkeit sowie Krankheitsanfälligkeit können die Folge sein. Unterschiede in unseren Schlafbedürfnissen bedürfen daher in gleicher Weise gesellschaftlicher Akzeptanz, wie wir unterschiedlich groß oder klein sind.
Melatonin - Taktgeber des zirkadianen Rhythmus
Gesteuert wird die Funktion des SCN im Wesentlichen über das Erkennen von Hell und Dunkel. Dies wiederum setzt die Produktion von Melatonin, auch bekannt unter dem Begriff „Schlaf-Hormon“, in Gang: Wird es draußen dunkel, fällt weniger Licht in unsere Augen bzw. erreicht die Netzhaut. Deren Photorezeptoren nehmen diese Information auf und übermitteln sie an den SCN. Daraufhin erhält die Zirbeldrüse - ebenfalls Teil des Zwischenhirns - die Aufforderung, den Neurotransmitter Serotonin zu Melatonin umzuwandeln.
Wird es morgens wieder hell, führt dies über den gleichen Mechanismus dazu, dass weniger Melatonin produziert wird. Gleichzeitig wird, ausgehend vom Hypothalamus, die Ausschüttung des Stresshormons Cortisol in der Nebennierenrinde angekurbelt und wir fühlen uns - vorausgesetzt unser Schlaf war ausreichend und von guter Qualität - munter und wach.
Der technische Fortschritt hat uns in Sachen Schlaf nicht unbedingt einen Gefallen getan: Sind wir des Abends zu lange elektrischem Licht, insbesondere kurzwelligem Blaulicht von Laptops, Handys oder Fernseher, ausgesetzt, verschiebt dies die Melatonin-Produktion in ungewünschter Weise auf einen späteren als den für unseren Schlaf optimalen Zeitpunkt und es fällt uns schwer einzuschlafen.
Anders als sein Spitzname „Schlaf-Hormon“ suggeriert, macht Melatonin im Übrigen nicht müde, sondern es ist notwendig zur Aufrechterhaltung des zirkadianen Rhythmus: Als Taktgeber in der neuronalen Koordination zwischen Wachen und Schlafen signalisiert es dem Körper den Beginn der Ruhephase durch Herunterregeln von z.B. Blutdruck, Körpertemperatur und Energieverbrauch.
Auch gut zu wissen:
Melatonin wird in geringeren Mengen ebenfalls von der Netzhaut des Auges sowie im Darm produziert.
In der Nacht ist der Melatonin-Spiegel bis zu zwölfmal höher als am Tag.
Die Menge des produzierten Melatonins nimmt mit zunehmendem Alter ab.
Es bedarf eines ausreichend hohen Serotonin-Spiegels, um Melatonin im rechten Maße produzieren zu können.
Serotonin wird im Volksmund auch als „Glückshormon“ bezeichnet und wird nicht nur im Gehirn, sondern auch zu einem großen Teil im Darm produziert. Im Darm produziertes Serotonin ist allerdings nicht in der Lage, die Blut-Hirn-Schranke zu passieren.
Auch die Immunabwehr wird durch Melatonin angekurbelt: Unter anderem kann es als Antioxidans freie Radikale neutralisieren und den Körper bei Entzündungen unterstützen.
Adenosin - Schlafsand für‘s Gehirn
Auch wenn die Kindheitserinnerungen an die unmittelbar einsetzende Müdigkeit beim Anblick des Schlafsand bedeckten Fernsehbildschirmes noch so schön sein mögen, so ist, wenn wir müde werden, natürlich nicht das Sandmännchen am Werke, sondern – ganz frei von kindlicher Romantik - ein „Abfallprodukt“ des Energiehaushaltes unserer Zellen: Adenosin.
Adenosin ist ein so genanntes Nukleosid und Bestandteil anderer Moleküle des Körpers wie dem Nukleotid ATP, einem zentralen Energieträger in unseren Zellen. Wird ATP, beispielsweise bei sportlicher Aktivität, verbraucht, entsteht Adenosin als „Abfallprodukt“ und sammelt sich im Gehirn an. Es dockt sodann an Adenosin-Rezeptoren an, wodurch die Ausschüttung anderer, belebender Neurotransmitter (wie z.B. Noradrenalin oder Dopamin) gehemmt und die neuronale Aktivität gemindert wird: Wir werden müde.
„Jeden Tag eine Runde um den See“ hat also nicht nur seine Berechtigung in Bezug auf Aspekte wie die Stärkung unseres Herz-Kreislaufsystems, sondern auch in Bezug auf gesundes Schlafverhalten.
Dem Schlaf kommt nun die wichtige Aufgabe zu, das tagsüber entstandene Adenosin wieder abzubauen, sodass man vereinfacht sagen kann, dass sich Adenosin entgegengesetzt zu Melatonin verhält: Wenn nachts die Melatonin-Konzentration erhöht ist, sinkt die Adenosin-Konzentration und umgekehrt.
Auch gut zu wissen:
Die müdigkeitsmindernde Wirkung von Kaffee, schwarzem Tee, Cola und Energydrinks kann dadurch erklärt werden, dass die Adenosin-Rezeptoren durch das dem Adenosin chemisch ähnelnde Koffein „fremdbesetzt“ werden: Adenosin wird bei weiterhin ungehemmter neuronaler Aktivität aus den Adenosin-Rezeptoren verdrängt.
Koffein stimuliert zudem die Ausschüttung belebender Neurotransmitter wie Noradrenalin und Dopamin.
Koffein kann die Blut-Hirn-Schranke fast ungehindert passieren. Seine biologische Halbwertzeit variiert individuell und beträgt beim Erwachsenen ca. 4-8 Stunden.
Umgekehrt kann Müdigkeit durch die Verwendung pflanzlicher Präparate, welche die Adenosin-Rezeptoren ähnlich dem Adenosin besetzen, gefördert werden.
Schlaf ist nicht gleich Schlaf
Während der Nacht werden im Schnitt 4-6 Schlafzyklen von je 90 Minuten durchlaufen, die jeweils aus 5 Schlafphasen bestehen: die Einschlafphase, leichter Schlaf, 2 Tiefschlaf-Stadien und der REM-Schlaf. Dabei sinkt der Tiefschlafanteil und steigt der REM-Schlafanteil mit fortschreitender Nacht von Zyklus zu Zyklus. Jeder Schlafphase kommt eine andere Bedeutung zu. Damit ist Schlaf nicht gleich Schlaf. Von besonderer Bedeutung sind der REM-Schlaf und der Tiefschlaf.
Der REM-Schlaf ist gekennzeichnet durch besonders lebhafte, teils skurrile, emotional aufgeladene und plastische Träume. Die Augen bewegen sich schnell hin und her (daher die Abkürzung REM – „Rapid Eye Movement“) und die willkürliche Muskulatur ist gelähmt - wahrscheinlich damit das Traumerleben nicht ausagiert werden kann. Der REM-Schlaf spielt vermutlich eine entscheidende Rolle beim Lernen, bei der mentalen Verarbeitung von Erlebtem sowie der Stressbewältigung. Trotz der intensiven Traumaktivität ist der Schläfer in der dem Wachzustand sehr nahen REM-Phase leicht zu wecken.
Daneben kommt der Tiefschlafphase eine besondere Bedeutung insofern zu, als dass diese ausgesprochen erholsam und ausschlaggebend für die körperliche Regeneration ist. So schüttet die Hypophyse im Tiefschlaf beispielsweise Wachstumshormone aus, welche für die Zellregeneration und -erneuerung, den Muskelaufbau sowie die Stärkung des Immunsystems notwendig sind. Daneben sinken Cortisolspiegel, Muskelspannung, Blutdruck, Puls und Atemfrequenz während dieser Phase auf ihr niedrigstes Niveau und somit ist die Entspannung maximal.
Auch werden während der Tiefschlafphase Informationen vom Kurzzeitgedächtnis des Hippocampus ins Langzeitgedächtnis des Neokortex übertragen. Der Schläfer ist in der Tiefschlaf-Phase, in der insgesamt nur wenig Hirnaktivität stattfindet, nur schwer zu wecken. Interessant ist, dass trotz seiner enormen Bedeutung pro Nacht lediglich 1,5 - 2 Stunden Tiefschlaf für die erforderliche Regeneration nötig sind.
Ein wesentlicher Faktor dafür, ob wir uns nach dem Aufwachen umfassend erholt oder durch und durch gerädert fühlen, ist die Frage, ob alle Schlafphasen inklusive der Tiefschlaf- und REM-Phasen durchlaufen werden konnten. Weiterhin sollten alle Schlafzyklen abgeschlossen werden und daher die Schlafdauer nach Möglichkeit basierend auf 90 Minuten-Intervallen geplant werden.
Auch gut zu wissen:
Die Menge des benötigten Schlafes ist unter anderem auch genetisch bedingt.
Nicht nur die REM-Schlafphase, sondern auch andere Schlafphasen lassen uns träumen. Allerdings fällt die Traumqualität unterschiedlich aus.
Nächtliche Putzaktion: Das glymphatische System
Erst seit wenigen Jahren ist es der Wissenschaft bekannt: das „glymphatische System“. Als Wortneuschöpfung der Begriffe „Glia“ und „lymphatisches System“ beschreibt es jenes Transportsystem, welches der Reinigung des Gehirns von zellulären Abfallstoffen des Gehirnstoffwechsels dient.
Dabei wird die Gehirnflüssigkeit über den so genannten perivaskulären Raum (einen Hohlraum um Arterien und Venen) durch das Gehirn transportiert und kann dort Abfallstoffe aufnehmen, um diese dann später über ebenfalls erst kürzlich entdeckte Lymphgefäße der Hirnhaut in das Lymphsystem des Körpers zu übergeben.
Geputzt wird Wissenschaftlern zufolge am besten während des Schlafes und speziell während der Tiefschlafphase, indem Hirnzellen schrumpfen und sich hierdurch der Zellzwischenraum für den Abtransport vergrößert.
Es kann daher vermutet werden, dass Schlafmangel und unzureichender Tiefschlaf das Risiko für die Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen wie z.B. Alzheimer, welches sich durch die Ablagerung von Beta-Amyloid-Eiweißen im Gehirn auszeichnet, erhöhen kann.
Und wofür nun das Ganze?
Trotz aller positiven Seiten des Schlafes ist wissenschaftlich tatsächlich noch immer umstritten, warum die Natur hierfür zu einer solch drastischen Maßnahme wie der regelmäßigen Ausschaltung unseres Bewusstseins greift. Schließlich ist der Schlaf verbunden mit einem Zustand höchster Wehrlosigkeit. Doch sicher ist, schlafen müssen wir alle und sollten daher alles für eine gute Schlafqualität tun.
Doch Schlaf und das "schlafende Gehirn" haben offensichtlich nicht nur eine gesundheitliche, sondern auch eine gesellschaftliche Dimension - oder wie Kurt Tucholsky sagte:
„Gebt den Menschen mehr Schlaf – und sie werden wacher sein, wenn sie wach sind.“
Sylvia Morgenstern
