Auch im Schlaf ist das Gehirn wach

Schlaf ist ein lebenswichtiges Bedürfnis, das Menschen zwingt, einen großen Teil ihres Lebens damit zu verbringen, wobei sie dann nicht in der Lage sind, mit der Außenwelt zu kommunizieren. Aktuelle Erklärungsmodelle interpretieren die so extreme Verletzlichkeit beim Schlaf als den Preis für ein optimales Lernen, denn Schlaf begrenzt externe Störungen bei der Speicherkonsolidierung und neuronale Systeme werden durch synaptisches Downscaling (synaptic downscaling) zurückgesetzt. Dennoch erzeugt das schlafende Gehirn weiterhin neuronale Reaktionen auf äußere Ereignisse und zeigt das Vorhandensein kognitiver Prozesse, die von der Erkennung vertrauter Reize bis hin zur Bildung neuer Gedächtnisrepräsentationen reichen. Man vermutet, dass die üblichen Schwellen in einen Standby-Modus treten, in dem sie weiterhin relevante Signale verfolgen und so die Notwendigkeit, die interne Speicherkonsolidierung mit der Fähigkeit, bei Bedarf schnell aufzuwachen, ausbalancieren.

Legendre et al. (2019) konnten zeigen, dass das schlafende Gehirn – die Experimente wurden während kurzer Schlafphasen während des Tages durchgeführt – sinnvolle Sprache im Vergleich zu irrelevanten Signalen durch einer Veränderung der Wellenstruktur verstärkt, wobei diese Verstärkung relevanter Reize jedoch vorübergehend ist und dann im Tiefschlaf wieder verschwindet. Offenbar trennt das menschliche Gehirn selbst im Schlaf Wichtiges von Unwichtigem, denn Probanden und Probandinnen regierten im Experiment kaum auf sinnloses Gerede, aber auf eine Stimme, die bedeutsame Inhalt geäußert hatte. Die Wirkung der Schlaftiefe konnte auf spezifische Schwingungen zurückgeführt werden, die relevante Informationen im leichten Schlaf fördern, während langsame Wellen relevante Signale im Tiefschlaf aktiv unterdrücken. So funktioniert die Auswahl der relevanten Reize auch im Schlaf weiter, wird aber durch spezifische Hirnrhythmen stark moduliert. Dieser Mechanismus ist evolutionär durchaus sinnvoll, denn relevante Signale in dieser Schlafphase verarbeiten zu können, bringt erheblichen Nutzen mit sich, etwa wenn ein rasches Wachwerden erforderlich ist.

Das Gehirn beschützt den Schlaf Schlaf führt zu einer Abkopplung des Menschen von der Außenwelt, d. h., auch wenn diese während des REM-Schlafs wieder zu Bewusstsein kommen, werden, wenn überhaupt, nur wenige Informationen von außen in den Trauminhalt aufgenommen. Koroma et al. (2020) haben den Mechanismus untersucht, mit dem das Gehirn Träume vor äußeren Einflüssen beschützt. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten: entweder baut das träumende Gehirn die Informationen der realen Welt in die Traumwelten ein oder es filtert diese gezielt heraus, um zu verhindern, dass ein Mensch durch störende Geräusche oder andere Faktoren aus dem Traum gerissen wird. Träume finden bekanntlich vorwiegend während des REM-Schlafs statt, wobei besonders der Schlaf in den Morgenstunden reich an diesen Schlafphasen ist. Während dieser Phase zeigt das Gehirn eine ähnliche Aktivität wie im Wachzustand. In einem Schlaflabor wurden Schlafenden Geschichten vorgespielt, während sie schliefen, wobei diese Erzählungen zum Teil in einer verständlichen und zum Teil in einer unverständlichen Sprache aufgenommen worden waren. Die Gehirnaktivität der Probanden wurde dabei aufgezeichnet. Es zeigte sich, dass das Gehirn während des leichten Schlafs wie im Wachzustand sinnvoller Sprache den Vorrang einräumt. Durch die Rekonstruktion der Sprache aus den elektrophysiologischen Reaktionen war deutlich, dass informatives Sprechen während des REM-Schlafs gegenüber bedeutungslosem Sprechen verstärkt wird. Doch zum genauen Zeitpunkt der Augenbewegungen wird informative Sprache im Gegenteil selektiv unterdrückt. Diese Ergebnisse demonstrieren die flexible Verstärkung und Unterdrückung von sensorischen Informationen während des REM-Schlafs und zeigen den Einfluss von Augenbewegungen auf die selektive Aussteuerung von informativen Stimuli während des Schlafs. Das schlafende Gehirn nimmt also die Geräusche der Außenwelt wahr, bewertet diese und verstärkt oder unterdrückt sie, je nach Situation, sodass das Gehirn durch diesen Mechanismus in der Lage ist, die Traumphase zu schützen.

Haar Horowitz et al. (2020) haben ein tragbares elektronisches Gerät namens Dormio entwickelt, um am Beginn des Schlafs automatisch serielle auditorische Trauminkubationen zu erzeugen, wobei während dieser hypnagogischen Phase wiederholt gezielte Informationen angeboten werden, die eine direkte Einbeziehung dieser Informationen in den Trauminhalt ermöglichen sollen. Dormio greift dabei in jene frühe Schlafphase ein, in der die Schläferin bzw. der Schläfer einen Grenzbereich zwischen Traum und Wachzustand (Hypnagogie) erlebt. Dadurch sollen die BenutzerInnen allmählich in eine immersive Welt hinübergleiten, mit all den damit verbundenen Empfindungen, etwa des Schwebens oder Fallens, wobei das bewusste Steuern der Gedanken dabei allmählich außer Kontrolle geraten soll. Zwar ähnelt diese Phase der Hypnagogie den Traumempfindungen des REM-Schlafes, doch kann man während dieses Übergangs vom Wachsein zum Schlafen immer noch Geräusche und Gesprochenes aus der realen Welt wahrnehmen und verarbeiten. Bei diesen Schlafexperimenten registrierte man über Sensoren laufend die Bewusstseinszustände, wobei in dem Augenblick, in dem die Probandin bzw. der Proband in den Schlaf hinüberdämmert, eine Software automatisch bestimmte Sätze abzuspielen beginnt. Ist die Probandin bzw. der Proband dann tatsächlich eingeschlafen, weckt ihn das System kurz auf und fordert ihn auf, zu erzählen, was ihm beim Schlafen durch den Kopf gegangen ist. Nach der kurzen Unterbrechung schläft der Proband wieder ein, um kurz darauf erneut geweckt zu werden, um von ihren Träumen zu berichten. Dieser Zyklus aus Träumen, Erwachen und Erzählen wiederholt sich mehrere Male, sodass Erinnerungsinhalte während des Schlafs dadurch in einer Weise reaktiviert werden sollen, dass sie dann als Teil der Trauminhalte in Erscheinung treten. Die bisherigen experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin, dass das System Träume tatsächlich erfolgreich zu manipulieren vermag, denn als Dormio die Probanden aufforderte, vor und während des Übergangs zum Schlafzustand an einen Baum zu denken, kamen in zwei Drittel Prozent der gesammelten Traumberichte Bäume in prominenter Weise vor, während Traumberichte einer Kontrollgruppe ohne Dormio-Einsatz praktisch keine Hinweise auf Bäume enthielten.

Literatur

Haar Horowitz, Adam, Cunningham, Tony J., Maes, Pattie & Stickgold, Robert (2020). Dormio: A targeted dream incubation device. Consciousness and Cognition, 83, doi:10.1016/j.concog.2020.102938.
Koroma, M., Lacaux, C., Andrillon, T., Legendre, G., Leger, D. & Kouider, S. (2020). Sleepers Selectively Suppress Informative Inputs during Rapid Eye Movements. Current Biology, doi:10.1016/j.cub.2020.04.047.
Legendre, Guillaume, Andrillon, Thomas, Koroma, Matthieu & Kouider, Sid (2019). Sleepers track informative speech in a multitalker environment. Nature Human Behaviour. doi:10.1038/s41562-018-0502-5.
Stangl, W. (2023, 16. Oktober). Der Schlaf ist weniger tief, als man bisher annahm. was stangl bemerkt ….
https:// bemerkt.stangl-taller.at/der-schlaf-ist-weniger-tief-als-man-bisher-annahm.
Türker, Ba?ak, Musat, Esteban Munoz, Chabani, Emma, Fonteix-Galet, Alexandrine, Maranci, Jean-Baptiste, Wattiez, Nicolas, Pouget, Pierre, Sitt, Jacobo, Naccache, Lionel, Arnulf, Isabelle & Oudiette, Delphine (2023). Behavioral and brain responses to verbal stimuli reveal transient periods of cognitive integration of the external world during sleep. Nature Neuroscience, doi:10.1038/s41593-023-01449-7.