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Vergesst, was ihr bisher über Schlaf und Wachsein dachtet

Karsten Lemm 13.11.2017

Mit implantierten Elektroden ist es Forschern gelungen, das Gehirn genauer beim Schlafen zu beobachten als je zuvor: Es ist ein unerwarteter Meister einer Art Yin-Yang-Schlafs. Und, Achtung, selbst wer sich wach fühlt, ist es nicht immer.

Stundenlang daliegen, nichts tun, ein Drittel des Lebens vergeuden – und das alles wozu? „Wir wissen es noch nicht genau“, gibt Yuval Nir zu. Selbst für Schlafforscher wie ihn bleibt es ein Rätsel, warum der Mensch – wie praktisch alle Tiere – ausgedehnte Ruhephasen braucht. Gut möglich, dass das Gehirn den Schlaf dazu nutzt, Informationen zu verarbeiten, Erinnerungen zu verfestigen und Überflüssiges zu vergessen. Es gibt auch Hinweise dafür, dass in Ruhezeiten chemische Prozesse ablaufen, die dem Nervensystem helfen, sich zu erneuern.

Sicher ist nur: Wer zu wenig schläft, schadet seiner Gesundheit. Immunkrankheiten, Diabetes, Bluthochdruck, selbst Krebs bringen Studien mit einem Mangel an Nachtruhe in Verbindung. So viel war bekannt, schon bevor Nir, ein Neurowissenschaftler an der Tel Aviv University, die außerordentliche Gelegenheit bekam, Menschen beim Schlaf direkt ins Gehirn zu schauen und zu messen, was in den Nervenzellen vorgeht, während das Bewusstsein abschaltet.

Das Ergebnis könnte unser Verständnis von Schlaf verändern: Hatten Forscher bisher angenommen, dass das Gehirn als Ganzes verschiedene Phasen der Ruhe durchlebt, fanden Nir und seine Mitarbeiter in einer neuen Studie heraus, dass Prozesse in unterschiedlichen Teilen des Gehirns stark voneinander abweichen. „Wir konnten zeigen, dass die Schlafphasen zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedlichen Bereichen des Gehirns ablaufen“, erklärt Nir.

Vom Einnicken bis zum Träumen: Auf der Falling-Walls-Konferenz erklärt Yuval Nir einen typischen Schlafzyklus

Das führt dazu, dass Nervenzellen in einigen Teilen des Gehirns eifrig elektrische Signale abfeuern, während andere still daneben liegen. In einem Vortrag auf der Falling-Walls-Konferenz am 9. November in Berlin kam der israelische Forscher zu dem Schluss: „Die herkömmliche, binäre Vorstellung davon, wie Gehirnaktivität zwischen Wach- und Schlafzuständen abwechselt, ist überholt. Es handelt sich eher um ein komplexes Yin und Yang, bei dem schlafähnliche Aktivitäten auch beim Wachsein auftreten.“

Das hat weitreichende Konsequenzen, wie Nir im Gespräch mit WIRED am Rande der Konferenz klar machte: Längst bevor Menschen bewusst wird, wie müde sie sind, ließen sich hier und da bereits Anzeichen von Schlaf im Gehirn erkennen. „Es geht nicht ums Einnicken“, sagt Nir. „Wir sprechen hier von einer früheren Phase, die graduell einsetzt, und das bedeutet: Es gibt unterschiedliche Abstufungen des Wachseins.“

Ihr Gehirn beginnt bereits, teilweise in Schlaf zu fallen, ehe Sie einnicken

Yuval Nir

Die Gefahr liege darin, dass Übermüdete ihre Fähigkeiten ofmals überschätzten: „Mal angenommen, Sie sind nachts mit dem Auto unterwegs und müde – aber Sie glauben, alles ist OK, weil Ihnen die Augen noch nicht zufallen.“ Ein Irrtum, der dramatische Folgen haben könne: „Nein, es ist nicht OK!“, sagt Nir mit Nachdruck. „Denn Ihr Gehirn beginnt bereits, teilweise in Schlaf zu fallen, ehe Sie einnicken.“

Diese Erkenntnisse verdankt Nirs Forscherteam einer ungewöhnlichen Chance, dem Gehirn von innen beim Schlafen zuzusehen. Üblicherweise können die Signale der Neuronen nur von außen gemessen werden – mithilfe von Elektroden, die bei einem EEG an der Kopfhaut angebracht werden, um den Gehirnstrom zu erfassen. Nir und seine Kollegen dagegen taten sich mit Neurologen an der UCLA in Kalifornien zusammen, die Epilepsie-Patienten behandelten.

Alle Patienten litten unter besonders schweren Symptomen der Nervenkrankheit und sprachen nicht auf herkömmliche Medikamente an. Um die Ursachen zu untersuchen, implantierten die US-Wissenschaftler jedem Patienten für mehrere Tage und Nächte bis zu zwölf Elektroden. Nirs Team nutzte die Gelegenheit, um ausnahmsweise die Gehirnaktivität aus unmittelbarer Nähe zu untersuchen – nicht, wie sonst, per EEG und damit gefiltert durch die Schädeldecke.

Der Unterschied, erklärt der Forscher, sei ähnlich, wie vor einem Fußballstadion zu stehen und aus der Ferne zuzuhören oder mitten im Geschehen zu sein. „Von außen höre ich vielleicht, wenn etwas Ungewöhnliches geschieht“, sagt Nir. Das Geschrei bei einem Tor etwa oder auch Stille, wenn sich wenig Aufregendes tut. „Schon daraus lassen sich Informationen ableiten – zum Beispiel, wie interessant ein Spiel verläuft. Aber es wäre unmöglich, Unterhaltungen zu verstehen. Wenn ich dagegen 10.000 Mikrofone im Innern aufstelle, willkürlich verteilt, dann kann ich hören, was einzelne Menschen sagen. So ähnlich ist es beim Gehirn auch.“

Was 50 Neuronen über 100 Milliarden Gehirnzellen aussagen können

Allerdings mussten sich die Schlafforscher bei ihren Beobachtungen auf weit weniger als 10.000 Sensoren beschränken. Am Ende jeder implantierten Elektrode befanden sich jeweils acht winzige, haarfeine Drähte, die Signale einzelner Nervenzellen empfangen konnten. Mit zehn Elektroden hatten die Wissenschaftler damit theoretisch die Möglichkeit, 80 Neuronen zu beobachten. Tatsächlich habe typischerweise nur die Hälfte davon Signale aufgefangen, erklärt Nir. „Das heißt, wir kamen pro Aufzeichnung auf 40 bis 50 Neuronen.“

Eine verschwindend geringe Zahl eigentlich, denn das menschliche Gehirn besitzt bis zu 100 Milliarden Nervenzellen. Und doch sind die Forscher zuversichtlich, dass sich aus ihren Tests allgemeine Einsichten ableiten lassen – auch für Menschen, die nicht an Epilepsie leiden.

Dazu vergleichen Nir und seine Kollegen die Erkenntnisse aus ihren Untersuchungen mit Versuchen an Ratten und Mäusen, aber auch EEG-Messungen gesunder Menschen. „Und nur, wenn wir überall zum selben Ergebnis kommen“, erklärt Nir, „sind wir sicher, dass Dinge, die wir bei den Epilepsie-Patienten beobachtet haben, sich auch in Ihrem oder meinem Gehirn abspielen.“

Übermüdet Autofahren ist vergleichbar mit Fahren bei Trunkenheit

Die Einsichten aus der Studie helfen den Forschern auch, herkömmliche EEG-Untersuchungen zu verfeinern: Üblicherweise würden für solche Tests im Schlaflabor nicht mehr als 20 Elektroden eingesetzt, sagt Nir. „Jetzt, da uns die Komplexität klar ist, nutzen wir 250 Elektroden und fangen an, auch dabei Unterschiede zwischen verschiedenen Gehirn-Regionen zu erkennen. Wir wissen jetzt, worauf wir achten müssen, und dadurch sehen wir es auch beim Blick von außen.“

Stück für Stück hoffen die Wissenschaftler so, der Natur die Antwort auf das Rätsel zu entlocken: Wozu ist Schlaf eigentlich gut? Aber schon zu wissen, dass Schlaf nicht erst beim Einnicken beginnt, könnte Leben retten; denn ein Fünftel aller Auto-Unfälle und Beinahe-Unfälle lasse sich auf Übermüdung zurückführen, erklärt Nir: „Fahren im übermüdeten Zustand ist vergleichbar mit dem Fahren bei Trunkenheit – und doch gibt es keine Gesetze, die Autofahren bei Übermüdung verbieten.“

Ähnlich kritisch wird es, wenn Menschen, die zu wenig Schlaf bekommen haben, Kräne steuern oder in Fabriken Maschinen bedienen. Deshalb hofft Nir, dass seine Forschung helfen kann, neue Methoden zu entwickeln, mit denen sich schon erste Anzeichen von Schlaf erkennen lassen, „damit wir Menschen warnen können, ehe sie einnicken, um sie vor gefährlichen Situationen zu schützen“.

Der Vortrag von Yuval Nir auf der Falling-Walls-Konferenz ist im Mitschnitt des Live-Streams ab ca. 2:44:30h zu sehen.