Das Gehirn in der Nacht: Arbeit im Schlaf

Die Vorstellung, das Gehirn schalte nachts ab, ist so alt wie falsch. Der Energieverbrauch des Gehirns sinkt im Schlaf nur mäßig, und in manchen Phasen erreicht die Aktivität Werte wie im Wachzustand. Was sich ändert, ist nicht die Menge der Arbeit, sondern ihre Art: Statt auf die Außenwelt zu reagieren, beschäftigt sich das Gehirn im Schlaf weitgehend mit sich selbst. Drei Prozesse werden in der Forschung besonders intensiv diskutiert — und alle drei haben unterschiedlich starke Belege, was hier ausdrücklich dazugehört.

Das Wiederabspielen des Tages. Der am besten dokumentierte Befund stammt aus der Tierforschung. Matthew Wilson und Bruce McNaughton konnten bei Ratten zeigen, dass Nervenzellen im Hippocampus, die während des Laufens durch ein Labyrinth in einer bestimmten Reihenfolge feuerten, dieselbe Reihenfolge im anschließenden Schlaf erneut durchspielten — nur zeitlich gerafft. Dieses Replay gilt als eines der überzeugendsten physiologischen Korrelate dessen, was man beim Menschen Gedächtniskonsolidierung nennt. Beim Menschen lässt sich Vergleichbares indirekt beobachten, etwa über Hirnbildgebung und über gezieltes Wiederanstoßen von Gelerntem im Schlaf, aber die zellgenaue Auflösung der Tierstudien ist hier nicht zu haben.

Synapsen werden heruntergeregelt. Die zweite große Erklärungslinie ist die Hypothese der synaptischen Homöostase von Giulio Tononi und Chiara Cirelli. Ihr zufolge verstärkt jeder wache Tag netto die Verbindungen zwischen Nervenzellen — was auf Dauer weder energetisch noch informationstheoretisch tragfähig wäre, weil irgendwann alles mit allem verknüpft und nichts mehr unterscheidbar ist. Der Tiefschlaf mit seinen langsamen Wellen würde diese Verstärkung global wieder absenken und dabei relativ mehr vom Schwachen als vom Starken abtragen. Das Wesentliche bliebe stehen, das Beiläufige verschwände. Auch das ist eine Hypothese mit guter Datenlage, aber keine ausgemachte Sache.

Die nächtliche Entsorgung. Am meisten Aufmerksamkeit in der breiten Öffentlichkeit hat der dritte Punkt bekommen: das glymphatische System, beschrieben von der Arbeitsgruppe um Maiken Nedergaard. Die Beobachtung ist, dass Hirnflüssigkeit im Schlaf offenbar stärker durch das Gewebe strömt und dabei Stoffwechselprodukte abtransportiert, die sich im Wachzustand ansammeln. Hier ist Zurückhaltung geboten, und zwar mehr, als die meisten populären Darstellungen zeigen: Die klarsten Daten stammen aus Nagetieren, die Methodik ist Gegenstand fachlicher Auseinandersetzung, und wie sich das Ganze auf das menschliche Gehirn überträgt, ist noch nicht geklärt. Die verbreitete Formulierung, das Gehirn werde nachts „gespült" und man beuge damit einer bestimmten Erkrankung vor, geht weit über das hinaus, was gesichert ist.

Was diese drei Prozesse verbindet, ist die Einsicht, dass Schlaf keine Pause vom Betrieb ist, sondern ein anderer Betriebsmodus. Dazu passt, dass das Gehirn im Schlaf die Verbindung zur Außenwelt nicht vollständig kappt. Bestimmte Reize dringen weiterhin durch: der eigene Name, das Weinen eines Kindes, ein ungewohntes Geräusch im ansonsten vertrauten Haus. Andere, viel lautere Reize werden verlässlich ignoriert. Es gibt also eine Art Filter, der im Schlaf weiterläuft und entscheidet, was wichtig genug ist, um das System hochzufahren.

Auch die zeitliche Ordnung ist alles andere als zufällig. Die verschiedenen Prozesse verteilen sich ungleich über die Nacht: Was mit dem Tiefschlaf zusammenhängt, findet überwiegend in der ersten Nachthälfte statt, was mit dem REM-Schlaf zu tun hat, verlagert sich nach hinten. Deshalb ist es nicht gleichgültig, an welchem Ende man eine Nacht kürzt — und deshalb ist chronisch fragmentierter Schlaf nicht einfach dasselbe wie etwas weniger Schlaf.

Wer nach einer einfachen Formel dafür sucht, was das Gehirn nachts tut, wird sie in der Fachliteratur nicht finden. Was sich sagen lässt: Es wiederholt Erlebtes, es ordnet um, es räumt vermutlich auf, und es tut das in einer festen zeitlichen Abfolge. Alles Weitere ist offene Forschung, und die Bereiche, in denen die Belege bislang vor allem aus Tierversuchen stammen, sollten auch als solche benannt werden.

Häufige Fragen

Worauf das beruht

• Wilson und McNaughtons Arbeiten zum hippocampalen Replay bei Nagetieren
• Tononi und Cirellis Hypothese der synaptischen Homöostase
• Nedergaards Beschreibung des glymphatischen Systems, überwiegend an Nagetieren