Warum Menschen schlafen und was nachts im Gehirn und Körper passiert

Wissenschaftler debattieren noch immer über den einzelnen evolutionären Grund, warum Menschen etwa ein Drittel ihres Lebens schlafen, aber Jahrzehnte der Forschung haben im Detail abgebildet, was das Gehirn und der Körper während des Schlafs tatsächlich tun. Zwei Prozesse dominieren: Das Gehirn durchläuft verschiedene elektrische Phasen, und über Nacht führt es Wartungsarbeiten durch, die schwer durchzuführen sind, wenn man wach ist.

Die Nacht ist aus sich wiederholenden 90-Minuten-Zyklen aufgebaut

Schlaf wechselt zwischen Non-REM (NREM) Schlaf und REM (Rapid Eye Movement) Schlaf ab, wie das U.S. National Institute of Child Health and Human Development (NICHD) mitteilt. NREM selbst hat drei Phasen: Phase 1 ist der kurze Übergang zum Schlaf; Phase 2 bringt langsamere Gehirnwellen und einen Rückgang der Körpertemperatur; Phase 3 ist Tiefschlaf, gekennzeichnet durch die langsamste Herzfrequenz und Atmung und die Freisetzung von Wachstumshormon zur Gewebereparatur.

REM-Schlaf beginnt etwa 90 Minuten nach dem Einschlafen. Die Augen bewegen sich schnell, die Atmung wird schnell und unregelmäßig, die meisten Muskeln sind vorübergehend gelähmt, und das Gehirn wird hochaktiv, ein Zustand, den das NICHD mit Lernen und Gedächtniskonsolidierung verknüpft. Ein vollständiger NREM-REM-Zyklus dauert etwa 90 Minuten und wiederholt sich mehrmals pro Nacht, wie die Sleep Foundation, eine gemeinnützige Gesundheitsinformationsorganisation, berichtet. Tiefschlaf dominiert die frühen Zyklen; im Laufe der Nacht verkürzt sich der Tiefschlaf, während die REM-Phasen länger werden, so dass in den letzten Zyklen ein Schläfer fast die ganze Zeit in Phase 2 und REM verbringt, wie das NICHD mitteilt.

Über eine volle Nacht machen NREM-Schlaf 75 bis 80 Prozent der Gesamtschlafzeit aus, wobei Phase 2 allein etwa die Hälfte ausmacht, wie die Sleep Foundation berichtet. REM-Schlaf macht den Rest aus.

Das Gehirn schrumpft leicht, um sich selbst zu reinigen

Eine der klarsten funktionalen Entdeckungen kam aus einer 2013er Studie in der Zeitschrift Science unter der Leitung von Neurowissenschaftler Maiken Nedergaard's Team an der University of Rochester. Die Forscher identifizierten das sogenannte Glymphatische System, ein Netzwerk, das die Zerebrospinalflüssigkeit nutzt, die durch Kanäle um Blutgefäße fließt, um Stoffwechselabfallstoffe aus dem Gehirngewebe zu beseitigen, wie ein Bericht des University of Rochester Medical Center (URMC) über die Arbeit zeigt.

Das Team fand heraus, dass Gehirnzellen während des Schlafs um etwa 60 Prozent schrumpfen, was mehr Platz zwischen Zellen für die Flüssigkeitsbewegung öffnet, und dass das System während des Schlafs etwa zehnmal aktiver war als während der Wachheit, wie URMC berichtete. In derselben Studie räumten schlafende Gehirne mehr Amyloid-Beta, ein mit der Alzheimer-Krankheit verbundenes Protein, auf als wache Gehirne. Der Neurotransmitter Noradrenalin scheint die Zellgrößenveränderung auszulösen, wie derselbe Bericht besagt, obwohl die Forscher bemerken, dass das vollständige Regulierungsbild noch ermittelt wird.

Zwei separate Uhren entscheiden, wann Sie sich schläfrig fühlen

Der Schlaf-Zeitpunkt wird durch zwei interagierende Systeme geregelt, wie BrainFacts.org, eine öffentliche Bildungsressource von Neurowissenschaftlern, darunter die Society for Neuroscience, erklärt. Das erste ist die zirkadiane Uhr, die vom Suprachiasmatischen Kern (SCN) betrieben wird, einer Ansammlung von Nervenzellen im Hypothalamus. Die Zellen des SCN tragen 'Uhrenproteine', die etwa alle 24 Stunden zyklieren und Lichtsignale direkt von der Netzhaut empfangen, weshalb die Uhr durch die Exposition gegenüber Tageslicht oder durch die Überquerung von Zeitzonen zurückgesetzt werden kann.

Das zweite System ist der homöostatische Schlafdrück, angetrieben durch Adenosin, ein chemischer Stoff, der sich im Gehirn ansammelt, je länger eine Person wach bleibt. Wenn Adenosin an Rezeptoren auf erregungsbezogenen Gehirnzellen bindet, schwächt es ihre Aktivität ab und erhöht die Schläfrigkeit; Schlaf räumt die Ansammlung auf. Koffein funktioniert, indem es dieselben Adenosinrezeptoren blockiert, weshalb es das Gefühl der Schläfrigkeit verzögert, ohne die zugrunde liegende Schlafschuld zu beseitigen, wie BrainFacts.org erklärt.

Wie viel Schlaf wird empfohlen und was passiert ohne ihn

Die U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) veröffentlicht altersgerechte Schlafrichtlinien, die unten wiedergegeben werden.

Die CDC gibt an, dass das konsistente Erhalten von weniger als der empfohlenen Menge mit einem höheren Risiko für Typ-2-Diabetes, Herzkrankheiten, Bluthochdruck und Schlaganfall verbunden ist, und dass ausreichend Schlaf mit weniger Krankheiten, besserer Stimmungsregulation und einem geringeren Risiko für Verkehrsunfälle verbunden ist.

Was ist noch unbekannt

Die Glymphatischen Clearance-Befunde stammen aus Mäusestudien; Der Bericht der URMC vermerkt, dass der Mechanismus als plausible Erklärung für einen Teil der wiederherstellenden Funktion des Schlafs beim Menschen angesehen wird, und dass die Bestätigung seiner genauen Rolle in menschlicher neurodegenerativer Krankheit ein aktives Forschungsgebiet bleibt. Ähnlich beschreiben Behörden wie das NICHD die Gedächtniskonsolidierung und Gewebereparatur als etablierte Assoziationen bestimmter Schlafphasen statt eines einzigen bewiesenen 'Zwecks' des Schlafs als Ganzes.