Lehrreicher Schlaf

Der Körper braucht Ruhe, doch das Gehirn braucht Schlaf. Forscher durchleuchten mit neuen Verfahren die Anatomie des Schlafs und beginnen zu enträtseln, warum wir schlafen – und warum wir träumen. Randy Gardner siegte noch in der letzten Nacht. Vielleicht war es ja nur der Spleen eines eben der Pubertät entwachsenen Jungen. Doch seither berichten Schlafforscher immer wieder über Gardners legendären Selbstversuch und seinen jugendlich pathetischen Satz, den er den Reportern bei der Pressekonferenz in den Block diktierte: „Es war einfach der Triumph des Geistes über die Materie.” San Diego, 1965. Der 17-jährige Gardner setzt sich in den Kopf, einen neuen Weltrekord aufzustellen. Elf Tage will er durchhalten. Elf Tage ohne Schlaf. Noch kurz vor Ende des Wach-Marathons spielt er gegen den Schlafforscher William Dement Flipper – und gewinnt alle Partien. Nach 264 Stunden und 12 Minuten schließlich ist Gardner der Rekord nicht mehr zu nehmen. Er gibt seiner Müdigkeit nach, sinkt binnen Sekunden in den Schlaf. Als er nach knapp 15 Stunden erwacht, fühlt er sich frisch und ausgeruht. Viel ist darüber gestritten worden, was Gardners von zahlreichen Anekdoten umranktes Experiment eigentlich beweist. Ist der Schlaf, wie manche folgerten, für den Körper im Grunde verzichtbar? Ist er vielleicht nur ein Nebenprodukt der Evolution? Oder müssen wir tatsächlich schlafen, um zu überleben – so wie wir auch atmen, essen und trinken müssen? Die Antwort scheint auf der Hand zu liegen: Ohne die Erholung des Schlafs wäre das Wachen unmöglich. Doch nicht nur Randy Gardners Geschichte lässt manche Schlafforscher die scheinbar natürliche Notwendigkeit in einem völlig neuen Licht betrachten. „Wir haben es zuerst gar nicht glauben wollen”, erzählt Dr. Ulrich Voderholzer. Vor einigen Jahren war ein 43-jähriger Mann zu ihm in die Freiburger Universitätsklinik für Psychiatrie gekommen und hatte geklagt, seit Monaten nicht mehr zu schlafen. „ Immer wieder berichten Patienten, nachts kein Auge zuzutun, aber bei den meisten stimmt das nicht”, sagt Voderholzer. Manche Menschen mit Schlafstörungen erinnerten sich einfach nicht mehr an ihre nächtlichen Schlafphasen. Anders jedoch lag die Sache in diesem Fall. Wie Voderholzer und seine Kollegen mit Messungen im Schlaflabor bestätigten, schlief der Mann tatsächlich nur ab und zu für einige Minuten – insgesamt weniger als eine Viertelstunde pro Tag. Nach langwierigen Untersuchungen fand sich die Ursache: Der Patient litt an der so genannten Whipple-Krankheit, einer seltenen Infektion. Dabei befallen bestimmte Bakterien den Darm und wandern manchmal auch ins Gehirn. Offenbar hatten die Mikroben verschiedene für die Schlafregulation wichtige Nervenzentren geschädigt. Was die Freiburger Forscher indes überraschte: Während der Patient apathisch und unkonzentriert wirkte und sogar von Halluzinationen gequält wurde, erschien sein körperlicher Zustand vergleichsweise gut – und das nach monatelanger fast völliger Schlaflosigkeit. Offenbar verursacht der fehlende Schlaf kaum körperliche, dafür aber schwere psychische Störungen, schloss Voderholzer. Tatsächlich ist schon lange bekannt, dass drastische Schlafdefizite zu Symptomen führen, die ebenfalls bei Angststörungen, Depressionen oder Schizophrenien auftreten. Auch Randy Gardner kämpfte nach mehreren durchwachten Nächten mit Verwirrtheit und Verfolgungswahn. Der Schlaf, so scheint es, ist ein Hüter unserer geistigen Gesundheit. Doch ist er auch der Garant unseres Überlebens? Vielleicht nicht. Zumindest sei per se beim Menschen ein drastischer Schlafmangel nicht lebensbedrohlich, sagt Voderholzer. „Natürlich wissen wir nicht, was passiert wäre, wenn der Patient auch noch die letzten Minuten seines Schlafs verloren und gar nicht mehr geschlafen hätte”, fügt er hinzu. Tierexperimente US-amerikanischer Wissenschaftler legten nahe, dass unter einem wirklich kompletten Schlafverlust lebenswichtige Regulationsvorgänge im Körper zusammenbrechen. Die Forscher hatten Ratten immer wieder daran gehindert einzuschlafen. Nach etwa drei Wochen fiel die Körpertemperatur der Versuchstiere dramatisch ab – die Ratten starben. „Das Problem ist nur: Wir können nicht sagen, ob der Schlafmangel selbst oder der extreme Dauerstress des Experiments für den Tod der Tiere verantwortlich war”, kommentiert Prof. Irene Tobler von der Universität Zürich. Doch eine endgültige Antworte auf die Frage ob – und warum – wir schlafen müssen, weiß sie auch nicht. Dass der Schlaf indes einen biologischen Sinn besitzt, bezweifelt Tobler nicht. Immerhin sei das Phänomen in der Natur ausgesprochen weit verbreitet. So schlafen nicht allein alle Säugetiere und wahrscheinlich sämtliche Wirbeltiere. Auch bei Bienen oder Küchenschaben lassen sich Schlafzustände beobachten, in denen die Tiere nur noch eingeschränkt reagieren. Skorpione verstecken sich zum Schlafen unter Blättern oder in Höhlen. Und bei Fruchtfliegen lassen sich sogar Kurz- und Langschläfer ausmachen – Unterschiede, die genetisch veranlagt sind. „Tatsächlich könnte der Schlaf ein evolutionäres Erbe sein, ein archaisches Relikt”, urteilt Prof. Göran Hajak von der Universität Regensburg. Im Schlaf vermindert der Organismus seinen Energiebedarf um rund die Hälfte. Dieser gedrosselte Verbrauch während der Dunkelheit – wo die Nahrungssuche ohnehin erschwert ist – bietet vielen Tieren wahrscheinlich einen wichtigen Überlebensvorteil. Doch zumindest bei Säugetieren wie dem Menschen dürfte der Schlaf weit mehr sein als ein Energiesparzustand des Organismus. So legen zahlreiche neurobiologische Untersuchungen der letzten Jahre nahe: Unser Schlaf ist kreative Arbeit – und seine Hauptfunktion die nächtliche Anregung des Hirns. Das komme im Gegensatz zu vielen anderen Organen ohne Schlaf nicht aus, bekräftigt Tobler. „Der Körper braucht Ruhe, aber das Gehirn braucht Schlaf.” Doch was tut es im Schlaf? Es lernt. Davon sind inzwischen weltweit zahlreiche Schlafforscher überzeugt, die mit ausgeklügelten Experimenten ihre Hypothese zu beweisen versuchen. Weit davon entfernt, ein bloßer Stand-by-Modus des Nervensystems zu sein, ist der Schlaf demnach ein komplexes und für die neuronale Informationsverarbeitung unerlässliches Geschehen. Wie vielschichtig das Schlafgeschehen ist, erahnten Wissenschaftler bereits im Jahr 1953. Damals beobachteten die US-Forscher Nathaniel Kleitman und Eugene Aserinsky bei Schlafenden plötzlich auftretende, schnelle Augenbewegungen, die „ Rapid Eye Movements” (REM). Zunächst hielten Kleitman und Aserinsky die Sache für einen kuriosen Zufallsbefund. Dann jedoch wurde klar, dass es sich bei den REM-Perioden um spezifische Schlafphasen handeln musste, die sich von allen anderen Schlafstadien grundlegend unterscheiden. Vor kurzem fügte einer der führenden Schlafforscher, Allan Hobson von der Harvard University, gemeinsam mit seinem Kollegen Edward Pace-Schott das inzwischen mächtig gewachsene Wissen über den Schlaf zu einem ausgefeilten Modell zusammen. Danach spielen uralte Nervenzentren im Hypothalamus eine Schlüsselrolle bei der Schlafregulation. Denn dorthin gelangen einerseits die visuellen Informationen aus der Netzhaut über den Wechsel von Tag und Nacht. Andererseits werden hier hormonelle Signale über den inneren Zustand des Organismus verarbeitet. Der Hypothalamus wäre demnach eine Schnittstelle zwischen den Einflüssen aus der Umgebung und den Bedürfnissen des Körpers selbst. Das Resultat aus diesen beiden Kraftfeldern ist der Schlaf. Zunächst ist er leicht und flach. Dann sinkt der Körper allmählich in immer tiefere Schichten des Schlafs hinab. Atmung und Puls werden langsamer. Weite Teile des Gehirns verringern ihre Aktivität. Kaum noch reagiert der Schläfer auf äußere Reize. Die langsamen, per EEG messbaren Hirnstromwellen zeugen davon, dass das Gehirn weit von der Oberfläche des Bewusstseins entfernt ist. Dann wandern plötzlich die Augen unter den geschlossenen Lidern hin und her. Die EEG-Wellen beschleunigen sich und ähneln nun jenen des wachen Gehirns. Etwa alle 90 Minuten – angetrieben durch Impulse aus dem Hirnstamm – wiederholen sich derartige REM-Phasen. In dem „paradoxen Schlaf”, wie er von den Forschern und Ärzten genannt wird, verbraucht das Hirn mitunter mehr Energie als bei klarem Bewusstsein. Eine der wohl faszinierendsten Entdeckungen ist indes, dass das Gehirn im REM-Schlaf gewissermaßen seine Tagesarbeit wieder aufnimmt. Das stellte der belgische Schlafforscher Pierre Maquet bei Testpersonen fest, die auf unterschiedliche Bildschirmsignale hin eine zugeordnete Taste möglichst schnell bedienen sollten. Sowohl während der Übung als auch im Schlaf maßen die Forscher mit der so genannten Positronenemissions-Tomographie die Hirndurchblutung, die als Indikator der Nervenzellentätigkeit gilt. Das Ergebnis: In den REM-Phasen sprangen teilweise dieselben visuellen und motorischen Hirnregionen an, die auch bei der Lernaufgabe selbst im Spiel waren. Der REM-Schlaf war gleichsam das neuronale Echo der im Wachen geübten Fertigkeit. Ganz ähnliche Ergebnisse erhielt Matthew Wilson vom Massachusetts Institute of Technology bei seinen Versuchen mit Ratten. Wenn sich die Tiere in einem Labyrinth zurechtfinden mussten, feuerten bestimmte Neuronen im Hippocampus der Tiere nach einem spezifischen Muster. Während der REM-Perioden tauchten genau diese Signalmuster wieder auf. Die Schlussfolgerung lag auf der Hand: Der REM-Schlaf war offenbar eine nächtliche Nachbearbeitung von Erfahrungen, eine Art Offline Processing, bei dem sich Erinnerungsspuren im Gehirn dauerhaft einschreiben. Die Hypothese schien durch Experimente gestützt, bei denen Versuchstiere schlechter lernten, wenn man ihnen den REM-Schlaf zu bestimmten Zeiten entzog. Doch so verführerisch die Idee des REM-Schlafs als Bewahrer der Erinnerungen klingt, so heftig ist sie kritisiert worden. Der kalifornische Schlafforscher Jerry Siegel argumentiert, dass verschiedene Tierversuche zu ganz widersprüchlichen Resultaten geführt hätten. Zudem verursachten Antidepressiva, die bekanntermaßen den REM-Schlaf unterdrücken, offenbar keine Gedächtnisdefizite. Und die Lernfähigkeit eines Menschen hänge zudem nicht von der Länge seiner nächtlichen REM-Phasen ab. Allerdings behauptet auch kein Forscher heute mehr, dass der REM-Schlaf allein für die Gedächtnisbildung zuständig ist. Viele Lernprozesse spielen sich zu einem Gutteil im Wachzustand ab. Zudem ist Experimenten zufolge nicht nur der paradoxe Schlaf, sondern genauso der Tiefschlaf daran beteiligt, neu Erlerntes während der Nacht einzuüben. Die aufeinander folgenden Schlafphasen wirkten gewissermaßen wie hintereinander geschaltete Gedächtnisverstärker, sagt Pierre Maquet. Während freilich das letzte Wort darüber, wie wir in den Kissen lernen, noch nicht gesprochen ist, bereitet den Schlafforschern ein anderes Phänomen kaum weniger Kopfzerbrechen: der Traum mit seinen blumigen, bizarren und geheimnisvollen Geschichten. Geschichten wie diese: „ Eine Gesellschaft, Tisch oder table d’hôte. Es wird Spinat gegessen. Frau E. L. sitzt neben mir, wendet sich ganz mir zu und legt vertraulich die Hand auf mein Knie. Ich entferne die Hand abwehrend. Sie sagt dann: Sie haben aber immer so schöne Augen gehabt. Ich sehe dann undeutlich etwas wie zwei Augen als Zeichnung oder wie die Kontur eines Brillenglases.” Der Träumer dieses Traums: Sigmund Freud. Wohl kaum jemand hat das Denken im 20. Jahrhundert derart beeinflusst wie Freud, der im Jahr 1900 mit seinem Epoche machenden Buch „Die Traumdeutung” die Bühne betrat. Freilich hat es seither Kritik aus verschiedensten Lagern gehagelt. Unverändert lassen heute wohl nur wenige Freuds Traumtheorie gelten. Viele Wissenschaftler weisen darauf hin, dass Träume in verschiedenen Schlafstadien ganz unterschiedliche Gestalt annehmen – und möglicherweise auch unterschiedliche Funktionen besitzen können. Traum ist nicht gleich Traum. Schon beim Einschlafen produziert das Gehirn so genannte hypnagoge Traumbilder, die offenbar eng mit den am selben Tag gemachten Erfahrungen zusammenhängen. In den folgenden Stadien tauchen kurze, flüchtige Szenen auf („Ich habe im Supermarkt nach der Kasse gefragt”). Die verwickelten, bizarren und fantastischen Traumgeschichten jedoch scheinen vor allem – wenn auch keineswegs ausschließlich – in den REM-Phasen zu entstehen. „Im REM-Schlaf kann das Gehirn offenbar besonders gut träumen” , kommentiert der Mannheimer Traumforscher Dr. Michael Schredl. Dann sei das schlafende Gehirn besonders aktiv. Wie Allan Hobson und seine Kollegen von der Harvard University argumentieren, springen während der REM- Phasen vor allem jene Hirnbereiche an, die – wie die so genannte Amygdala – an der Verarbeitung von Gefühlen beteiligt sind. Areale dagegen, die kognitiven Kontrollfunktionen dienen, blieben vergleichsweise unbeteiligt. Das könnte auch die starke emotionale Färbung vieler REM-Träume erklären, die von Freude und Angst, Ärger, Überraschung oder Traurigkeit beherrscht werden. Hobson gilt indes als einer der profiliertesten Gegner einer Traumdeutung à la Freud. Bereits vor vielen Jahren hatte er ein Traummodell entworfen, demzufolge chaotische Impulse aus dem Hirnstamm – dieselben, die die REM- Phasen einleiten – auch einzelne Bereiche des Großhirns wachrütteln. Auf diese Weise entstünden die bizarren, oft Halluzinationen ähnelnden und vom schlafenden Gehirn mehr schlecht als recht zusammengedichteten Traumgeschichten. Hinter unseren Träumen würde sich letztlich nur ein neuronaler Zufallsgenerator verbergen. Das bestreitet vehement der Londoner Neurowissenschaftler und Psychoanalytiker Mark Solms. Primitive Hirnstamm-Zentren, die die REM-Phasen anstoßen, seien keineswegs die wirklichen Verursacher der oft so verwickelten und affektiven Traumszenen. Denn die würden mitunter auch außerhalb der REM-Perioden erlebt. Die eigentlichen Trauminhalte stünden vielmehr mit Großhirnbereichen in Beziehung, die auch für Neugier und Interesse von Bedeutung sind – was der ursprünglichen Idee Freuds freilich viel näher kommt, dass in Träumen unbewusste Wünsche und unbefriedigte Bedürfnisse stecken. Gibt es also doch eine wahre Geschichte hinter unseren Träumen? Einig sind sich viele Forscher immerhin, dass nicht nur Tageserlebnisse, sondern auch emotionale Konflikte in der einen oder anderen Form im Traum weiterverarbeitet werden. „Dass Träume sinnvolle Elemente enthalten, lässt sich kaum bestreiten”, konstatiert Göran Hajak. Allerdings ist das Gehirn bei seiner nächtlichen Arbeit auch nicht gerade wählerisch. Es nimmt, was es kriegt. So lässt sich der Trauminhalt leicht beeinflussen, wenn man beispielsweise einen Schlafenden mit Wasser bespritzt. Unklar bleibt freilich, warum das Nass auf der Haut das eine Mal als strömender Regen, das andere Mal als erfrischendes Getränk im Traum auftaucht. Wie das Gehirn seine Träume spinnt? Trotz moderner bildgebender Verfahren, Hirnstrommessungen und trickreicher Tierversuche weiß das bisher im Grunde niemand zu sagen. Vielleicht bleibt die Antwort ein Geheimnis der Nacht. KOMPAKT • Schlaf ist kreative Arbeit des Gehirns. • Das Gehirn braucht alle Schlafphasen, um tagsüber Gelerntes zu vertiefen. • Die Forscher sind sich einig: Im Traum verarbeitet das menschliche Gehirn Erlebnisse und Gefühle. • Den biologischen Sinn der Träume haben die Forscher noch nicht vollständig geklärt. Martin Lindner