Das Gehirn braucht Schlaf, um lernen zu können. Wissenschafter der Universität und Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich haben nun erstmals den ursächlichen Zusammenhang zwischen dem Tiefschlaf und der Lernfähigkeit nachgewiesen. Davon berichten die Forscher um Reto Huber von der Uni Zürich und Nicole Wenderoth von der ETH im Fachblatt "Nature Communications".
Tatsächlich braucht unser Denkorgan die Erholung im Tiefschlaf, um die Nervenzellaktivitäten zu normalisieren. Denn durch all die Eindrücke, die tagsüber auf uns einströmen, werden die Nervenverbindungen (Synapsen) erregt, und sie benötigen den Tiefschlaf, um auf ein normales Niveau zurückzukehren und wieder erregbar zu sein.
Schlaftiefe reduziert
Der Nachweis gelang den Forschern, indem sie bei Probanden die Schlaftiefe einer bestimmten Hirnregion gezielt durch akustische Stimulation reduzierten. Die sechs teilnehmenden Frauen und sieben Männer empfanden die Schlafqualität dabei subjektiv nicht beeinträchtigt.
Die Studienteilnehmer sollten tagsüber verschiedene Abfolgen von Fingerbewegungen lernen. In der darauffolgenden Nacht wurde ihr Schlaf mittels Elektroenzephalografie überwacht und sie konnte ungestört schlafen. Nach dem zweiten Versuchstag mit neuen Fingerbewegungen manipulierten die Forschenden jedoch die Schlaftiefe in der Hirnregion, die beim Erlernen der Fingerbewegungen wichtig war, nämlich den Motorcortex. Die Probanden waren sich dieser Manipulation nicht bewusst.
Am jeweiligen Folgetag beobachteten die Wissenschafter, wie sich die Lern- und Leistungskurven der Probanden im Verlauf des Experiments entwickelten, also wie sich die reduzierte Schlaftiefe auf ihre Lernfähigkeit auswirkte. In der Früh lernten sie demnach am besten, im Lauf des Tages stieg die Fehlerquote. Erst nach dem Schlaf stieg die Lernfähigkeit wieder.
Das war jedoch nicht der Fall nach der Nacht mit dem reduzierten Tiefschlaf. Ihre Lernfähigkeit war in der Früh danach ähnlich schwach wie am Abend davor, schrieb die Uni Zürich. Die Erregbarkeit der Synapsen konnte sich durch die reduzierte Schlaftiefe nicht normalisieren. "In der noch immer stark erregten Hirnregion war die Lernfähigkeit gesättigt und ließ keine Veränderungen mehr zu, so dass das Erlernen motorischer Fähigkeiten gehemmt war", erläuterte Wenderoth.
Als Kontrolle manipulierten die Forscher bei sieben Probanden eine andere Hirnregion auf die gleiche Weise, ohne dass dies einen Effekt gehabt hätte auf das Erlernen der Fingerübungen am nächsten Tag. Die Methode, gezielt die Schlaftiefe bestimmter Hirnregionen zu reduzieren, könnte auch für klinische Anwendungen nützlich sein: "Es gibt viele Krankheiten, die sich auch im Schlaf manifestieren, zum Beispiel Epilepsie. Wir erhoffen uns dank der neuen Methode gezielt jene Hirnregionen beeinflussen zu können, die direkt mit der Krankheit in Verbindung stehen", sagte Huber.