Der Schlaf kalibriert die Gedächtniszellen des Gehirns neu und ermöglicht es uns, das Gelernte zu festigen und es beim nächsten Aufwachen zu verwenden, wie neue Erkenntnisse von Mäusen zeigen.

Schlafentzug, Schlafstörungen und Schlaftabletten können den Prozess beeinträchtigen, schlussfolgern Forscher der Johns Hopkins University School of Medicine.

"Die Quintessenz ist, dass Schlaf nicht wirklich Ausfallzeit für das Gehirn ist."

"Unsere Ergebnisse sind eine solide Weiterentwicklung der Idee, dass die Maus und vermutlich das menschliche Gehirn nur so viel Informationen speichern können, bevor sie neu kalibriert werden müssen", sagt Graham Diering, ein Postdoktorand, der die Studie in der Zeitschrift leitete Wissenschaft.

"Ohne Schlaf und die Rekalibrierung, die während des Schlafes stattfindet, gehen Erinnerungen verloren", sagt er.

Die Forscher untersuchten einen Prozess, der in Labor-gewachsenen Gehirnzellen gut untersucht wurde, aber nicht in lebenden Tieren, schlafend oder wach. Als homöostatisches Herunterskalieren bekannt, schwächt es die Synapsen in einem neuronalen Netzwerk gleichmäßig um einen kleinen Prozentsatz, lässt ihre relativen Stärken intakt und ermöglicht die Fortsetzung der Lern- und Gedächtnisbildung. Das verhindert, dass die Gehirnzellen konstant feuern und die maximale Belastung erreichen. Wenn ein Neuron ausreizt, verliert es seine Fähigkeit, Informationen zu übermitteln, was die Gedächtnisbildung behindert.

Um herauszufinden, ob der Prozess bei schlafenden Säugetieren abläuft, konzentrierte sich Diering auf Bereiche des Gehirns der Maus, die für Lernen und Gedächtnis zuständig sind: den Hippocampus und den Cortex. Er suchte nach den gleichen Veränderungen, die in laborgewachsenen Zellen während des Herunterskalierens beobachtet wurden.

Die Ergebnisse zeigten einen 20-prozentualen Abfall der Rezeptorproteinspiegel in schlafenden Mäusen, was auf eine allgemeine Schwächung ihrer Synapsen hinweist, verglichen mit Mäusen, die wach waren.

"Das war der erste Beweis für eine Homöostase bei lebenden Tieren", sagt Richard Huganir, Professor für Neurowissenschaften und leitender Autor der Studie. "Es deutet darauf hin, dass die Synapsen in den 12-Stunden im Gehirn der Maus umstrukturiert werden, was ziemlich bemerkenswert ist."

Bei den schlafenden Mäusen fanden die Forscher auch, wie erwartet, signifikant höhere Spiegel eines Proteins namens "Homer1a", von dem bekannt ist, dass es für die Regulation von Schlaf und Wachheit entscheidend ist.

Frühere Tests mit im Labor gewachsenen Neuronen hatten bereits gezeigt, dass Homer1a eine wichtige Rolle im Scale-Down-Prozess spielt. In der neuen Studie fanden die Forscher heraus, dass die Spiegel dieses Proteins in den Synapsen schlafender Mäuse um 250 höher waren als bei wachen Mäusen.

"Wir denken, dass Homer1a eine Art Verkehrspolizist ist", erklärt Huganir. Er erklärt, dass das Protein die Konzentration bestimmter Neurotransmitter und Chemikalien bewertet, um zu bestimmen, wann das Gehirn "ruhig genug ist, um herunterzuskalieren".

Die Forscher bestätigten, dass Schlaf eine Notwendigkeit für diesen Verkleinerungsprozess ist, der nicht ersetzt werden kann.

"Unterm Strich ist Schlaf nicht wirklich Ausfallzeit für das Gehirn", sagt Diering. "Es hat dann eine wichtige Arbeit zu tun, und wir in der entwickelten Welt machen uns durch das Überspringen überflüssig."

Huganir betont, dass, da sich diese Studie nur auf den Hippocampus und den Cortex konzentrierte, weitere Forschungen in anderen Teilen des Gehirns - und im gesamten Körper - erforderlich sind, um die Notwendigkeit des Schlafs besser zu verstehen.

Die Forscher bemerken auch die Notwendigkeit, genauer zu untersuchen, wie Medikamente, die dafür bekannt sind, eine Homöostase zu verhindern, einschließlich Benzodiazepinen und anderen Sedativa oder Schlafmitteln, das Lernen und Gedächtnis beeinträchtigen.

Unterstützung für die Arbeit kam von den kanadischen Instituten für Gesundheitsforschung, dem Johns Hopkins Center für Proteomics Discovery und den National Institutes of Health.

Quelle: Johns Hopkins University

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