Haben Sie sich jemals gefragt, was in Ihrem Gehirn passiert, wenn Sie für einen Tag, eine Nacht und einen anderen Tag wach bleiben, bevor Sie endlich schlafen gehen? Nun, wir haben es gerade herausgefunden.

Das seit vielen Jahren bekannt dass, wie schläfrig wir sind, wie gut wir Zahlen addieren, Aufmerksamkeit schenken oder eine Arbeitsgedächtnisaufgabe durchführen können, hängt davon ab, wie lange wir wach waren und wie spät es ist. Wenn wir über einen Zeitraum von zwei Tagen wach bleiben (einen Tag, eine Nacht und dann den nächsten Tag), sind die ersten 16-Stunden typischerweise wach - die Leistung ist gut und ändert sich nicht viel.

Wenn wir jedoch in die "biologische Nachtzeit" eintreten, was durch einen Anstieg des Hormons Melatonin angezeigt wird, verschlechtert sich die Leistungsfähigkeit schnell und erreicht am nächsten Morgen um 6-8am ein Minimum. Am zweiten Tag kann die Leistung etwas besser werden (aber immer noch deutlich unter dem Wert des ersten Tages) und erst nach einer erholsamen Nacht auf das normale Grundniveau zurückkehren.

Das Hauptmerkmal dieser Performance-Timeline ist, dass sie sich nicht linear verschlechtert, je nachdem, wie lange Sie wach sind, sondern stattdessen von der Tageszeit moduliert wird. In der Tat wissen wir jetzt, dass es nicht "Tageszeit", sondern "interne biologische Tageszeit" ist, die die Auswirkungen von Schlafverlust verursacht. Auf der Verhaltensebene wird dann die Gehirnfunktion durch die kombinierten Wirkungen der zirkadianen Rhythmik und der Schlafhomöostase bestimmt - der Schlafdruck, der sich während des Wachzustands aufbaut und sich während des Schlafes auflöst.

Zirkadianer Rhythmus

Zirkadiane Rhythmik kann in vielen Aspekten des Verhaltens und der Physiologie beobachtet werden und wird durch zirkadiane Uhren in nahezu jeder Zelle im Gehirn und Körper erzeugt. Lokal, diese Rhythmen sind generiert durch eine Rückkopplungsschleife von Uhr-Proteinen auf Uhr-Gene, die genetische Information ausdrücken, die dann in Proteine ​​übersetzt wird

Alle diese Uhren - einschließlich der Gehirnuhren - werden durch einen zentralen Direktor / Leiter synchronisiert, der sich in einem Gehirnbereich befindet, der als suprachiasmatischer Kern im Hypothalamus bezeichnet wird. Dieser Bereich des Gehirns treibt auch den Melatonin-Rhythmus in Blut und Speichel an.

Wie funktioniert diese kombinierte Wirkung von zirkadianer Rhythmik und Schlafhomöostase? Nun, während des biologischen Tages erzeugt die zirkadiane Uhr ein wachsames oder wachheitsförderndes Signal, das im Laufe des Tages stärker wird und am Abend die maximale Stärke erreicht. Dies mag ein wenig paradox erscheinen, aber dieses Signal muss im Laufe des Tages stärker werden, denn der Schlafdruck steigt auch, je länger wir wach sind - also muss etwas wachsam bleiben.

Aber wenn wir in die biologische Nacht eintreten, wird das wachheitsfördernde zirkadiane Signal zerstreut und wird zu einem schlaffördernden Signal mit einer maximalen Stärke um 6-8am. Auch dies mag ein wenig paradox erscheinen, aber unter normalen Bedingungen, wenn wir nachts schlafen, ist dies sehr praktisch, da das Signal zur Schlafförderung es uns ermöglicht, auch nach sechs oder sieben Stunden, wenn der Schlafdruck verschwunden ist, gut zu schlafen.

Probleme entstehen, wenn wir nachts und am nächsten Tag wach bleiben. In der Nacht bleibt der Schlafdruck hoch und steigt sogar, weil wir wach sind. Das circadiane Signal steht diesem Druck nicht mehr entgegen und wir kämpfen darum, wach zu bleiben und aufzutreten. Am nächsten Tag beginnt die circadiane Uhr, die immer noch tickt, ob wir schlafen oder nicht, beginnt wieder Wachen Signale zu fördern, so dass es ein bisschen leichter zu machen und wach zu bleiben.

Wie sieht das im Gehirn aus?

Das ist alles gut und gut und macht Sinn. Tatsächlich wird dieses Arbeitsmodell von dem akzeptiert, was wir in Bezug auf das Verhalten beobachtet haben. Aber wie sieht diese kombinierte Wirkung von circadianem Rhythmus und Schlafhomöostase im menschlichen Gehirn aus?

Unser Forscherteam von der Universität Lüttich und der University of Surrey scannte die Gehirne von 33-Patienten mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), die ein detailliertes Bild der neuronalen Aktivität im gesamten Gehirn liefert zwei Tage und nach einer Erholungsphase Schlaf. Wir haben auch die Melatoninspiegel gemessen, um einen guten Indikator für die biologische Zeit zu haben, die zwischen den einzelnen Individuen variiert. Unsere Ergebnisse sind veröffentlicht in Wissenschaft.

Für jeden Teilnehmer wurden 13-Gehirnbilder erhalten, während sie eine einfache Reaktionszeitaufgabe durchführten. Zwölf Gehirnbilder wurden während des Schlafentzugs zu Zeiten gesammelt, die durch diese schnellen Veränderungen gekennzeichnet waren, die früher für die Leistung am Abend und am Morgen beobachtet wurden. Das dreizehnte Bild wurde nach Erholungsschlaf aufgenommen.

Die Aktivität in mehreren Hirnregionen und insbesondere in subkortikalen Bereichen (wie dem Thalamus, einem Hauptzentrum für die Weitergabe von Informationen an den Cortex) folgte einem rhythmischen (zirkadianen) 24-Stundenmuster, dessen Timing überraschenderweise über die Gehirnregionen variierte. Andere Gehirnregionen - insbesondere frontale Hirnareale einschließlich Assoziationsbereiche höherer Ordnung - zeigten eine Verringerung der Aktivität mit der Zeit wach, gefolgt von einer Rückkehr zu Pre-Schlafentzug Ebenen nach Erholung Schlaf. Einige Gehirnregionen zeigten ein Muster, das eine Kombination aus einem rhythmischen Muster und einem mit der Zeit verbundenen Abstieg war.

Noch überraschender war, dass diese Effekte des Schlafverlusts auf die Gehirnaktivität viel weiter verbreitet waren, wenn die Teilnehmer eine einfache Reaktionszeit-Aufgabe verglichen mit einer komplexeren Gedächtnis-abhängigen Aufgabe durchführten.

Was das alles bedeutet, ist, dass verschiedene Gehirnregionen unterschiedlich vom Schlafverlust und dem zirkadianen Rhythmus betroffen sind, und insgesamt zeigen die Ergebnisse sowohl die Durchdringung dieser Effekte als auch die Ähnlichkeit und lokale Natur dieser Einflüsse.

Die Vielfalt der Hirnreaktionen zeigt, wie komplex die Mechanismen sind, mit denen das Gehirn auf den Schlafverlust reagiert. Es hilft uns zu verstehen, wie das Gehirn die Leistung während des Tages und der Nacht beibehalten kann. Diese Ergebnisse können Schichtarbeiter und Personen, die sehr lange arbeiten, beruhigen, um Aufmerksamkeit zu schenken und sich auf ihre Arbeit zu konzentrieren, besonders in den frühen Morgenstunden. Ja, dein Gehirn wird nachts anders sein als tagsüber. Sie schlagen auch vor, dass wenn Sie spät arbeiten, es besser sein könnte, es einzupacken, etwas Schlaf zu bekommen und am Morgen wieder anzufangen.

Es kann uns sogar helfen, besser zu verstehen, warum viele Symptome bei psychiatrischen und neurodegenerativen Zuständen zunehmen und schwinden, und warum wir am frühen Morgen nach einer Nacht ohne Schlaf Mühe haben, die Aufmerksamkeit zu behalten, während es am Abend kein Problem ist.

Über den Autor

Derk-Jan Dijk, Professor für Schlaf und Physiologie und Direktor des Surrey Sleep Research Center, Universität von Surrey

Pierre Maquet, Forschungsleiter, Zyklotronforschung, Université de Liège

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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