Better Life: Warum schlafen wir eigentlich?
Ein Leben ohne Schlaf ist undenkbar. Aber warum eigentlich? Eine neue Studie liefert überraschende Antworten auf diese Frage, die Forscher seit langem beschäftigt.
Ob wir wollen oder nicht: Nach langen Wachphasen fallen uns irgendwann die Augen zu und wir müssen schlafen. Wie lange eine Ruhephase dauern muss, damit wir uns fit und erholt fühlen, ist vom Lebensalter und individuellen Bedürfnissen abhängig. Manche Menschen kommen mit nur fünf Stunden täglich aus, während andere zehn Stunden brauchen. Aber was bewirkt Schlaf eigentlich?
Das Gehirn braucht Neustarts um optimal zu funktionieren
Dieser Frage ging ein Forscherteam aus den Bereichen Kunst und Wissenschaft der Washington University in St. Louis im Rahmen einer Studie auf den Grund. Die Wissenschaftler legten verschiedene Konzepte aus der Biologie und Physik zugrunde und entwickelten daraus eine Theorie, die sowohl die Bedeutung des Schlafs als auch die Komplexität des Gehirns erklären könnte. Sie nahmen an, dass der Schlaf sogenannte homöostatische Prozesse im Gehirn steuert, also ein grundlegendes Prinzip, dass die Lebenserhaltung und Funktion des Organs gewährleistet.
"Das Gehirn ist wie ein biologischer Computer. Gedächtnis und Erfahrung während des Wachens verändern den Code Stück für Stück und bringen das größere System langsam aus einem Idealzustand heraus. Der zentrale Zweck des Schlafes besteht darin, einen optimalen Rechenzustand wiederherzustellen", erklärt Keith Hengen, Leiter der Studie und Assistenzprofessor für Biologie an der Washington University in St. Louis.
Versuche mit jungen Ratten belegten die Theorie der Forscher
Mit ihrer neuen Studie lieferten die Forschenden einen direkten Beweis für ihre Theorie, dass Schlaf die Rechenleistung des Gehirns wiederherstellt. Es sei eine radikale Abkehr von der lange gehegten Annahme, dass der Schlaf irgendwie mysteriöse und unbekannte Chemikalien wiederherstellen müsse, die während der Wachstunden verbraucht werden, heißt es in ihrem Bericht.
Um zu belegen, dass das Gehirn sein Betriebssystem regelmäßig neu starten muss, um Kritikalität zu erreichen – einen Zustand der das Denken und Verarbeiten optimiert – verfolgten sie die Gehirnaktivität von jungen Ratten. Die Forscher zeichneten die Spitzenbildungen vieler Neuronen im Gehirn der Tiere auf, während sie ihren normalen Schlaf- und Wachroutinen nachgingen.
Schlaf- und Wachzeiten der Tiere waren vorhersagbar
"Sie können diese kleinen Aktivitätskaskaden über das neuronale Netzwerk verfolgen", erklärt Hengen. Diese Kaskaden, auch neuronale Lawinen genannt, spiegeln wider, wie Informationen durch das Gehirn fließen, so der Forscher. "Im kritischen Zustand können Lawinen aller Größen und Dauer auftreten. Abseits der Kritikalität neigt das System nur zu kleinen Lawinen oder nur zu großen Lawinen. Das ist vergleichbar damit, ein Buch zu schreiben und nur kurze oder lange Wörter verwenden zu können."
Bei Ratten, die gerade aus einem erholsamen Schlaf erwacht seien, sei es zu Lawinen aller Größenordnungen gekommen, die im Laufe des Aufwachens immer kleiner wurden. Aufgrund dieser Messungen konnten die Forscher sogar vorhersagen, wann die Ratten einschlafen oder aufwachen würden.
"Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass jeder wache Moment relevante Schaltkreise im Gehirn aus der kritischen Phase verschiebt und Schlaf dabei hilft, das Gehirn neu zu starten", so Hengen.
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