Während des Schlafs ist das Gehirn hellwach und lernt

Von Tara Haelle

27. Juli 2022 - Fühlen Sie sich vergesslich? Fällt es Ihnen in letzter Zeit schwer, Gesichtern Namen zuzuordnen? Das muss nicht unbedingt bedeuten, dass es Ihnen nicht gut geht oder dass Ihr Denkvermögen nachlässt. Vielleicht bekommen Sie einfach nicht genug Schlaf.

Forscher wissen seit langem, dass Schlaf für das relationale Gedächtnis, also die Fähigkeit des Gehirns, Verbindungen zwischen Objekten, Orten, Menschen und Ereignissen herzustellen, von entscheidender Bedeutung ist. Was sie noch nicht herausgefunden haben, ist, was während des Schlafs passiert, damit das Gedächtnis die richtigen Verbindungen herstellen kann.

Um das herauszufinden, hat ein Forscherteam der University of California, San Diego, Computermodelle des Thalamus und der Hirnrinde erstellt und die Aktivität in diesen Regionen während einer künstlichen Version eines Wachzustandes und eines Tiefschlafs untersucht.

Während der computergestützten Modellierung verstärkten oder schwächten die Forscher die Verbindungen zwischen den Neuronen, je nachdem, wie aktiv sie waren. Zunächst trainierten sie das modellierte Netzwerk im Wachzustand darauf, eine Sache direkt mit einer anderen zu assoziieren, beispielsweise A+B und B+C.

Während des Tiefschlafs beobachteten sie dann, wie das Netzwerk von sich aus indirekte Assoziationen, wie A+C, herstellte. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse diesen Monat in der Zeitschrift The Journal of Neuroscience.

Maxim Bazhenov, PhD, einer der Forscher, erklärte, dass die indirekten Verbindungen entstehen, weil die Neuronen, die mit A, B und C verbunden sind, alle in enger Reihenfolge feuern, was als Schlafwiederholung bezeichnet wird und eine Verbindung zwischen allen drei Neuronen schafft.

"Daher werden nach dem Schlaf durch die Aktivierung einer Gruppe, z. B. A, alle anderen verwandten Gruppen, z. B. B und C, aktiviert", sagte er in einer vorbereiteten Erklärung.

Der Thalamus ist der Teil des Gehirns, der Sinneseindrücke aufnimmt und verarbeitet, während der Kortex für Gedächtnis, Lernen und Entscheidungsfindung zuständig ist. Unsere Neuronen nehmen im Wachzustand Sinneseindrücke auf, aber erst im Tiefschlaf verarbeitet der Kortex die Eindrücke des Tages. Währenddessen wiederholt das Gehirn elektrische Aktivitäten, die so genannten langsamen Wellen.

Die Schlafwiederholung löst die synaptische Plastizität aus, die Aktivität zwischen den Neuronen, die es ihnen ermöglicht, miteinander zu kommunizieren, und die wichtigste Art und Weise, wie das Gehirn Erinnerungen schafft, verändert oder löscht.

Das computergestützte Modell half den Forschern vor allem zu verstehen, wie das relationale Gedächtnis im Gehirn funktioniert - wie das Gehirn scheinbar unverbundene Informationen miteinander verbindet. Es gibt aber auch Aufschluss darüber, was bei Menschen mit bestimmten neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen, die das Gedächtnis beeinträchtigen, wie z. B. Schizophrenie oder Autismus-Spektrum-Störungen, möglicherweise nicht funktioniert.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Suche nach Möglichkeiten zur Verbesserung des Langsamschlafs bei Menschen mit diesen Erkrankungen ihren Gehirnen helfen könnte, diese Verknüpfungen herzustellen und ihre allgemeinen Probleme mit dem Gedächtnis und der Herstellung von Assoziationen zu verbessern.