Schlaf und psychische Gesundheit: Der Tiefschlaf als Spiegel der

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MENSCH UND MEDIZIN
NZZ.CH
Schlaf und psychische Gesundheit
Lena Stallmach
28.1.2015, 05:30 Uhr
Kinder verbringen mehr Zeit im Tiefschlaf als Erwachsene. Die Hirnaktivität in dieser
Schlafphase spiegelt die Entwicklung des Gehirns und erlaubt einen neuen Blick auf
psychische Erkrankungen.
Der Schlaf ist keine verlorene Zeit. Für Forscher ist er sogar ein ziemlich ergiebiges
Arbeitsfeld. Am kürzlich abgehaltenen Symposium über Schlaf und Gesundheit an
der Universität Zürich wurde wiederholt betont, dass gestörter Schlaf bei der
Entstehung von psychischen Erkrankungen eine zentrale Rolle spielt. Da diese
grosses Leid in jungen Jahren und für das Gesundheitssystem hohe Kosten
verursachen, besteht ein grosses Interesse an geeigneten Massnahmen zur
Prävention.
Langsame Wellen nehmen zu
Ein Aspekt von Schlaf, der am Kinderspital der Universität Zürich erforscht wird,
ist seine Rolle in der Hirnentwicklung. Während der REM-Schlaf – der durch
schnelle Augenbewegungen (rapid eye movement) gekennzeichnet ist und in dem
die Träume besonders lebhaft sind – in der frühen Hirnentwicklung wichtig zu sein
scheint, ist für die spätere Entwicklung wahrscheinlich eher der Tiefschlaf von
Bedeutung. Die in dieser Schlafphase vorherrschende Hirnaktivität wird im EEG als
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langsame Wellen mit einer tiefen Frequenz gemessen.
Bis kurz vor der Pubertät nimmt der nächtliche Tiefschlaf zu und währenddessen
wieder ab. Dies zeigt sich in einer starken Zu- und Abnahme der langsamen Wellen.
Sie korreliert mit der ebenso starken Zu- und Abnahme in der Verknüpfung der
Nervenzellen. Diese Veränderung in der Vernetzung wird als Zeichen der
Hirnreifung gesehen. Denn beim Lernen werden die Synapsen zwischen den
beteiligten Nervenzellen zunächst grösser und zahlreicher. In der Folge wird
aussortiert: Unwichtige Verbindungen werden abgebaut, wichtige ausgebaut.
Besonders radikal ist der Abbau während der Pubertät. Dabei wird das gesamte
Netzwerk effizienter, und der Energieverbrauch des Gehirns sinkt.
Eine zentrale Studie wurde von Forschern unter der Leitung von Reto Huber vom
Kinderspital der Universität Zürich im Jahr 2010 veröffentlicht. Sie zeigt, dass die
Aktivität der langsamen Wellen im Tiefschlaf auch mit der gestaffelten Entwicklung
der einzelnen Hirnregionen korreliert. Die gesamte Hirnrinde reift nämlich nicht
gleichzeitig, sondern in einer bestimmten Reihenfolge: jene Regionen als Erstes, die
früh benötigt werden. Es beginnt mit Arealen im Hinterkopf, wo visuelle
Sinneseindrücke verarbeitet werden. Darauf folgen die motorischen und
sprachlichen Areale in den oben und seitlich gelegenen Scheitel- und
Schläfenlappen. Als Letztes reifen die frontalen Bereiche, die beim zielgerichteten
Handeln und bei der Selbstregulation involviert sind. Wie die Forscher zeigten,
verschiebt sich parallel dazu auch die Aktivität im Tiefschlaf von hinten nach vorne
(siehe Grafik).
Die Intensität der langsamen Hirnwellen war jeweils in den Bereichen am stärksten
ausgeprägt, die gerade die grösste Entwicklung durchmachten. Das starke Signal
entstehe durch die zunehmende Vernetzung der Nervenzellen, erklärt Huber. Denn
nur wenn sehr viele Nervenzellen über grosse Distanzen im gleichen Takt aktiv
seien, könne man ein starkes Signal messen.
Schon in den 1980er Jahren wies der amerikanische Psychiater Irvin Feinberg
darauf hin, dass die Hirnaktivität im Tiefschlaf sowohl mit der Dichte der Synapsen
als auch mit dem Energieverbrauch im Laufe der Entwicklung korreliert. Er
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postulierte, dass diese Korrelation kein Zufall sein könne, sondern dass ein
Zusammenhang bestehen müsse. Nach der Jahrtausendwende habe die Idee
Aufwind bekommen, dass die langsamen Hirnströme sogar eine aktive Rolle in der
Hirnreifung spielen könnten, erklärt Huber.
Giulio Tononi und Chiara Cirelli von der University of Wisconsin formulierten die
Hypothese der synaptischen Homöostase. Demnach werden im Wachzustand beim
Verarbeiten von Informationen die synaptischen Verbindungen aufgebaut und
jeweils im Schlaf auf ein Mass reduziert, das ein möglichst effizientes Arbeiten des
Netzwerks erlaubt. Dieser Abbau geschieht laut der Hypothese insbesondere durch
die langsamen Wellen im Tiefschlaf.
Kausalität unklar
Der erste Teil der Hypothese sei relativ gut belegt, sagt Huber. Viele Studien zeigen,
dass die Aktivität der langsamen Wellen jeweils in dem Hirnareal am stärksten
zunimmt, das tagsüber am meisten beansprucht wird. Ausserdem werden die
Grösse und die Anzahl der Synapsen tatsächlich während des Tiefschlafs reduziert.
Doch ob die langsamen Wellen wirklich für diesen Abbau verantwortlich seien und
wie sie das anstellten, sei unklar, sagt Huber.
Die Forscher kamen aufgrund ihrer und anderer Studien auf die Idee, die
Hirnaktivität im Tiefschlaf als eine Art Biomarker für die Hirnentwicklung zu
betrachten. Nun sind sie dabei, zu untersuchen, inwiefern sich dieses gut messbare
Signal bei gesunden und psychisch kranken Kindern unterscheidet. Über erste
Ergebnisse berichtete Huber kürzlich am Symposium in Zürich. In
Zusammenarbeit mit der Klinik für Kinder- und Jugendpsychiatrie der Universität
Zürich untersucht sein Team derzeit die Hirnaktivität im Schlaf von Kindern mit
Depressionen und ihren nicht erkrankten Geschwistern.
Eine andere, bereits publizierte Studie über Kinder mit AufmerksamkeitsdefizitHyperaktivitätsstörung (ADHS) zeigt, dass die zeitliche Verschiebung der
Hirnaktivität im Tiefschlaf jener bei gesunden Kindern hinterherhinkt (siehe
Grafik). Eine verlangsamte Hirnreifung sei eine der möglichen Erklärungen für die
ADHS-Symptomatik, sagt Huber. Dies spiegle sich offensichtlich in der TiefschlafAktivität. Doch wollen sich die Forscher mit dieser Schlussfolgerung, die auf der
Beobachtung von Korrelationen beruht, nicht begnügen. Ihr eigentliches Ziel ist, zu
erforschen, ob der Tiefschlaf eine aktive Rolle in der Hirnentwicklung spielt. Dafür
müsste man ihn manipulieren. Doch die Möglichkeiten dazu sind begrenzt.
Den Tiefschlaf manipulieren
Eine dauerhafte Manipulation des Schlafs könnte verheerende Folgen haben.
Zumindest gehen die meisten psychischen Erkrankungen mit gestörtem Schlaf
einher. Hingegen kann man die Aktivität im Tiefschlaf vorübergehend beeinflussen,
etwa durch eine schwache, externe Elektrostimulation (transkranielle
Gleichstromstimulation). Einen ersten solchen Versuch bei Kindern mit ADHS
unternahmen Forscher unter der Leitung von Lioba Baving von der ChristianAlbrechts-Universität in Kiel. Sie zeigten, dass eine gezielt eingesetzte
Elektrostimulation während des Tiefschlafs die Aktivität der langsamen Wellen im
Frontalhirn steigerte. Nach einer solchen Behandlung konnten sich die Kinder am
Tag zuvor gelernte Wortpaare besser merken.
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Huber will einen ähnlichen Effekt mit Tönen erzielen. Mit zeitlich gut
abgestimmten Tönen könne man die Aktivität der langsamen Wellen verstärken
oder abschwächen. Es gehe ihm nicht um eine therapeutische Intervention. Wenn
man aber durch eine Manipulation des Tiefschlafs auf einzelne Symptome einer
psychischen Erkrankung einwirken könne, spreche das dafür, dass der Schlaf bei
ihrer Entstehung beteiligt sei. Diese Erkenntnis könnte wiederum für Therapien
nützlich sein.
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