Doktorarbeit final 03-2009

Aus der Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychosomatik
Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie
der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau
Der Einfluss von partiellem Schlafentzug auf
kognitive Funktionen und Schlafparameter bei Jugendlichen
Eine kontrollierte Studie
INAUGURAL–DISSERTATION
zur Erlangung des Medizinischen Doktorgrades
der Medizinischen Fakultät
der Albert-Ludwigs-Universität
Freiburg im Breisgau
Vorgelegt 2008
von Nora Matthaeas
geboren in Hamburg
Dekan:
1. Gutachter:
2. Gutachter:
Jahr der Promotion:
Prof. Dr. Christoph Peters
Prof. Dr. Ulrich Voderholzer
PD Dr. Hans-Willi Clement
2009
Gebt den Leuten mehr Schlaf - und sie werden wacher sein, wenn sie wach sind.
Kurt Tucholsky
INHALT
1. EINLEITUNG _____________________________________________________6
2. THEORETISCHER HINTERGRUND _______________________________________7
2.1. LERNEN UND GEDÄCHTNIS ______________________________________________ 7
2.1.1. ALLGEMEINES ____________________________________________________ 7
2.1.2. NEUROANATOMISCHE GRUNDLAGEN __________________________________ 11
2.2. SCHLAF ___________________________________________________________13
2.2.1. ALLGEMEINES ___________________________________________________ 13
2.2.2. SCHLAFSTADIEN _________________________________________________ 14
2.2.3. SCHLAF-WACHRHYTHMUS __________________________________________ 18
2.2.4. ENTWICKLUNG DES SCHLAFVERHALTENS ______________________________18
2.2.5. BESONDERHEITEN DES SCHLAFS BEI KINDERN UND JUGENDLICHEN __________ 20
2.3. SCHLAF, LERNEN UND GEDÄCHTNIS ______________________________________ 22
2.4. HERLEITUNG DER FRAGESTELLUNG ______________________________________ 26
3. STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK __________________________________27
3.1. STUDIENTEILNEHMER _________________________________________________ 27
3.1.1. ALLGEMEINES ___________________________________________________ 27
3.1.2. EIN- UND AUSSCHLUSSKRITERIEN ____________________________________ 28
3.2. MATERIAL UND METHODEN_____________________________________________ 29
3.2.1. STUDIENDESIGN _________________________________________________ 29
3.2.2. POLYSOMNOGRAPHIE _____________________________________________ 33
3.2.3. MESSPARAMETER - BLUT- UND SPEICHELPROBEN _______________________ 35
3.2.4. AKTOMETER ____________________________________________________ 35
3.3. NEUROPSYCHOLOGISCHE TESTBATTERIE __________________________________ 38
3.3.1. VERBALES LERNEN UND GEDÄCHTNIS _________________________________ 38
3.3.2. VISUELLES LERNEN UND GEDÄCHTNIS ________________________________39
3.3.3. EXEKUTIVE LEISTUNGEN ___________________________________________ 40
3.3.4. KONZENTRATION UND AUFMERKSAMKEIT ______________________________40
3.4. STATISTISCHE AUSWERTUNG ___________________________________________ 42
4. ERGEBNISSE ____________________________________________________43
4.1. NEUROPSYCHOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN DER GEDÄCHTNISLEISTUNG ________ 43
4.2. SCHLAFPARAMETER __________________________________________________ 49
4.3. KORRELATION ZWISCHEN GEDÄCHTNISLEISTUNG UND SCHLAFPARAMETERN _______ 56
5. DISKUSSION ____________________________________________________58
6. ZUSAMMENFASSUNG ______________________________________________67
7. LITERATURVERZEICHNIS ___________________________________________68
8. LEBENSLAUF ___________________________________________________75
-4-
9. DANK _________________________________________________________77
10. ANHANG ______________________________________________________78
10.1. ABKÜRZUNGEN ____________________________________________________ 78
10.2. VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN ___________________________79
10.3. NEUROSPSYCHOLOGISCHE TESTBATTERIE ________________________________82
10.4. ORGANISATORISCHES _______________________________________________ 87
-5-
EINLEITUNG
6
1. EINLEITUNG
Der menschliche Schlaf ist voller Geheimnisse und fasziniert Laien und Wissenschaftler
gleichermaßen. Dies spiegelt sich in zahlreichen Studien wider, die versuchen, die
Mechanismen des Schlafs zu ergründen.
Viele dieser Studien beziehen sich auf Erwachsene, über Jugendliche ist noch sehr wenig
bekannt. Carskadon zeigte 1990, dass sich in der Pubertät der Schlaf-Wach-Rhythmus
verändert und daraus bei einigen Jugendlichen ein chronischer Schlafmangelzustand
resultiert. Welchen Einfluss hat dies auf die alltägliche Lernleistung bei Jugendlichen?
Lassen sich möglicherweise Bildungsdefizite von Jugendlichen mit Schlafmangel erklären?
Um dieser Frage nachzugehen, wurden die Folgen von partiellem Schlafentzug bei
Jugendlichen unter standardisierten Bedingungen erforscht.
Das Projekt wurde von drei Doktoranden durchgeführt, die drei unterschiedlichen
Fragestellungen nachgegangen sind:
Einfluss des Schlafverhaltens Jugendlicher auf
1. die kognitive Leistungsfähigkeit mit Betrachtung der Schlafparameter (diese Arbeit).
2. Aufmerksamkeit,
Konzentration
und
Exekutivfunktionen,
Veränderungen
der
Schlafstadien.
3. den Hormonhaushalt (Cortisol, Interleukin-6, Leptin).
Zum besseren Verständnis wird zunächst das vollständige Studiendesign vorgestellt. Für die
Ergebnisse von Teil 2 und 3 verweise ich auf die Arbeiten meiner Mitdoktoranden Eva
Hatami und Eike Piechowiak.
Ausgangspunkt für diesen Teil der Studie war die Feststellung, dass die Pubertät eine
wichtige Rolle in der intellektuellen Entwicklung spielt und damit verbunden auch für die
weitere Ausbildung und Berufsfindung von Jugendlichen.
Wie unterscheidet sich der Schlaf von Jugendlichen von dem von Erwachsenen? Wie
variieren die Schlafmuster von Jugendlichen in Nächten nach Schlafentzug im Vergleich zu
Nächten mit viel Schlaf? Und wie gut lernen sie, wenn sie wenig schlafen?
-6-
THEORETISCHER HINTERGRUND
7
2. THEORETISCHER HINTERGRUND
2.1. LERNEN UND GEDÄCHTNIS
2.1.1. ALLGEMEINES
Eine der wichtigsten kognitiven Leistungen des Menschen ist die Fähigkeit zum Bilden eines
Gedächtnisses. Nur dadurch wird es möglich Zusammenhänge zwischen Ereignissen
herzustellen, die zeitlich getrennt sind, und zwischen Vergangenheit und Gegenwart zu
unterscheiden. Ohne ein Gedächtnis würde die Kontinuität fehlen, das Ausbilden einer
kontinuierlichen Persönlichkeit wäre unmöglich.
Das Gedächtnis dient dazu, Informationen aufzunehmen, zu verarbeiten, zu ordnen und
wieder abzurufen. Es ermöglicht sowohl Wissenserwerb als auch das Erlernen von
Fertigkeiten und das Automatisieren von Handlungen. Verschiedene Lernprozesse spielen
dabei eine wichtige Rolle, viele laufen unbewusst ab, einige bewusst. Mit dem Lernen
verändert sich das neuronale Netzwerk der zugrunde liegenden Strukturen im Gehirn,
Synapsen bilden oder verstärken sich. Diese Plastizität des Gehirns lässt sich in zahlreichen
Studien nachweisen, von denen einige hier im Abschnitt 2.1.2. beschrieben werden.
Das Gedächtnis lässt sich zeitlich und inhaltlich differenzieren.
Schon früh wurde zwischen dem Kurzzeitgedächtnis und dem Langzeitgedächtnis bzw. das
primäre vom sekundären Gedächtnis unterschieden (Ebbinghaus, 1885; James, 1890). Im
Laufe der Zeit haben sich die Definitionen verändert und die folgende zeitliche Einteilung
orientiert sich an der Arbeit von Atkinson und Shiffrin von 1968. Dieses „Mehr-SpeicherModell“ beinhaltet eine serielle Informationsverarbeitung, wobei die Informationen im
sensorischen Register (Ultrakurzzeitgedächtnis) aufgenommen, in das Kurzeit- oder auch
Arbeitsgedächtnis transferiert werden und schließlich im Langzeitgedächtnis gespeichert
werden (Atkinson et al., 1968; Markowitsch, 1999).
Bei diesem Modell werden im sensorischen Register Umweltreize identifiziert, kurz gehalten
und so für eine weitere Verarbeitung zugänglich gemacht. In dem System des
„Ultrakurzzeitgedächtnisses“ werden die Reize nur für wenige Zehntelsekunden (visuelle
Modalität) bis hin zu wenigen Sekunden (auditive Modalität) gespeichert (Darwin, 1972).
Dieses sensorische Register ist für jede Sinnesmodalität spezifisch. Steuerbare Prozesse
von Aufmerksamkeit und Bewusstsein spielen keine Rolle bei der Aufnahme in dieses
Register, allerdings beeinflussen sie, welche Informationen in das Arbeitsgedächtnis
gelangen.
-7-
THEORETISCHER HINTERGRUND
8
Auf das Individuum einwirkende Umweltreize
SENSORISCHE REGISTER
visuell - olfaktorisch - auditiv - gustatorisch - haptisch
KURZZEITSPEICHER
Arbeitsgedächtnis wichtig für
Antwort
Abruf
Informationswiedergabe
Reizwiederholung
Einspeicherung
Entscheidungen
Abrufstrategien
LANGZEITSPEICHER
Abbildung 1: Mehr-Speicher-Modell des Gedächtnisses (modifiziert nach Markowitsch, 1999)
Die Weiterverarbeitung der Informationen erfolgt im Kurzzeit- oder auch Arbeitsgedächtnis,
dort werden die Informationen über Minuten gespeichert, und es erfolgt die bewusste
Informationsverarbeitung. Eine begrenzte Anzahl an Reizen wird zur längerfristigen
Speicherung in das Langzeitgedächtnis überführt. Das Kurzzeitgedächtnis verfügt nur über
eine kleine Merkspanne. Miller ging 1956 davon aus, dass etwa sieben ± zwei
Informationseinheiten wie Ziffern aufgenommen und verarbeitet werden, mit Training konnte
die Größe der einzelnen Einheiten erhöht werden (Miller, 1956).
1974 präsentierten Baddeley und Hitch die Idee des Arbeitsgedächtnisses als Ersatz des
Kurzzeitgedächtnisses. Unter dem Arbeitsgedächtnis versteht man demnach nicht mehr nur
das Behalten von Informationen, sondern auch die Weiterverarbeitung und Manipulation von
diesen Informationen in einem bestimmten Zeitraum. In der Forschung wird das
Arbeitsgedächtnis
häufig
mit
Hilfe
von
Kopfrechenaufgaben
oder
rückwärts
wiedergegebenen Zahlenreihen beobachtet. Des Weiteren können im Arbeitsgedächtnis
neue Informationen mit alten Informationen aus dem Langzeitgedächtnis abgeglichen und
verknüpft werden. Das Arbeitsgedächtnis beinhaltet vier Subsysteme: die phonologische
Schleife, den visuell-räumlichen Notizblock, den episodischen Puffer und die zentrale
Exekutive (Baddeley et al., 1974 und 2001). Die Begriffe Kurzzeit- und Arbeitsgedächtnis
werden derzeit noch häufig synonym verwendet.
Im Langzeitgedächtnis werden Informationen über Tage bis Jahre gespeichert. Dies sind
Informationen,
die
zeitlich
überschreiten.
Einige
und
Theorien
inhaltlich
die
Kapazität
gehen
davon
aus,
des
dass
Arbeitsgedächtnisses
die
Kapazität
des
Langzeitgedächtnisses praktisch unbegrenzt sei. Vergessen von Wissen geschehe
demzufolge nicht aufgrund von Kapazitätsproblemen, sondern zum Schutz des Individuums
vor zu viel Wissen. Dieses Vergessen beruhe weniger auf einem Verlust von Wissen als viel
-8-
THEORETISCHER HINTERGRUND
9
mehr auf Interferenz mit anderen früher oder später gelernten Inhalten. Dagegen wird beim
Arbeitsgedächtnis davon ausgegangen, dass die Information an sich einfach verloren geht.
Zu unterscheiden sind vier wichtige Prozesse, die beim Langzeitgedächtnis eine Rolle
spielen:
-
Enkodierung: Lernen bzw. Speichern von Informationen
-
Konsolidierung: Behalten von wichtigen Informationen
-
Reproduktion: Erinnern oder Rekonstruieren von Gedächtnisinhalten
-
Vergessen: Informationsverlust durch Interferenz oder Zerfall von Gedächtnisinhalten
Lernen ist nicht gleich Lernen. Das Langzeitgedächtnis lässt sich in zwei große inhaltliche
Systeme unterteilen, das deklarative, explizite Gedächtnis und das non-deklarative,
prozedurale Gedächtnis.
Im deklarativen Gedächtnis werden Fakten und Ereignisse gespeichert. Gehören diese
Informationen zur persönlichen Biographie, spricht man vom episodischen Gedächtnis, mit
dem häufig Emotionen verbunden sind. Dem gegenüber steht das semantische Gedächtnis.
Es beinhaltet das sogenannte „Weltwissen“, also berufliche Kenntnisse, geschichtliche
Daten, Fakten zu Politik, Vokabeln und ähnliches. Explizites, bewusstes Lernen ergänzt das
deklarative, insbesondere das semantische Gedächtnis. Die im semantischen und
episodischen
Gedächtnis
gespeicherten
Informationen
können
bewusst
(explizit)
wiedergegeben werden.
Unter non-deklarativem oder auch implizitem Lernen versteht man hingegen einen eher
unbewussten Lernvorgang. Ein wichtiger Teil des impliziten Gedächtnisses beinhaltet
Fertigkeiten und Gewohnheiten und wird auch prozedurales Gedächtnis genannt. In ihm
werden Fertigkeiten automatisiert, so dass sie ohne nachzudenken durchgeführt werden
können, wie beispielsweise viele motorische Abläufe von Laufen, Treppensteigen über
Fahrradfahren bis hin zu noch komplexeren Tätigkeiten (Musikinstrumente). Weitere implizite
Gedächtnisformen umfassen zum Beispiel das Priming. Priming bezeichnet unbewusste
Wahrnehmung von Sinnesreizen, auch wenn sie nur sehr kurz angeboten werden. Selbst
wenn sie nicht das Bewusstsein erreichen, werden sie kognitiv verarbeitet und beeinflussen
das weitere Handeln. Des Weiteren sind Konditionierung und Erwartungen mit dem
impliziten Gedächtnis verbunden (Squire et al., 1996).
-9-
THEORETISCHER HINTERGRUND
10
Langzeitgedächtnis
Deklaratives/Explizites
Gedächtnis
Fakten
Medialer
Temporallappen
Nondeklaratives/Implizites
Gedächtnis
Ereignisse
Diencephalon
Priming
Neokortex
Nichtassoziatives
Lernen
Klassisches
Konditionieren
Reflexbahnen
Prozedurale
Fertigkeiten/
Gewohnheiten
Striatum
Emotionen
Amygdala
Skelettmuskulatur
Zerebellum
Abbildung 2: Taxonomie des Langzeitgedächtnisses mit spezifischen Hirnstrukturen, die in jedes System
involviert sind (modifiziert nach Squire, 2004)
- 10 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
11
2.1.2. NEUROANATOMISCHE GRUNDLAGEN
Neuere Forschungsergebnisse haben den beiden Gedächtnisformen konkrete und
unterschiedliche Gehirnregionen zuordnen können.
Explizite,
deklarative
Erinnerungen
werden
kurzzeitig
im
präfrontalen
Cortex
zwischengespeichert (Arbeitsgedächtnis). Mit Hilfe des Hippocampus werden die Inhalte
umgewandelt. Anschließend findet die Speicherung in den Cortexarealen statt, die für die
beteiligten Sinnesmodalitäten typisch sind, also in denselben Arealen, die ursprünglich die
Informationen verarbeitet haben (Zeineh et al., 2003; Takashima et al., 2006). Wegen der
moderierenden Rolle des Hippocampus wird das deklarative Gedächtnis auch Hippocampusabhängiges Gedächtnis genannt.
Implizite Erinnerungen an Fertigkeiten, Gewohnheiten und Konditionierungen werden unter
Einschluss von Kleinhirn, Striatum und Amygdala sowie der für die Ausführung
verantwortlichen Hirnareale gespeichert, sind aber Hippocampus-unabhängig (Kandel,
2006).
Für die Überführung von neuen, deklarativen Informationen in das Langzeitgedächtnis ist
nicht nur der Hippocampus, sondern auch das gesamte limbische System von Bedeutung.
Die dem Hippocampus unmittelbar anliegenden Strukturen des medialen Temporallappens
wie parahippocampaler, perirhinaler und entorhinaler Cortex spielen eine wichtige Rolle,
werden im Folgenden aber meist vereinfachenderweise in dem Begriff Hippocampus mit
eingeschlossen, da funktional zwischen diesen Regionen und dem Hippocampus selbst oft
nicht unterschieden wird.
Entfernt man Patienten beide Hippocampi, so entwickeln sie eine schwere anterograde
Amnesie, sie können keine neuen Informationen behalten, wie es bei dem berühmten
Patienten H.M. zu verfolgen ist. Mit neun Jahren hatte H.M. einen Fahrradunfall und litt
seitdem unter Epilepsie. Die Anfälle nahmen in ihrer Intensität zu, so dass dem Patienten
beide Hippocampi entfernt wurden. Die Operation führte zwar zu einem Sistieren der
epileptischen Anfälle, jedoch hatte der Patient seitdem einen Gedächtnisausfall. Während
das Arbeitsgedächtnis funktionierte, konnte H.M. keine Informationen aus diesem in das
Langzeitgedächtnis überführen. Die Erinnerungen an seine Kindheit waren jedoch
weitgehend intakt. Das implizite Langzeitgedächtnis schien dennoch durchaus zu
funktionieren, was sich im Verhalten und in den Gefühlsreaktionen von H.M widerspiegelte,
wie Brenda Milner in ihren Studien zu dem Fall festhielt. So war er durchaus in der Lage,
Spiegelschrift neu zu lernen (Prozedurales Gedächtnis). Daraus schließt Kandel, dass der
Mensch sehr viele Informationen automatisch und unbewusst speichert und dass dieser
Vorgang unabhängig von dem Vorgang der bewussten Erinnerung abläuft (Kandel, 2006).
Wie oben erwähnt ist der Hippocampus elementar für das Formen neuer expliziter
- 11 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
12
Erinnerungen. In den letzten Jahren konnten mit neuen Methoden und Bildgebung viele
Erkenntnisse diesbezüglich gewonnen werden (Peigneux et al., 2003; Born et al., 2006).
So
konnten
verschiedene
Gedächtnisleistungen
unterschiedlichen
Bereichen
des
Hippocampus zugeordnet werden. 2003 zeigten Zeineh et al. mit Hilfe von fMRT
Aktivitätsunterschiede in verschiedenen Teilen des Hippocampus beim Lernen von GesichtNamen-Paaren, wobei bestimmte Anteile des Hippocampus und der Gyrus Dentatus
während der Enkodierung aktiver als im Ruhezustand waren und eine verminderte
Aktivierung zeigten, nachdem die Gesicht-Namen-Paare gelernt worden waren (Zeineh et
al., 2003).
- 12 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
13
2.2. SCHLAF
2.2.1. ALLGEMEINES
Schlaf
"Was ist das? Der Mensch wünscht es sich herbei,
und wenn er es endlich hat, lernt er es nicht kennen.“
Leonardo da Vinci
Etwa ein Drittel seines Lebens verbringt der Mensch schlafend. Schon seit langem fasziniert
das Phänomen Schlaf die Menschheit, und sein evolutionärer Nutzen gibt Rätsel auf.
Als
Schlaf
bezeichnet
man
einen
regelmäßig
wiederkehrenden
physiologischen
Erholungszustand mit Veränderungen der Bewusstseinslagen und Körperfunktionen.
Während des Schlafs verlangsamen sich die Herzfrequenz und die Atmung, es sinkt der
Blutdruck und auch die Körpertemperatur, die Aktivität des Parasympathikus überwiegt. Die
Muskulatur entspannt sich, der Körper wird „schlaff“, was auch an der Herleitung des Begriffs
„schlafen“ deutlich wird. Die Abstammung kommt von dem Gotischen „sleps“ sowie dem Altund Mittelhochdeutschen „slaf“, was ursprünglich „schlapp“ oder „schlaff“ bedeutet im Sinne
einer körperlichen und geistigen erholsamen Erschlaffung (Leutner, 1993).
Schlaf ist ein im Tierreich ubiquitär vorkommendes Phänomen und gehört zu den
überlebensnotwendigen Bedürfnissen. Auf den ersten Blick fallen viele Nachteile auf, denn
während des Schlafs ist jedes Lebewesen erhöhter Gefahr ausgesetzt. Der Angriff von
Feinden droht, mit Kampf, Verletzung oder sogar Tod, und der Körper ist gegenüber Hitze
und Kälte ungeschützt. Dass sich Schlaf entwicklungsgeschichtlich durchgesetzt hat, weist
jedoch darauf hin, dass die Vorteile dieser biologischen Funktion überwiegen (Siegel, 2005).
Was genau die Rolle des Schlafs ist, ist bis heute noch nicht endgültig geklärt. Es gibt
verschiedene Hypothesen, die versuchen, die Aufgaben des Schlafs zu definieren. Zum
einen scheint Schlaf der Regeneration des Körpers zu dienen. So funktionieren bestimmte
Körperfunktionen nach Schlaf besser als nach einer langen Wachphase; das Immunsystem
und Stoffwechselkreisläufe regenerieren, Wachstumshormone werden im Schlaf vermehrt
ausgeschüttet (Bonnet et al., 1985; Cirelli et al., 2002; Toth et al., 2003; Hobson, 2005).
Wird diese restaurative Funktion durch Schlafentzug gestört, drohen Funktionseinbußen, im
schlimmsten Fall sogar der Tod. Rechtschaffen et al. führten Versuche an Ratten durch. Bei
Schlafentzug kam es zu einem Abfall der Körpertemperatur der Tiere, was auf eine Störung
der Homöostase hinweist. Des Weiteren führte Schlafdeprivation bei den Ratten zu erhöhter
Futteraufnahme, Gewichtsabnahme, erhöhtem Energieverbrauch, Hautläsionen, Störungen
in Hormonkreisläufen, Entkräftung und Tod (Rechtschaffen et al., 1989 und 2002). Auch bei
jungen Hunden führt ein mehrtägiger Schlafentzug von acht bis zehn Tagen zum Tod, wie
Pieron bereits 1913 in einer Studie zeigte (Pieron, 1913).
- 13 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
Bezüglich Schlafdeprivation
beim
Menschen
14
berichtet
Borbély
von
einem jungen
Amerikaner, der 1965 264 Stunden und 12 Minuten freiwillig nicht schlief und damit den
Weltrekord im Schlafentzug aufstellte. Während des Experiments zeigte der junge Mann
deutliche Effekte wie Konzentrationsschwierigkeiten, Halluzinationen, Kurzzeitgedächtnisstörungen, Paranoia und Verhaltensänderungen (Borbély, 1984).
2.2.2. SCHLAFSTADIEN
Mit der Entwicklung des Elektroenzephalogramms 1924 durch den deutschen Psychiater
Berger konnte die Schlafforschung in neue Dimensionen eintreten. Seitdem ist es möglich,
die
elektrische
Aktivität
des
Gehirns
zu
registrieren
und
einen
Bezug
zu
Bewusstseinszuständen zu korrelieren.
Zunächst wurde 1954 zwischen zwei Schlafarten differenziert, dem Rapid Eye MovementSchlaf (REM-Schlaf), für den rasche Augenbewegungen typisch sind und dem Non-REMSchlaf. Aserinsky und Kleitman wiesen Perioden rascher Augenbewegungen im Laufe des
Schlafs nach, die mit einer außergewöhnlichen Desynchronisierung des EEGs einhergingen.
Aus Traumberichten von Probanden, die direkt im Anschluss an REM-Phasen geweckt
wurden, wurde gefolgert, dass REM-Schlafphasen durch das Auftreten von Träumen
gekennzeichnet sind. Damit wurde die vorherrschende Meinung, dass Schlaf allein ein
passiver Bewusstseinszustand sei, in dem lediglich Körperfunktionen auf ein nötiges
Minimum reduziert würden, obsolet (Aserinsky und Kleitman, 1953).
Die Entwicklung weiterer Technologien, wie das funktionelle Kernspin (fMRT) und
Positronen-Emissions-Tomographie (PET), die es uns zusätzlich zum EEG ermöglichen,
Vorgänge im ZNS nachzuverfolgen, machen deutlich, dass sich das Gehirn im Schlaf
keineswegs in einem passiven Ruhestand befindet. Vielmehr zeigt sich, dass im ZNS
komplexe Funktionsmuster ablaufen, die sich regelmäßig wiederholen. Bereits nach
Schließen der Augen und mit Einsetzen des Schlafs ändert sich das Potentialmuster
verglichen mit dem Wachzustand erheblich. Diese Erkenntnisse dienten zur Einteilung der
Schlafstadien nach Rechtschaffen und Kales (1968).
So wurde der Non-REM-Schlaf in vier Schlafstadien unterteilt, die sich in spezifischen
Charakteristika
in
Elektroenzephalogramm
(EEG),
Elektrookulogramm
(EOG)
und
Elektromyogramm (EMG) unterscheiden. Stadium 3 und 4 werden zusammen als
Tiefschlafphasen oder auch Slow Wave Sleep (SWS) bezeichnet, während die Stadien 1 und
2 den Leichtschlaf darstellen. Etwa 55-60% des Gesamtschlafs entfallen auf Leichtschlaf,
15-25% auf die Tiefschlafphase 3 und 4, die restlichen 20-25% werden vom REM-Schlaf
dominiert. Während der Mensch in Stadium 1 und 2 noch relativ leicht erweckbar ist, nimmt
die Weckbarkeit zum Stadium 3 und 4 hin ab.
- 14 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
15
Auf biologischer Ebene stellt sich Schlaf als zyklische Abfolge der verschiedenen
Schlafstadien dar, beim Menschen dauert ein Zyklus etwa 90 Minuten, in dem die
Schlafphasen in relativ konstanter Reihenfolge in unterschiedlicher Länge durchlaufen
werden. Zu Beginn der Nacht macht der Tiefschlaf einen großen Teil der Zyklen aus,
während nur kurze REM-Phasen auftreten. Im Laufe der Nacht verlängern sich die REMAbschnitte von 5-10 Minuten auf 20-30 Minuten, und die letzten Schlafabschnitte enthalten
kaum noch Tiefschlaf (Birbaumer, 1975). Die erste REM-Schlaf-Phase beendet den ersten
von meist etwa fünf Schlafzyklen.
Abbildung 3: Schlafprofil einer gesunden 15-jährigen Probandin in der neunstündigen Kontrollnacht
Bei gesunden Probanden zeigt das EEG im Wachzustand vorwiegend !- und "-Aktivität, im
Stadium 1, dem Übergang zum Schlafen, treten typischerweise !-Wellen auf. Das Stadium 2
stellt den eigentlichen Schlafbeginn dar, hier treten charakteristische Schlafspindeln und #Komplexe auf. Für den Tiefschlaf (Stadium 3 und 4) ist $-Aktivität typisch.
- 15 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
Wachzustand
16
Allgemein
Kennzeichen in EEG, EOG und EMG
Entspannt,
Desynchronisiertes, gemischtes Bild mit !-Aktivität durchsetzt mit "-
geschlossene Augen
Wellen, hochfrequenter Muskeltonus mit hoher Amplitude, schnelle
und abrupte Augenbewegungen
Non-REM-Schlaf
Stadium 1
Einschlafen
!-Aktivität nimmt zu, <50% !-Wellen-Aktivität, langsame, rollende
2-5% des
typische
Augenbewegungen
Gesamtschlafs
hypnagogische
leichte Muskelhypotonie, gehäufte Myokloni (Muskelzuckungen),
Halluzinationen
sinkende Frequenz der Hirnaktivität
Stadium 2
Leichtschlaf
!-Wellen herrschen vor, Schlafspindeln (12-14 Hz), #-Komplexe,
40-50% des
Einschlafzeitpunkt
<20% $-Wellen
Gesamtschlafs
Stadium 3
(slow
eye
movements,
Pendeldeviationen),
EMG- und EOG-Potentiale nehmen ab
Mittlerer Schlaf
20-50% hochamplitudige, niederfrequente $-Wellen, gelegentlich
3-8% des
Schlafspindeln
Gesamtschlafs
Stadium 4
Tiefschlaf
> 50% $-Wellen, abgeflachtes EMG, kaum Augenbewegungen
10-15% des
erkennbar
Gesamtschlafs
REM-Schlaf
Träume
Desynchronisiert, vorherrschend sind !-Wellen, aber auch !-, "- und
20-25% des
„paradoxer Schlaf“
$-Aktivität
Gesamtschlafs
kommen
vor,
charakteristische
Sägezahnwellen;
Muskelatonie durch Hemmung der !-Motoneurone im Rückenmark ,
schnelle und ruckartige Augenbewegungen, gesteigerte Atmung,
gesteigerter Puls
•
!-Aktivität % Frequenz 8-13 Hertz, Amplitude 20-100 &V
•
"-Aktivität % 12-14 Hz, 10-60 &V
•
!-Aktivität % 4 - 7 Hz, 20-70 &V
•
$-Aktivität % 0,5-3 Hz, 50-300 &V
•
Spindeln % 11-15 Hz, Dauer von mindestens 50 ms, potentielle Aufgabe: Schutz des Schlafs durch
Abschirmung des Gehirns gegen Außenreize
•
#-Komplexe %1-2 Hz, 170-270 &V, hochamplitudige, biphasische Wellen von niedriger Frequenz mit
einem negativen Ausschlag unmittelbar gefolgt von einem positiven Ausschlag, geben Hinweise darauf,
dass das schlafende Gehirn Reize aus der Umwelt wahrnimmt und darauf reagiert (Tonsignale, Namen)
Tabelle 1: Charakteristika der verschiedenen Schlafstadien
Wach
Schlafstadium 1
Schlafstadium 2
Schlafstadium 3
Schlafstadium 4
REM-Schlaf
EOG
EMG
EEG
Abbildung 4: EEG Kriterien für den menschlichen Schlaf. Quelle: Rechtschaffen und Siegel (2000)
- 16 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
17
Im Non-REM-Schlaf nimmt die Herz- und die Atemfrequenz ab, auch der Blutdruck sinkt. Die
Phasen 3 und 4 des Non-REM-Schlafs werden als Tiefschlaf oder auch Slow Wave Sleep
(SWS) bezeichnet. Sie sind dominiert von $-Wellen, die sich im EEG als niederfrequente und
hochamplitudige Wellen ableiten lassen. Der SWS ist vor allem im ersten Nachtdrittel
dominant und nimmt im Verlauf der Nacht ab.
Im REM-Schlaf kommt es hingegen zu gesteigerten vegetativen Funktionen. So steigt die
Herz- und Atemfrequenz, in der Peripherie ist der Adrenalinspiegel erhöht, was zu
vermehrten Angina Pectoris-Beschwerden in REM-Schlaf-Phasen führt. Des Weiteren
entspricht der cerebrale Blutfluss nach einer Steigerung um 3-12% während der REM-Phase
in etwa dem Wert von wacher Aufmerksamkeit. Probanden, die aus dem REM-Schlaf
erweckt wurden, berichten in bis zu 80% von Träumen, während Probanden, die aus
anderen Schlafstadien erweckt wurden, nur in etwa 40% von Traumerleben berichteten
(Nielsen et al., 1999). Die den REM-Schlaf begleitende Muskelatonie hindert den
Schlafenden am Ausagieren der Träume und erklärt, dass es im Traum häufig kein
Entkommen aus einer bedrohlichen Situation gibt, da sich der Körper wie gelähmt anfühlt.
Aufgrund seiner Besonderheiten wird der REM-Schlaf häufig in Verbindung mit psychischen
Prozessen gebracht. Lange wurde angenommen, dass insbesondere der REM-Schlaf eine
wichtige Rolle bei der Gedächtnisverarbeitung spielt. Während des REM-Schlafs nimmt der
Schlafende keine Reize aus der Umgebung auf. Wird die Aussentemperatur erhöht, fehlt die
Temperaturregulation während des REM-Schlafs. Im Non-REM-Schlaf findet dagegen eine
physiologische Reaktion auf Temperaturveränderungen statt, wie sie auch aus dem
Wachzustand bekannt ist. Es wird angenommen, dass die kortikalen Neurone, die für die
Wahrnehmung einer Temperaturveränderung verantwortlich sind, währen des REM-Schlafs
inaktiviert sind, so dass keine Regulationsmechanismen wirken können. Bei zunehmender
Temperaturerhöhung erwachten Probanden jedoch, und es setzten zügig physiologische
Steuermechanismen ein (Parmeggiani, 1987). Auf der anderen Seite steigt im REM-Schlaf
die Gehirnaktivität, was auf eine Zunahme der internen Reize schließen lässt. Ursachen
könnten Konsolidierungsprozesse sein.
Wird Schlaf systematisch verkürzt, so nehmen zuerst die Leichtschlafphasen ab. Auf diese
Weise kann die Schlafdauer auf eine individuell unterschiedliche Mindestdauer von etwa fünf
bis sechs Stunden reduziert werden, ohne dass die Leistungsfähigkeit verloren geht. Bei
einer weiteren Reduktion kommt es jedoch zu erheblichen Einschränkungen (Mullaney et al.,
1977).
Reboundphänomene nach einer solchen Schlafdeprivation deuten auf
die
Bedeutsamkeit von REM-Schlaf und SWS hin. So steigen im Erholungsschlaf nach totaler
Schlafdeprivation die prozentualen Anteile an REM-Schlaf und SWS deutlich an, während
das sonst mit etwa 50% am Gesamtschlaf beteiligte Leichtschlafstadium 2 deutlich verkürzt
ist. Bei diesem sogenannten Rebound scheint der SWS eine höhere Priorität als der REM-
- 17 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
18
Schlaf zu haben. So wird in den ersten Erholungsnächten insbesondere SWS-Vermehrung
festgestellt, während erst in den folgenden Nächten auch der prozentuale REM-Schlafanteil
ansteigt (Dement et al., 1976; Lavie et al., 1999). Insgesamt kann diese Erholungsphase
mehrere Nächte lang andauern. Auch bei dem Vergleich der Schlafarchitektur von Kurz- und
Langschläfern lassen sich Hinweise auf die Bedeutung von SWS finden. Der Anteil an
Schlafstadium 4 ist bei beiden Gruppen relativ homogen, Langschläfer zeigen lediglich eine
signifikante Erhöhung von REM-Anteilen (Webb et al., 1970). Eine bestimmte Menge von
SWS ist dementsprechend in jedem Schlaf unabhängig von der Gesamtschlafdauer
enthalten.
2.2.3. SCHLAF-WACH-RHYTHMUS
Probanden in einer zeitfreien Umgebung stellen sich schnell auf einen Rhythmus ein, der
geringfügig von dem durch außen vorgegebenen 24-Stunden-Rhythmus abweicht (Lavie et
al., 1975). Dieser Rhythmus wird als circadianer (circa= ungefähr, dies= Tag) Rhythmus
bezeichnet und beträgt bei den meisten Menschen etwa 25 Stunden. Dieser individuelle
Grundrhythmus wird von endogenen Oszillatoren gesteuert. Erst sekundär wird durch
externe Reize auf die 24-Stunden-Periodik der Außenwelt synchronisiert. Als stärkster
Zeitgeber wirkt beim Menschen helles Licht (7.000-12.000 Lux), aber auch soziale
Interaktionen beeinflussen den Tag-Nacht-Rhythmus. Das Hormon Melatonin spielt bei der
Vermittlung eine bedeutsame Rolle. Es wird in der Epiphyse produziert und fördert das
Schlafbedürfnis. Die Synthese und Ausschüttung wird durch Licht inhibiert und im Dunkeln
stimuliert, Helligkeit wirkt also aktivierend (Saper et al., 2005).
Blinden Menschen fehlt der äußere Zeitgeber zur Bestimmung der inneren biologischen Uhr,
was häufig zu circadianen Rhythmusstörungen führt (Lewy et al., 2006; Klein et al., 1993;
Leger et al., 1999).
2.2.4. ENTWICKLUNG DES SCHLAFVERHALTENS
Die Gesamtschlafzeit pro Tag, die Verteilung der Schlaf- und Wachphasen sowie die REMund Non-REM-Schlafanteile ändern sich im Laufe des Lebens. Das Schlafbedürfnis des
Einzelnen ist dabei individuell verschieden. Man geht davon aus, dass es annähernd einer
Normalverteilung entspricht (Lavie, 1999).
Säuglinge schlafen in der Regel 16 bis 19 Stunden täglich. Dabei erwachen sie meist alle
zwei bis drei Stunden, sie können jedoch auch bis zu fünf Stunden durchschlafen, bevor der
Hunger sie aufweckt. Einige Säuglinge schlafen auch bis zu zehn Stunden durch. Mit drei
Monaten entwickelt sich oft schon ein gewisser Tag-Nacht-Rhythmus. Von 24 Stunden
- 18 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
19
werden meist 13-15 Stunden geschlafen, davon nur noch etwa 5 Stunden tagsüber. Nachts
wachen die Kinder häufig noch ein bis zweimal auf. Die Schlafdauer nimmt nun kontinuierlich
ab. So schlafen Kinder in einem Alter von einem halben bis ein Jahr in der Regel 12 bis 14
Stunden täglich, 1-3-jährige 10-12 Stunden, der Tag-Nacht-Rhythmus ist in diesem Alter
meist schon relativ gefestigt. Bei Schulkindern liegt das Schlafbedürfnis bei etwa 10
Stunden. In den ersten sechs Lebensjahren entwickelt sich damit das polyphasische zu
einem monophasischen Schlafmuster. Im Laufe des Lebens reduziert sich die Schlafdauer
weiter und schwankt bei Erwachsenen zwischen 4 und 10 Stunden pro Nacht (Iglowstein et
al., 2003; Ohayon et al., 2004).
600
500
Schlafstadiumanteil in Minuten
#
Schlaflatenz
#
Wach nach Schlafbeginn
400
REM-Schlaf
300
Tiefschlaf (SWS)
200
Stadium 2
100
Stadium 1
0
5
10
15
25
35
45
55
65
75
85
Alter in Jahren
Abbildung 5: Altersabhängige Entwicklung der verschiedenen Schlafphasen in Minuten Stadium 1, Stadium 2,
Tiefschlaf, REM-Schlaf, Wachsein nach erster Schlafphase, Schlaflatenz (Ohayon et al., 2004)
Während zu Beginn des Lebens beim Neugeborenen etwa alle 50-60 Minuten ein Wechsel
von REM- zu Non-REM-Schlaf stattfindet, verlängert sich dieser Zyklus auf etwa 90 Minuten,
wenn das Gehirn weiter entwickelt ist. Auch dominieren in den ersten Lebensjahren die
Leichtschlafphasen das Schlafmuster, SWS der Stadien 3 und 4 entwickelt sich erst mit der
Reifung des Gehirns. Dominierend werden dieses beiden Schlafphasen um das 3.-5.
Lebensjahr herum, von da an nimmt der Anteil an SWS wieder kontinuierlich ab (Ohayon et
al., 2004).
In einer Meta-Analyse zeigten Ohayon et al. nach Betrachtung von 65 Studien zur
Veränderung der Schlafarchitektur, dass Schlaflatenz sowie der prozentuale Anteil an Schlaf
- 19 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
20
der Stadien 1 und 2 im Laufe des Lebens steigen. Der Anteil des REM-Schlafs scheint von
der Kindheit bis zum Ende der Pubertät leicht anzusteigen, bei jungen Erwachsenen leicht
abzunehmen, um dann bis zum 60. Lebensjahr relativ konstant zu sein und von da an weiter
abzufallen. Im Alter nehmen sowohl die Gesamtschlafdauer und die Schlafeffizienz ab und
am deutlichsten steigt die Zeit, die nach dem ersten Einschlafen wieder wach verbracht wird.
Nach dem 60. Lebensjahr scheinen bis auf die weiter abfallende Schlafeffizienz die
Schlafparameter stabil zu bleiben.
Schlafstadium
Kinder
Wach
REM
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
7
8
Zeit in Stunden
4
5
6
7
8
Zeit in Stunden
4
5
6
7
8
Zeit in Stunden
Schlafstadium
Junge Erwachsene
Wach
REM
1
2
3
4
Schlafstadium
1
Wach
REM
1
2
3
4
2
3
Ältere Menschen
1
2
3
Abbildung 6: Schematische Darstellung des Schlafprofils in unterschiedlichen Altersgruppen
Quelle: Sookmyung University, Korea
Ab dem 50. Lebensjahr besteht der Non-REM-Schlaf damit überwiegend aus den Stadien 1
und 2, beinhaltet also wenig Tiefschlaf. Bei jungen Menschen machen dagegen die
Schlafstadien 3 und 4 bis zu 40% der Gesamtschlafzeit aus. Demente Personen zeigen eine
deutliche Verminderung des SWS (Vitiello et al., 1989; Wauquier et al., 1992; Lombardo et
al., 1998; Buckley et al., 2005).
2.2.5. BESONDERHEITEN DES SCHLAFS BEI KINDERN UND JUGENDLICHEN
Heranwachsende Jugendliche haben einen täglichen Schlafbedarf von etwa 8,5 bis 9,25
Stunden, doch nur annähernd 25% der Jugendlichen schlafen auch wirklich so viel
(Carskadon, 2004).
Mit dem Erwachsenwerden entsteht ein Bedürfnis nach Unabhängigkeit, es gibt mehr
- 20 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
21
Möglichkeiten, sich mit Freunden und Bekannten zu treffen und sich außerhalb der Schule
zu engagieren (Sport, Musik), die Anforderungen in der Schule nehmen häufig zu, und
zusätzlich werden Gelegenheitsjobs angenommen, um ein wenig Geld zu verdienen. Der
Einfluss von Gleichaltrigen auf das eigene Verhalten spielt insbesondere in dieser
Lebensphase eine wichtige Rolle. Desweiteren stieg in den letzten Jahren der
Fernsehkonsum, Internet und Computerspiele führen zu einem zunehmenden Nachtleben
der Jugendlichen. All diese Faktoren tragen dazu bei, dass sich das Zubettgehen nach
hinten verschiebt und sich Schlafprobleme, Schlafmangel und erhöhte Tagesmüdigkeit
entwickeln (Acebo et al., 1997; Wolfson et al., 1998; Owens et al., 1999; Toyran et al., 2002;
Jenni et al., 2005). Darüber hinaus scheint ein direkter Bezug zwischen dem Schlaf-WachRhythmus von Kindern und Jugendlichen und dem Ausmaß familiären Stresses sowie Alter
und Bildungsgrad der Eltern zu bestehen. Häufiger trat Schlafmangel in Familien auf, in
denen die Eltern nur wenig über die Bedeutung von Schlaf zu wissen schienen und keine
klaren Grenzen bezüglich des Zubettgehens setzten (Crowley et al., 2007; Sadeh et al.,
2000 und 2007).
Da der Tagesrhythmus sich aus den oben genannten Gründen nach hinten ausdehnt, fehlen
Jugendlichen häufig ein bis zwei Stunden Schlaf pro Nacht. So konnten auch Sadeh et al.
2000 in Studienergebnissen präsentieren, dass ältere Kinder einen verzögerten Zeitpunkt
des Einschlafens zeigen und vermehrt über Tagesmüdigkeit berichten. In Bezug auf
Indikatoren von Schlafqualität fanden sich jedoch keine altersabhängigen Unterschiede. In
einer Umfrage unter etwa 3.000 Jugendlichen von der 9.-12. Klasse betrug die angegebene
Schlafzeit an Schultagen im Schnitt 7 Stunden und 20 Minuten (Wolfson et al., 1998). Mit
Hilfe von Aktigraphie (Aktometern) konnten Carskadon et al. 1998 in den USA zeigen, dass
die Schlafzeit von Zehntklässlern deutlich unter der Schlafzeit von Neuntklässlern lag. Der
Schlafverlust wurde darauf zurückgeführt, dass die Tagesabläufe der Jugendlichen sich nicht
an den früheren Schulbeginn nach Übergang von der 9. in die 10. Klasse angepasst hatten.
Während die Schüler 65 Minuten früher in der Schule sein und daher früher aufstehen
mussten, verlagerte sich jedoch nicht die Einschlafzeit entsprechend nach vorne. 2003
zeigten Sadeh et al., dass eine Verkürzung der Schlafdauer bei Viert- und Sechstklässlern
um nur eine Stunde zwar zu einer subjektiv wahrgenommenen besseren Schlafqualität,
jedoch zu objektiv verminderter Aufmerksamkeit und schlechteren neurokognitiven
Leistungen führte (Sadeh et al., 2003).
Mit zunehmendem Alter findet sich außerdem eine immer größer werdende Diskrepanz in
Bezug auf die Länge des nächtlichen Schlafs zwischen Schulnächten und Wochenenden
(Spruyt et al., 2004; Carskadon et al., 1990; Wolfson et al., 1998).
Neben diesen psychosozialen Einflüssen spielen aber auch biologische Veränderungen der
Schlafregulation während der Pubertät eine entscheidende Rolle. Zum einen wird
- 21 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
22
angenommen, dass sich das Schlafbedürfnis in der Pubertät noch einmal durch die
körperlichen Entwicklungsschübe erhöht (Dahl et al., 2002). Zum zweiten kommt es während
der Pubertät zu einer deutlichen Zunahme der Tagesmüdigkeit, auch wenn die nächtliche
Schlafdauer unverändert bleibt (Giannotti et al., 2002).
Des Weiteren konnte Carskadon zeigen, dass sich das Schlafverhalten Jugendlicher auch
unter Ausschluss aller externen „Taktgeber“ und damit inklusive der psychosozialen
Faktoren deutlich veränderte. So zeigte sich, dass sich der Zeitpunkt der „Dim-Light Salivary
Melatonin Onset (DLSMO)“ bei Jugendlichen im Laufe der Entwicklung nach hinten
verlagerte. Damit trat der durch Melatonin ausgelöste Schafimpuls zunehmend später ein, es
kam zu parallel ablaufenden Veränderungen im Einschlaf- und Aufwachfenster (Carskadon
et al., 1997 und 1998; Crowley et al., 2006). Weitere Studien zeigen, dass bei Jugendlichen
die Melatoninsekretion im Verlauf der Pubertät abnimmt. Damit trat der ohnehin später
eintretende Schlafimpuls auch noch in abgeschwächter Form auf (Taylor et al., 2005;
Carskadon, 2002).
2.3. SCHLAF, LERNEN UND GEDÄCHTNIS
Schon vor über achtzig Jahren, 1924, vermuteten Jenkins und Dallenbach, dass Schlaf
einen Einfluss auf das Gedächtnis hat. Ihre Probanden konnten mehr gelernte Informationen
wiedergeben, wenn sie nach dem Lernen acht Stunden schliefen, als wenn sie die gleiche
Zeit im Wachzustand verbrachten. Die Autoren untersuchten als eine der Ersten
systematisch, wie sich Schlaf unterschiedlicher Dauer im Vergleich zu gleich langen
Wachperioden positiv auf die Lernleistung von sinnlosen Silben auswirkte. Sie vermuteten,
dass die bessere Leistung nach Schlaf darauf zurückzuführen war, dass während des
Schlafs nicht so viele interferierende Informationen verarbeitet werden mussten. Ihre
Resultate
wurden
in
zahlreichen
nachfolgenden
Studien
auch
mit
großen
Probandenkollektiven bestätigt (Ekstrand, 1967; Lovatt et al., 1968; Benson et al. 1975,
1977). Ihr Experiment gilt damit als Referenzstudie für die lernfördernde Wirkung von Schlaf.
Es gibt jedoch auch andere Theorien, die versuchen, die Wirkungsweise des Schlafs auf das
Gedächtnis zu erklären.
Neben der oben genannten Interferenztheorie sind insbesondere die Spurenzerfalls- und die
Konsolidierungstheorie zu nennen (Cipolli, 1995).
Erstere geht davon aus, dass alle Erinnerungen langsam zerfallen, dies aber im Schlaf
langsamer geschieht als im Wachzustand, so dass im Schlaf weniger schnell vergessen wird
(Ebbinghaus, 1885; Thorndike, 1914).
Die Konsolidierungstheorie besagt, dass aktive neuronale Prozesse die Speicherung neuen
- 22 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
23
Wissens während des Schlafs fördern. Somit schützt der Schlaf nicht nur vor störenden
Faktoren, sondern hat einen positiven Einfluss auf eine aktive Gedächtnisverarbeitung
(Hebb, 1949).
Am meisten Zuspruch findet in der heutigen Literatur die Konsolidierungstheorie, wobei
möglicherweise alle diese Mechanismen einen Anteil an der verbesserten Gedächtnisleistung nach Schlaf haben.
In neueren Studien ist es gelungen, den Einfluss verschiedener spezifischer Schlafstadien
auf unterschiedliche Gedächtnissysteme zu differenzieren (Karni et al., 1994; Plihal et al.,
1997; Stickgold et al., 2005 und 2007; Wagner et al., 2007).
So ergaben zum Beispiel tierexperimentelle Studien, dass bei Ratten nach Entzug von
paradoxem Schlaf die Gedächtniskonsolidierung bei einfachen Lernaufgaben beeinträchtigt
wurde. Schon 1979 konnte gezeigt werden, dass nach einer Labyrinth-Lernaufgabe der
Anteil an paradoxem Schlaf anstieg und dass die Lernleistung bei verzögertem Schlaf oder
Entzug von paradoxem Schlaf deutlich absank (Bloch et al., 1979; Pearlman, 1979). Smith
trainierte Ratten in einer Vermeidungsaufgabe. Auch bei ihnen stieg der Anteil an paradoxem
Schlaf und blieb für bis zu eine Woche nach Training auf einem höheren Niveau (Smith et
al., 1986).
Da sich in Untersuchungen beim Menschen das Wecken aus der jeweiligen REMSchlafphase wegen des damit verbunden Stresses als schwierig erwies, mussten alternative
Versuchsanordnungen entwickelt werden.
Ekstrand et al. entwickelten einen Untersuchungsansatz, bei dem die Schlafdauer gleich
lang, aber unterschiedliche Anteile verschiedener Schlafphasen enthalten waren. So konnte
die deklarative Gedächtnisleistung mit Hilfe einer neutralen Wortliste nach ungestörter
Schlafperiode in der SWS-dominanten ersten Nachthälfte mit der Gedächtnisleistung nach
Schlafperioden in der REM-Schlaf-dominanten zweiten Nachthälfte verglichen werden. Die
Lernphase blieb jeweils unmittelbar vor der Schlafperiode, die Abrufphase fand unmittelbar
nach dem Wecken statt. Um circadiane Einflüsse zu kontrollieren, blieben die Probanden in
parallelen Kontrollbedingungen wach. In dieser, für den Alltag recht typischen SchlafmangelSituation, fanden sich nach einem vierstündigen Schlafintervall in der ersten Nachthälfte,
also mit überwiegend Slow Wave Schlaf, ein deutlicherer Lernzuwachs beim Informationsabruf als nach einem vierstündigen Schlafintervall in der zweiten Nachthälfte, also mit
überwiegend REM-Schlaf. Schliefen die Probanden jedoch in einer Versuchsnacht gar nicht,
so war der Informationsabruf noch schlechter als sowohl nach einer SWS-dominanten Nacht
als auch nach einer REM-Schlaf-dominanten Nacht (Yaroush et al., 1971; Barrett et al.,
1972; Fowler et al., 1972; Ekstrand et al., 1977).
In neueren Studien wurde die Abhängigkeit zwischen Gedächtnis und Schlaf unter
- 23 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
24
Berücksichtigung verschiedener Gedächtnisformen und anderer Einflussfaktoren untersucht,
was genauere Aussagen über den Zusammenhang von Schlaf und Gedächtnis zulässt. Es
zeigt sich, dass abhängig von der Art des zu bildenden Gedächtnisses die unterschiedlichen
Schlafphasen für das Ausmaß der Konsolidierung verantwortlich zu sein scheinen. Der
Tiefschlaf scheint die Gedächtniskonsolidierung deklarativer Informationen wesentlich zu
beeinflussen, unabhängig von der Modalität der Informationen (Gais et al., 2002 und 2004;
Plihal et al., 1999). Für eine verbesserte Leistung bei deklarativen Aufgaben, wie dem
Erinnern von Wortpaarlisten, scheint die erste Nachthälfte reich an SWS elementar zu sein,
während beim Spiegelzeichnen, einer prozeduralen Gedächtnisleistung, dem REM-Schlaf
die
entscheidende
Rolle
zuzukommen
scheint.
Ähnlich
dem
Ekstrand-Paradigma
untersuchten Plihal et al. den Effekt von frühem und von spätem Schlaf auf die
unterschiedlichen Gedächtnisarten. Dabei zeigte sich, dass Probanden, die zunächst in der
ersten Nachthälfte schliefen, dann lernten, erneut schliefen (späte Nachthälfte), im
morgendlichen Abruf des Gelernten schlechtere Ergebnisse erzielten, als die Probanden, die
vor der ersten Nachthälfte lernten und vor der zweiten Nachthälfte bereits das Gelernte
erneut wiedergeben mussten. In der zweiten Nachthälfte war dabei der SWS-Anteil um ein
Fünffaches geringer als in der ersten Nachthälfte (Plihal et al., 1997). Karni et al. berichteten
von einem fördernden Einfluß des REM-Schlafs auf die Leistung in einem Test für visuelle
Reizdifferenzierung, während eine Störung des Non-REM-Schlafs die Leistung der
Probanden nicht beeinflußte (Karni et al., 1994).
Den Einfluss von SWS auf die Gedächtniskonsolidierung und die Möglichkeit, die
Verarbeitung des Gelernten im SWS noch zu verstärken, zeigten Rasch und Born 2007. Mit
Hilfe eines Rosenduftes, der den Probanden unbewußt während des Lernens einer
Gedächtnisaufgabe und erneut nachts während der ersten beiden SWS-Phasen zugeführt
wurde, konnte die Reaktivierung des Gelernten getriggert werden. Im Vergleich zu einer
Kontrollgruppe, der kein Duft präsentiert wurde, schnitten die „Duft-Probanden“ bei der
erneuten Testung nach Schlaf signifikant besser ab. Auf die motorische Leistung hatte der
präsentierte Duft keinen Einfluss. Wurde der Duft nur während des Schlafens appliziert, kam
es zu keiner besseren Abrufleistung. Auch die Zuführung von Duft während des Lernens und
nur während der REM-Schlaf-Episoden führte nicht zu einer besseren Leistung im Vergleich
zur Kontrollgruppe ohne Duftapplikation. Wird also ein Duft in Verbindung mit gelernten
Objekten gebracht, so kann eine Reapplikation des Duftes während Slow Wave Sleep die
Gedächtniskonsolidierung verstärken (Rasch et al., 2007).
Das non-deklarative Gedächtnis wurde erst später mit einem ähnlichen Studiendesign
betrachtet. Wie bereits erwähnt, bestätigen die Ergebnisse in Bezug auf den SWS-reichen
Schlaf die früheren Befunde bei Wortpaar-Lernen (deklarativ), während sich der REM-Schlaf
als förderlich für die non-deklarativen Lerninhalte wie Spiegelzeichnen erwies (Plihal et al.,
- 24 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
25
1997). Born et al. konnten diese Ergebnisse in einer Nachfolgestudie noch weiter ausbauen.
Es ergab sich das gleiche Ergebnismuster, wenn das deklarative Gedächtnis mit einer nonverbalen (räumliche Rotation) und das non-deklarative Gedächtnis mit einer verbalen
(Wortstamm-Priming) Aufgabe getestet wurden. Somit wurde gezeigt, dass die Effekte nicht
nur auf die Art des verbalen versus nonverbalen Lernmaterials zurückgeführt werden
können, sondern der Schlafentzug in bestimmten Nachthälften eine entscheidende
Bedeutung hat (Plihal et al., 1999). Auch die Arbeitsgruppe um Wagner konnte mit Hilfe des
impliziten Gesichtergedächtnis zeigen, dass der REM-reiche Schlaf bei non-deklarativen
Aufgaben wichtiger ist als der SWS (Wagner et al., 2003).
Aber auch der SWS scheint für das non-deklarative Gedächtnis wichtig zu sein. So fand
Huber einen direkten Zusammenhang zwischen SWS und implizitem Rotationslernen (Huber
et al., 2004).
Auch Gais et al. konnten zeigen, dass der späte REM-Schlaf nur in Kombination mit dem
frühen SWS eine Gedächtnisleistungsverbesserung erbrachte. Dem-entsprechend zeigten
Probanden bei einem „visual discrimination task“, einer perzeptuellen non-deklarativen
Aufgabe, keine Verbesserung der Gedächtnis-leistung, wenn ihnen die erste Nachthälfte,
reich an SWS, fehlte (Gais et al., 2000).
Stickgold fasste 2000 die Wechselwirkung zwischen SWS und REM-Schlaf in seinem „ZweiStufen-Modell der Gedächtniskonsolidierung“ zusammen. Er konnte zeigen, dass nicht
ausschließlich der REM-Schlaf die Konsolidierung des prozeduralen Gedächtnis beeinflusst,
sondern ein Produkt aus frühem SWS und spätem REM-Schlaf am besten die
Konsolidierung erklärt (Stickgold et al., 2005).
Die neuronalen Mechanismen, die der Gedächtniskonsolidierung im Schlaf zugrunde liegen,
sind noch nicht endgültig geklärt. Bezüglich des deklarativen Gedächtnisses wird vermutet,
dass neue Informationen im Wachzustand von den sensorischen Arealen zum Hippocampus
transportiert und mit seiner Hilfe gespeichert werden. Im Non-REM-Schlaf kommt es zu einer
gegenläufigen Flußrichtung der Informationen, vom Hippocampus weg. Relevante Inhalte
laufen nun vom Hippocampus zurück in den Neocortex für eine permanente Speicherung.
Mitverantwortlich scheint dafür der im Non-REM-Schlaf niedrige Acetylcholinspiegel zu sein
(Gais et al., 2004; Born et al., 2006; Peigneux et al., 2006; Boonstra et al., 2007). Zudem
wird ein Zusammenhang zwischen der auffälligen Vermehrung von Schlafspindeln im NonREM-Schlaf mit der Gedächtniskonsolidierung vermutet. Durch sie kommt es zu einem
verstärkten Calcium-Einstrom in die Zellen, was eine optimale Vorraussetzungen für
neuronale Plastizität zu schaffen scheint. (Gais et al., 2004; Walker et al., 2006).
- 25 -
THEORETISCHER HINTERGRUND
26
2.4. HERLEITUNG DER FRAGESTELLUNG
Die Bedeutung, die Schlaf in der Gedächtniskonsolidierung hat, ist in den letzten Jahren
immer mehr in das Interesse der Forschung gelangt. Neue Methoden und Techniken wie das
EEG, fMRT und PET bieten die Möglichkeit, Aktivitätsunterschiede im Gehirn nachzuweisen.
Dass experimentell induzierter Schlafmangel beim Menschen zu einer signifikanten
Verminderung prozeduraler und deklarativer Gedächtniskonsolidierung führt, konnte in vielen
Untersuchungen gezeigt werden. Das Probandenkollektiv war meist jedoch auf Erwachsene
beschränkt, daher soll in dieser Arbeit die Frage bearbeitet werden, inwieweit eine unter das
physiologische Maß verkürzte Schlafdauer alltägliche Lernleistungen bei Jugendlichen
beeinträchtigt.
Die Tatsache, dass sich das Schlafverhalten von Jugendlichen in der Pubertät verändert und
diese Änderung im Schlaf-Wach-Rhythmus zu einem Schlafmangelzustand führen kann,
zeigt die praktische Relevanz dieser Fragestellung. In der vorliegenden Studie soll die
Hypothese überprüft werden, ob eine experimentell verringerte nächtliche Schlafdauer im
Vergleich mit einer Kontrollbedingung bei Jugendlichen zu signifikanten Minderleistungen,
insbesondere bei deklarativen Gedächtnisaufgaben, führt. Dafür wurde ein möglichst
realitätsnahes Studiendesign gewählt, das den Unterschieden in der Schlafdauer von
Jugendlichen zwischen Wochentagen und dem Wochenende ähnelte.
Die zu prüfenden Hypothesen lauten:
1. Die Jugendlichen zeigen nach einer Nacht mit vier Stunden Schlaf und einer zweiten
Nacht mit neun Stunden Schlaf im Vergleich zu einer Kontrollbedingung mit zwei Nächten
mit einer Schlafdauer von je neun Stunden eine geringere deklarative Gedächtniskonsolidierung der in verbalen und visuellen Verfahren präsentierten Information.
2. In der Erholungsnacht nach dem Schlafentzug zeigen die Jugendlichen eine Veränderung
in der Verteilung der Schlafstadien. Nach der Schlafdeprivation
a) steigt der prozentuale Anteil an den Schlafstadien 3 und 4 (Slow Wave Schlaf)
b) sinkt der prozentuale Anteil an den Schlafstadien 1 und 2
c) steigt die Schlafeffizienz bzw. sinkt der Wachanteil
3. Es gibt einen Zusammenhang zwischen deklarativer Gedächtnisleistung und objektivierbaren Schlafparametern.
- 26 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
27
3. STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
3.1. STUDIENTEILNEHMER
3.1.1. ALLGEMEINES
Die Studie wurde im Schlaflabor der Abteilung für Psychiatrie und Psychosomatik an der
Universitätsklinik Freiburg durchgeführt.
Studienteilnehmer waren 22 gesunde Jugendliche im Alter von 14-16 Jahren (12 männliche
und 10 weibliche Probanden mit einem Durchschnittsalter von 15,5 ± 0,75 Jahren. Rekrutiert
wurden die Studienteilnehmer über Aushänge in Sportvereinen Freiburgs, Bekanntschaften
und zu einem Großteil über Mund-zu-Mund-Propaganda von Studienteilnehmern, die
Freunde und Bekannte für die Studie warben.
In einem Telefoninterview oder einem persönlichen Treffen mit Interessierten und einem
Fragebogen wurden die potentiellen Probanden ausgewählt, so dass eine homogene
Gruppe an Studienteilnehmern entstand. Alle 22 Probanden erfüllten die Vorgaben der
Studie und mussten auch während des Studienverlaufs nicht aus der Studie ausgeschlossen
werden, so dass alle Daten in die Auswertung einbezogen werden konnten.
Alle eingeschlossenen Probanden wurden einem Screening unterzogen, das eine
körperliche und neurologische Routineuntersuchung und ein Routinelabor (kleines Blutbild
inklusive Thrombozyten, GOT, GPT, '-GT, Natrium, Kalium, Calcium, CRP, TSH, Ferritin)
einschloss, um einen akuten Infekt, körperliche Auffälligkeiten sowie eine Anämie wegen
deren Auswirkung auf Konzentration, Leistung und Schlaf auszuschließen. Des Weiteren war
ein
Urintest
mit
Drogenscreening
(Amphetamine,
Barbiturate,
Benzodiazepine,
Cannabinoide, Cocain und Opiate) in die Aufnahmeuntersuchung eingeschlossen.
Um ein relativ geregeltes Schlafverhalten in der Woche vor Studienteilnahme zu
kontrollieren, trugen die Teilnehmer pausenlos ein Aktometer, so dass Schlafdefizite vor
Messbeginn ausgeschlossen werden konnten.
Fragebögen zur Familiensituation, Freizeitbeschäftigung und Schulleistung sowie zu
Schlafgewohnheiten, der Youth Self Rating (YSR), die Epworth Sleepiness Scale (ESS), der
Pitsburgh Sleep Quality Index (PSQI) und der Perceived Stress Questionnaire (PSQ) wurden
von den Studienteilnehmern ausgefüllt, um einen Eindruck über die subjektive Schlafqualität
der Probanden zu bekommen und schlafbelastende Faktoren zu eruieren, die zu einer
Beeinflussung der Studienergebnisse führen könnten.
Während der Untersuchungsblöcke im Schlaflabor durften die Probanden keinen Kaffee,
schwarzen Tee und andere koffeinhaltige Getränke zu sich nehmen.
Die Probanden und ihre Eltern wurden schriftlich und mündlich über den genauen
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
28
Studienablauf informiert, nachdem die Ein- und Ausschlusskriterien für die Studie überprüft
worden waren. Eine schriftliche Einverständniserklärung der Erziehungsberechtigten und der
Probanden bestätigte die freiwillige Teilnahme an der Studie und die Möglichkeit, zu jedem
Zeitpunkt die Studie ohne Angabe von Gründen abbrechen zu können.
Die Studie wurde unter Achtung der Helsinki Deklaration von 1975 durchgeführt, nachdem
das Studiendesign von der Ethikkommission der medizinischen Fakultät der Universität
Freiburg geprüft und genehmigt worden war (s. Anhang).
3.1.2. EIN- UND AUSSCHLUSSKRITERIEN
Um an der Studie teilnehmen zu können, waren folgende Ein- und Ausschlusskriterien
festgelegt worden:
Einschlusskriterien
-
Alter 14-16 Jahre (wurde ein Proband nach der ersten Baselinenacht 17 Jahre alt, so
durfte er dennoch an der Studie teilnehmen)
-
Relativ geregeltes Schlafverhalten von mindestens acht Stunden pro Nacht (um eine
Beeinflussung durch eventuell bereits bestehende Schlafunregelmäßigkeiten oder –
defizite auszuschließen)
Ausschlusskriterien:
-
aktuelle oder vergangene psychische Erkrankungen
-
psychische Erkrankungen bei Verwandten ersten Grades
-
Epilepsie
-
bekannte Schlafstörung
-
verschobene Schlafmuster mit einem ausgehend von 22:00 Uhr um mehr als drei
Stunden nach vorne oder hinten verlagerten Schlafbeginn
-
anamnestisch erfasste Schädel-Hirn-Traumata (mindestens ersten Grades)
-
klinisch relevante internistische oder neurologische Erkrankungen
-
Missbrauch oder Abhängigkeit von Medikamenten, Drogen einschließlich Alkohol
(aktuell oder in der Anamnese)
-
Einnahme zentral wirksamer Medikamente, Einnahme von Medikamenten, die
Gedächtnisleistung und Aufmerksamkeit beeinträchtigen
-
Rauchen
-
Linkshändigkeit
-
Intelligenzquotient < 85
-
Schulnote in Deutsch schlechter als ausreichend
-
Eisenmangelanämie
-
Hyperthyreose
- 28 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
Proband
Alter (Jahre)
Geschlecht
Gewicht (kg)
Größe (cm)
29
BMI (kg/m()
Klasse
11
1
16
M
70
192
19,0
11
2
16
M
67
183
20,0
11
3
16
M
80
175
26,1
10
4
15
W
55
173
18,4
8
5*
13
W
48
162
18,3
8
6
14
W
54
160
21,1
11
7
16
M
70
173
23,4
11
8
16
M
72
176
23,2
10
9
15
W
68
172
23,0
9
10
14
W
50
168
18,1
11
11
16
M
86
182
26,0
10
12
16
M
65
176
21,0
12
13
16
W
69
180
21,0
12
14
16
M
67
185
19,6
9
15
14
W
55
162
21,0
11
16
16
W
54
168
19,0
11
17
16
W
63
176
20,3
9
18
15
W
74
168
26,2
10
19
16
M
86
172
29,1
10
20
16
M
80
180
24,7
9
21
15
W
59
167
21,2
9
22
15
W
47
162
18,2
MW ± SD
65,41 ± 11,67
173 ± 8,33
21,71 ± 3,13
10 ± 1,16
15,5 ± 0,75 **
Tabelle 2: Demographische Daten der Probanden
* Probandin 5 wurde wenige Tage nach dem ersten Untersuchungsblock 14, so dass die erhobenen Daten in die
Auswertung der Studie berücksichtigt wurden.
** Bei der Berechnung des Mittelwertes wurde das Alter in Monaten zugrunde gelegt.
3.2. MATERIAL UND METHODEN
3.2.1. STUDIENDESIGN
Die Untersuchungen und Testungen fanden in den Räumen der Universitätsklinik für
Psychiatrie und Psychotherapie in Freiburg statt.
Bei der vorliegenden Untersuchung handelte es sich um ein experimentelles, einfaktorielles
Studiendesign mit Messwiederholung (Intra-Subject). Die Phase der Untersuchung –
regelmäßiger zweitägiger Schlafrhythmus gegenüber zweitägigem gestörtem Schlafrhythmus
– bildete die unabhängige Variable.
Die neuropsychologischen Testungen wurden im randomisierten cross-over Design
durchgeführt. Alle Probanden nahmen an einem Untersuchungsblock mit einer kurzen Nacht
mit Schlafmangel (vier Stunden „Licht aus“-Zeit) und einem Untersuchungsblock mit
ausschließlich langen Nächten à neun Stunden teil, wobei ein Untersuchungsblock sich
jeweils auf drei polysomnographische Ableitungen erstreckte:
1. Adaptationsnacht mit neun Stunden „Licht aus“-Zeit
2. Nacht nach den neuropsychologischen Testungen mit entweder vier oder neun
Stunden „Licht aus“-Zeit, also Schlafmangel- oder Normalschlafnacht
- 29 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
30
3. Erholungsnacht mit neun Stunden „Licht aus“-Zeit
Zwischen den beiden Untersuchungsblöcken lag ein minimaler Abstand von zwei Wochen
und ein maximaler Abstand von vier Wochen.
Während der Schulferien wurden die Untersuchungsblöcke an allen Wochentagen
begonnen, während der Schulzeit begannen die Messungen am Donnerstagabend, so dass
die Probanden in ihrer Schulleistungsfähigkeit möglichst wenig beeinträchtigt wurden.
Das Studiendesign wurde so konzipiert, dass spezifische Gedächtnis- und andere kognitive
Leistungen, jedoch nicht die bereits bekannten Folgen verminderter Vigilanz und
Konzentration bei Schlafmangel gemessen werden sollten.
1. Die erste Nacht eines jeden Blocks diente als Adaptationsnacht, um sich an die
besonderen Bedingungen im Schlaflabor mit der dazugehörigen Verkabelung zu gewöhnen.
Die Jugendlichen kamen gegen 19 Uhr, konnten noch ein Abendessen einnehmen, wurden
körperlich untersucht, Blutdruck und Puls wurden gemessen. Da die Probanden häufig am
folgenden Tag noch in die Schule mußten, war die Zubettgehzeit relativ früh, um eine „Licht
aus“-Zeit von neun Stunden zu gewährleisten. Somit erstreckte sich der Ableitzeitraum in
den schallisolierten Räumen des Schlaflabors meist von 21:30 Uhr bis 6:30 Uhr, in der
schulfreien Zeit von 22:00 Uhr bis 7.00 Uhr. Während der Nacht erfolgte eine Überwachung
mit einer Infrarotkamera, und über eine Gegensprechanlage konnten die Versuchsteilnehmer
jederzeit Kontakt mit dem Pflegepersonal im Schlaflabor aufnehmen.
Nur in der ersten Nacht wurde kontinuierlich die Sauerstoffsättigung der Probanden
gemessen, um etwaige Apnoen oder Sauerstoffminderversorgungen während der Nacht zu
identifizieren.
2. Die zweite Nacht war die eigentliche Testnacht. Um 15:30 Uhr trafen die jugendlichen
Probanden im Schlaflabor ein, und von 16:00 Uhr bis etwa 17:30 Uhr wurde eine
neuropsychologische Testbatterie (s.3.3.) durchgeführt. Dabei kamen alle unten genannten
neuropsychologischen
Testverfahren
zur
Anwendung
mit
Ausnahme
der
Langzeitgedächtnistestung der verschiedenen Gedächtnistests.
Danach füllten die Studienteilnehmer die Fragebögen zur Müdigkeit, die Epworth Sleepiness
Scale (ESS), den Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI), den Perceived Stress
Questionnaire (PSQ) und den Fragebogen zu Schlafgewohnheiten, der im Rahmen einer
weiteren Studie an der Psychiatrischen Universitätsklinik Freiburg entwickelt wurde (Loessl
et al., 2008) aus.
- 30 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
31
Von 18:30 Uhr bis 21:30 Uhr und am folgenden Morgen von 7:00 Uhr bis 10:00 Uhr wurden
in 30-minütigem Abstand Cortisolspeichelproben entnommen.
Gegen 19:00 Uhr bekamen die Probanden Abendessen und je nach Block war um 22:00 Uhr
oder beim Schlafmangelblock morgens um 3:00 Uhr „Licht aus“-Zeit.
Den Probanden war es untersagt, während des Aufenthaltes im Schlaflabor Schulaufgaben
zu machen, um den Lerneffekt der neuropsychologischen Testungen nicht zu verfälschen.
Das Abendprogramm war somit auf Spiele oder Filme begrenzt.
Des Weiteren erstellten die Jugendlichen ein Tagesprotokoll mit den Tätigkeiten des Tages,
damit außerordentliche Ereignisse in der Testauswertung berücksichtigt werden konnten.
Am Morgen wurde eine Blutentnahme (CRP, TSH, Hb, Ferritin, IL-6, Leptin) und der
Alertness-Test, eine Vigilanztestung am Computer, durchgeführt.
3. Die dritte Nacht diente der Erholung und einem möglichen Ausgleich des Schlafmangels
der Nacht zuvor. Um 18:00 Uhr wurden die Studienteilnehmer einbestellt, und wieder erfolgte
die
halbstündliche
Cortisolmessung
im
Speichel
wie
auch
am
Tag
zuvor.
Die
polysomnographische Ableitung begann um 22:00 Uhr und endete um 7:00 Uhr. Wiederum
erfolgte morgens eine halbstündliche Cortisolmessung. Nach dem Frühstück wurde eine
erneute neuropsychologische Testung mit allen Testverfahren durchgeführt, wobei hierbei
vor allem auf die Überprüfung des Langzeitgedächtnisses geachtet wurde, und eine
Wiederholung der Aufmerksamkeits- und Konzentrationstests aus der ersten Testung.
Einmalig während der Studie bearbeiteten die Probanden im Normalschlafblock den Youth
Self Rating Fragebogen, um psychische Auffälligkeiten eruieren zu können, sowie den
Raven’s Standard Progressive Matrices (SPM) zur IQ-Evaluierung.
- 31 -
ADAPTATIONSNACHT
Eingangsuntersuchung:
Anamnese,
körperliche Untersuchung
Urin
Blut
19:00h 22:00h
16:00h
Neuropsychologische
Testung I
3:00h
7:00h
C3, C4, Referenz,
EMG, EOG, EKG
19:00h 22:00h
11.00h
Aufmerksamkeitstestung
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
6:30h
21:30h
Blut
C3, C4, Referenz,
EMG, EOG, EKG
C3, C4, Referenz, EMG,
EOG, EKG, Pulsoxymeter
Pulsoxymeter, EKG
9h Schlaf
Speichel
Cortisol
4h
Schlaf
C3, C4, Referenz,
EMG, EOG, EKG
Speichel
Cortisol
9h Schlaf
Speichel
Cortisol
Speichel
Cortisol
B
L
O
C
K
2
C3, C4, Referenz,
EMG, EOG, EKG
Blut
C3, C4, Referenz, EMG,
EOG, EKG, Pulsoxymeter
Pulsoxymeter, EKG
9h Schlaf
Speichel
Cortisol
9h Schlaf
Speichel
Cortisol
9h Schlaf
ERHOLUNGSNACHT
Speichel
Cortisol
Speichel
Cortisol
B
L
O
C
K
1
EXPERIMENTALNACHT
7:00h
10:00h
Neuropsychologische
Testung II
Speichel Cortisol:
morgens: 7.00h, 7.30h, 8.00h, 8.30h, 9.00h, 9.30h, 10.00h
abends: 18:30h, 19:00h, 19:30h, 20:00h, 20:30h, 21:00h, 21:30h
Abbildung 7: Ablaufprotokoll der Studie. Ein Untersuchungsblock bestand aus drei Nächten: Der Adaptationsnacht, der Experimentalnacht und der Erholungsnacht.
32
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
33
3.2.2. POLYSOMNOGRAPHIE
Die polysomnographische Auswertung erfolgte durch Mitarbeiter des Schlaflabors der
Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie der Universitätsklinik Freiburg nach den
standardisierten Richtlinien von Rechtschaffen und Kales (1968), wobei das auswertende
Personal blind gegenüber den Experimenten war. In zweimonatlichem Abstand wird die
Zuverlässigkeit der Mitarbeiter des Schlaflabors überprüft, für fünf auswertende Personen
beträgt die Konkordanz aller Schlafstadien 90-95%.
Die Ableitungen wurden mittels Silberchlorid (Ag/AgCl)-Becherelektroden der Firma Nihon
Kohden durchgeführt. Die Elektroden wurden mit Ten20 Elektrodenhaftgel gefüllt und die
Kopfhaut
wurde
mit Alkohol (mindestens
70%) entfettet und gereinigt, um den
Hautwiderstand zu senken und die Ableitungsqualität zu erhöhen. Zum Fixieren der
Elektroden wurde auf der behaarten Kopfhaut Gips (EC2 Electrode Cream, Grass)
verwendet, retroauriculär wurden die Elektroden mit Pflaster (Fixomull stretch 5cm) befestigt.
Ableitungen für EMG, EOG und EKG wurden mit Blue Sensor (ambu) oder EKGEinmalelektroden (ARBO) fixiert.
In der ersten Nacht eines jeden Blocks wurde mit Hilfe einer Pulsoxymetrie die periphere
Sauerstoffsättigung
im
Blut
gemessen,
um
eine
Sauerstoffminderversorgung
bei
Atemstörungen zu identifizieren. Dabei wurde am Ringfinger das Oxymeter mit einem sensor
wrap befestigt.
Das EEG wurde mit Hilfe der fünf Elektroden C3, C4, den beiden Referenzen und der
Erdung abgeleitet. Dafür wurde mit einem Maßband der Kreuzungspunkt der Strecke vom
Nasion (Nasenansatzpunkt) zum Inion (hintere untere Kante der Schädelkalotte) und der
Strecke vom linken zum rechten Tragus markiert. Vom Kreuzungspunkt aus wurde die
Strecke „20 % Gesamtstrecke Tragus-Tragus“ Richtung Tragus für die Fixation der
Elektroden markiert. Die beiden Referenzelektroden wurden jeweils hinter dem Ohr auf dem
Mastoid mit Pflaster fixiert, nachdem sie mit Elektrodenhaftgel gefüllt und zusätzlich mit
Kontaktgel (Elektroden creme, marquelle) bestrichen worden waren. Die Erdungselektrode
wurde mit einer Druckknopfelektrode auf der mittleren Gerade der Stirn oberhalb des Nasion
geklebt.
Für des Elektrookulogramm (EOG) wurden je eine Druckknopfelektrode auf der linken und
der rechten Schläfe angebracht, um die horizontalen Augenbewegungen abzuleiten und je
eine Elektrode über bzw. unter dem rechten Auge für die Ableitung der vertikalen
Augenbewegungen. Beim Befestigen der EOG-Elektroden sollte der Patient entspannt
geradeaus schauen, so dass die Elektroden wie ein Fadenkreuz um die Augen herum
angelegt werden können, wobei die Pupille den Mittelpunkt darstellt. Mit Hilfe zweier über
dem Musculus Digastricus im Trigonum Submandibulare platzierten Elektroden wurde das
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
34
Elektromyogramm (EMG) abgeleitet. Die EKG-Ableitung erfolgte mit zwei Elektroden rechts
subclaviculär und links in der Medioaxillarline am unteren Rippenbogen.
Die Elektrodenkabel wurden gebündelt und die Signale mit einem 32-Kanal-WalterGraphtek-Biosignalverstärker übernommen, mit 102,4 Hz digitalisiert und auf einer Festplatte
gespeichert. In jeder Nacht im Schlaflabor erfolgte eine standardisierte polysomnographische
Ableitung mittels eines 14 Kanal Nihon Kohden EEG Polysomnographen für entweder neun
Stunden oder einmalig in der Schlafentzugsnacht für nur vier Stunden.
Für die Pulsoxymetrie wurde das Gerät Durasensus DS 100-A, Firma Neucor eingesetzt.
Es wurden die folgenden Filtereinstellungen verwendet:
EEG: Sensitivität 7 !V/mm, TC (Zeitkonstante) 0,3 s, HI (Hochfrequenzfilter) 70 Hz
EOG: Sensitivität 30 !V/mm, TC 2,0 s, HI 35 Hz
EMG: Sensitivität 5 !V/mm, TC 0.03 s, HI 500 Hz
Aus den Daten der polysomnographischen Ableitung wurden folgende Schlafparameter
bestimmt, von denen eine Auswahl in der vorliegenden Arbeit diskutiert wird:
Variablen der Schlafarchitektur
•
Einteilung der Schlafstadien
•
Wachzustand
•
Stadium 1-4
•
REM-Stadium
Prozentuale Verteilung bezogen auf die Registrierzeit, die Schlafperiode, die
Schlafzeit, die Minutenzahl der einzelnen Schlafstadien und die zeitliche Zuordnung
der Schlafstadien
Variablen der Schlafkontinuität:
•
Einschlaflatenz (sleep onset latency, SOL)
Differenz von Beginn der Ableitung bis zum Schlafbeginn, der definiert ist als das
erste Auftreten des Schlafstadiums 2 in Minuten
•
Registrierzeit (time in bed, TIB)
Gesamter Zeitraum zwischen Beginn und Ende der polysomnographischen
Aufzeichnung, „Licht aus“ bis „Licht an“ in Minuten
•
Gesamtschlafzeit (total sleep time, TST)
Gesamtzeit in Minuten in den Schlafstadien 1 bis 4 und im REM-Schlaf
•
Schlafeffizienz
Der prozentuale Anteil der Gesamtschlafzeit (TST) an der Registrierzeit (TIB)
•
Dauer der Schlafperiode (sleep period time, SPT)
Zeitraum zwischen Einschlafen, also dem ersten Auftreten von Schlafstadium 2, bis
zum morgendlichen Erwachen oder dem zuletzt aufgetretenen Schlafstadium in
- 34 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
35
Minuten
•
Anzahl
von
Weckreaktionen
(Arousals):
intermittierende
zentralnervöse
Aktivierungsreaktionen, die zum Aufwachen führen können
•
Arousal Index
Anzahl der Arousals bezogen auf die Gesamtschlafzeit
•
Anzahl der Wachperioden
mindestens eine Wachphase während der Schlafperiode (SPT)
REM–Schlaf Variablen
•
REM Latenz
Differenz zwischen dem ersten Auftreten von Schlafstadium 2 und dem ersten
Auftreten von REM-Schlaf
•
Gesamtzahl der REM-Phasen im Verlauf der Nacht
•
REM-Dichte
Prozentuales Verhältnis zwischen 3–Sekunden–Epochen mit Augenbewegungen und
der gesamten Anzahl der 3-Sekunden-Epochen der REM-Perioden
3.2.3. MESSPARAMETER - BLUT- UND SPEICHELPROBEN
Jeweils nach der zweiten Nacht, also der eigentlichen Testnacht, wurde den Probanden
einmalig Blut entnommen. Bestimmt wurden im Blut:
-
Hb (Hämoglobin)
-
Serum-Ferritin
-
CRP (C-reaktives Protein)
-
TSH (Thyreoidea Stimulierendes Hormon)
-
Interleukin 6
-
Leptin
Hämoglobin, Serum-Ferritin, CRP und TSH sowie das Urin-Drogenscreening wurden im
Freiburger
Universitätsklinik-Zentrallabor
bestimmt.
Im
Neurochemischen
Labor
der
Psychiatrischen Universitätsklinik wurden Interleukin-6 und Leptin gemessen. Sämtliche
Salivetten wurden im Biopsychologischen Labor der Technischen Universität Dresden
ausgewertet.
3.2.4. AKTOMETER
Mit Hilfe der Aktometer „Actiwatch Plus mit 64KB, Aufzeichnung 66 Tage, wasserdicht, mit
Ereignismarker“ oder alternativ der „Actiwatch-L Plus zur Lichtmessung mit steckbarem
Lichtsensor, Messbereich 0 – 50.000 Lux mit 32 KB, Aufzeichnung 7 Tage, mit
- 35 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
36
Ereignismarker“, beides Produkte der Firma Cambridge Neurotechnology ltd. (CNT),
Cambridge, UK, wurde das Schlafverhalten der Probanden in der Woche vor der Messung
im Schlaflabor kontrolliert. Um verlässliche Messungen mit Hilfe der Aktigraphie zu erzielen,
sollten nach Studienergebnissen mindestens fünf oder mehr Nächte erfasst werden (Acebo
et al., 1999; Sadeh et al., 2002; Acebo et al., 2006)
Bei den Aktometern handelt es sich um Aktivitätsmonitore mit einem Messwertspeicher in
Form einer Armbanduhr mit einem Gewicht von 16-18 Gramm. Die Aktographie ist ein
objektives und nicht invasives Messverfahren, bei dem das Aktometer kontinuierlich
Körperbewegungen und Beschleunigungen registriert. Die Signale werden piezoelektronisch
umgewandelt und fortlaufend gespeichert.
Das Akometer wird in der Regel wie eine Armbanduhr am Handgelenk der nichtdominanten
Hand getragen.
- 36 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
37
!
Nacht mit partiellem Schlafentzug
Abbildung 8: Grafik einer Aktometrie von einem Probanden dieser Studie. Es zeigt sich ein regelmäßiges
Schlafverhalten in den Nächten vor dem Experimentalblock. Zudem kann die Nacht mit partiellem
Schlafentzug deutlich erkannt werden.
- 37 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
38
3.3. NEUROPSYCHOLOGISCHE TESTBATTERIE
Die neuropsychologische Testbatterie beinhaltete verschiedene Gedächtnis- als auch
Aufmerksamkeits- und Konzentrationstests, um Müdigkeitseffekte zu kontrollieren. Alle
Verfahren konnten zur Messwiederholung eingesetzt werden, da sie entweder keine
Messwiederholungseffekte zeigen oder Parallelversionen existieren. Die Testverfahren
wurden in randomisierter Reihenfolge vorgegeben, um Reihenfolgeneffekte auszuschließen,
die Durchführung erfolgte standardisiert. Der Abfragezeitpunkt lag im Lernblock zwischen 16
und 18 Uhr, im Abfrageblock zwischen 8 und 10 Uhr, um Effekte wegen Müdigkeit und
Nahrungsaufnahme zu reduzieren.
In der
Studie stellten
mnestische
Funktionen,
insbesondere das verbale und visuelle Kurz- und Langzeitgedächtnis, primäre Zielparameter
dar. Die Testverfahren zur Gedächtnisprüfung wurden ein wenig modifiziert, so dass die
Überprüfung des Langzeitgedächtnisses nicht nach einem Zeitraum von etwa 30 Minuten
stattfand, sondern am Morgen nach der Erholungsnacht im Schlaflabor.
3.3.1. VERBALES LERNEN UND GEDÄCHTNIS
WORTPAARLISTEN NACH PLIHAL UND BORN (METHODIK PLIHAL UND BORN, 1997)
Die Wortpaarlisten dienen zur Messung des deklarativen Gedächtnisses. Bei den
Wortpaarlisten nach Plihal und Born handelt es sich um einen Test, bei dem den Probanden
40 Wortpaare, davon zu Beginn und am Ende jeweils vier „dummy-pairs“, präsentiert
wurden. Beim paar-assoziierten Lernen korrespondieren die Wortpaare inhaltlich. Jedes
Wortpaar war in schwarzer Schrift auf einem weißen Hintergrund für 1,5 Sekunden auf
einem Computerbildschirm (15“) sichtbar. Es folgte eine 5- sekündige Pause, bevor das
nächste Wortpaar präsentiert wurde. Diese Listen wurden später wieder abgefragt, indem
dem Probanden in unterschiedlicher Reihenfolge jeweils nur das erste Wort gezeigt wurde
und der Proband das zweite passende Wort nennen musste. Wurden bei der Abfrage 60%,
also 20 der Wortpaare korrekt durch den Probanden ergänzt, konnte die Lernphase für
diesen Versuch erfolgreich abgeschlossen werden. War dies nicht der Fall, wurde der
Lernvorgang wiederholt, bis der Proband die 60% erreichte.
Dieser Test lag in zwei Versionen vor, so dass jeder Proband in den beiden
Versuchsblöcken eine unterschiedliche Version lernen konnte.
VERBALER LERN- UND MERKFÄHIGKEITSTEST - VLMT (HELMSTAEDTER ET AL., C., LENDT, M.,
UND LUX,S.,
2001)
Der Verbale Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT) ist ein Test zum seriellen Listenlernen mit
nachfolgender Interferenzliste zur Distraktion, Abruf nach Distraktion und halbstündiger
- 38 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
39
Verzögerung sowie einem Wiedererkennungsdurchgang. Beim VLMT handelt es sich um
Wortlisten mit jeweils 15 semantisch unabhängigen Wörtern. Zunächst wird dem Probanden
maximal fünfmal eine Lernliste standardisiert vorgetragen (15 Wörter in 30 Sekunden), bis
der Proband zweimal hintereinander alle 15 Wörter nennt. Danach folgt das einmalige
Vorlesen
einer
Interferenzliste
mit
weiteren
15
Wörtern.
Nach
Wiedergabe
der
Interferenzliste wird wiederum die Lernliste abgefragt, ohne sie noch einmal vorzulesen.
Somit wird das Kurzzeitgedächtnis geprüft. Das Langzeitgedächtnis wurde in dieser Studie
nicht wie üblich bereits nach 30 Minuten, sondern in der zweiten neuropsychologischen
Testung eines Blocks eruiert, indem die Probanden wiederum aufgefordert wurden, die 15
Wörter
der
Lernliste
wiederzugeben.
Danach
wurde
den
Probanden
eine
Wiedererkennungsliste vorgelesen, die die 30 Wörter der Lern- und Interferenzliste sowie 20
weitere semantisch bzw. phonetisch ähnliche Distraktionswörter enthält. Es existieren auch
bei diesem Test zwei Paralleltestformen für Wiederholungsuntersuchungen.
Mit dem VLMT können verschiedene Parameter des deklarativen Verbalgedächtnis, wie die
Lernleistung, die langfristige Enkodierungs- bzw. Abrufleistung, die Rekognition und die
Interferenz bei verbalen Gedächtnisleistungen erfasst werden (Helmstaedter et al., 2001).
3.3.2. VISUELLES LERNEN UND GEDÄCHTNIS
VISUELLER UND VERBALER MERKFÄHIGKEITSTEST - VVM (SCHELLIG UND SCHÄCHTELE, 2001)
Der Visuelle und Verbale Merkfähigkeitstest überprüft das kurz- und längerfristige Behalten
von visuell-räumlichen und verbalen Materialien. Über einen Vergleich der kurz- und
langfristigen Gedächtnisleistungen lassen sich ein Absinken der Behaltensleistungen und die
Vergessensrate berechnen.
Der VVM ist in zwei Untertest unterteilt, wobei die Probanden sich im ersten Teil, „Stadtplan“,
in einer Minute einen vorgegebenen Weg auf einem Stadtplan einprägen müssen, um ihn
danach zu den Abfragezeitpunkten in einen identischen Stadtplan einzuzeichnen. Im zweiten
Teil, „Bau“, wird eine einfach formulierte Beschreibung eines Baus vorgelegt, und die
Probanden sollen sich innerhalb von zwei Minuten Namen, Zahlen und propositionelle
Inhalte merken. Diese drei Komponenten werden anschließend schriftlich spezifisch
abgefragt, wobei zur Reproduktion vier Minuten Zeit zur Verfügung stehen. Sowohl die
Einprägephase als auch die Bearbeitungszeit für die Reproduktion sind zeitlich begrenzt. Der
VVM liegt in unterschiedlichen Parallelformen vor, so dass in dieser Studie die Version
„Museum“ und „Theater“ zum Einsatz kamen.
Wiederum wurde auch bei diesem Test das Zeitintervall der Abfrage für das vorliegende
Studiendesign geändert, so dass eine direkte Reproduktion nach der Einprägungsphase und
- 39 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
40
einer erneute Reproduktion nach der letzten Nacht im Schlaflabor, also nach etwa 40
Stunden, stattfand.
Die Auswertung des VVM erfolgt anhand von Schablonen, es liegen bildungsspezifische
Normwerte für die gebildeten Punktwerte vor.
3.3.3. EXEKUTIVE LEISTUNGEN
TOWER OF LONDON (SHALLICE, 1982, COMPUTERGESTÜTZTE VERSION: MATTHES, 1988)
Der „Tower of London“ prüft vorausschauende Problemlöse- und Planungsprozesse. Die
Aufgabe für die Probanden besteht darin, drei Kugeln unterschiedlicher Farbe aus einer
Ausgangssituation auf dem kürzesten Wege in eine Zielanordnung zu bringen. Die drei
Kugeln sind auf drei unterschiedlich langen Stäben, und es darf immer nur die oberste Kugel
bewegt werden. Auf dem längsten Stab finden drei Kugeln Platz, auf dem mittleren Stab zwei
Kugeln und auf dem kürzesten Stab kann nur eine Kugel untergebracht werden. Die Aufgabe
wurde auf einem Bildschirm (15“) präsentiert, und die Probanden mussten mit Hilfe einer
Computer-Maus die einzelnen Kugeln bewegen.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung mit optimaler Zugzahl ist vorausschauende Planung
notwendig. Beim „Tower of London“ werden zwei Untersuchungsabläufe unterschieden. In
der ersten Version werden eine Vorher- und eine Nachher-Situation gezeigt, und der
Proband soll aus der Ausgangssituation die Zielsituation herstellen, in der zweiten Version
werden am Computer bestimmte Züge (3-8) vorgegeben, die der Proband nachmachen soll.
Die Aufgaben werden dabei zunehmend schwerer.
Bei beiden Versionen werden die quantitativen Daten wie Zugzeiten, Anzahl benötigter Züge,
Planungszeit vor Beginn der Bewegung und Fehler registriert und automatisch als Datensatz
gespeichert.
3.3.4. KONZENTRATION UND AUFMERKSAMKEIT
Sekundäre Zielparameter der Studie waren Konzentrations- und Aufmerksamkeitsleistungen
sowie exekutive Funktionen. Unter Aufmerksamkeit und Konzentration versteht man in
diesem Zusammenhang die Fähigkeit eines Individuums, sich bestimmten relevanten
internen oder externen Reizen unter Abschirmung gegenüber irrelevanten Stimuli, also
selektiv, ununterbrochen zuzuwenden und die Aufgaben schnell und korrekt zu analysieren.
Hierfür wurden im Rahmen des neuropsychologischen Testblocks folgende Tests verwendet,
die hier der Vollständigkeit halber erwähnt und in der Arbeit von Eva Hatami genauer
betrachtet werden.
- 40 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
41
d2 (Brickenkamp, 1962)
Der Test d2 ist ein Aufmerksamkeits-Belastungs-Test, der 1962 von Brickenkamp entwickelt
wurde. Die Probanden erhalten ein Blatt Papier, auf dem in 14 Reihen zu je 47 Zeichen die
Buchstaben „d“ und „p“ angeordnet und oben und/oder unten mit ein bis vier Strichen
markiert sind. Die Aufgabe des Probanden besteht darin, in jeder Reihe die mit zwei Strichen
markierten „d“s durchzustreichen und dabei weder Auslassungs- noch Verwechslungsfehler
zu machen.
TESTBATTERIE ZUR AUFMERKSAMKEITSPRÜFUNG (FLIMM UND ZIMMERMANN, 1993)
Die Testbatterie zur Aufmerksamkeitsprüfung (TAP) erfasst verschiedene Subtests. Sie
besteht aus standardisierten Tests, die am Computer durchgeführt werden, um die
Wachsamkeit sowie die Aufmerksamkeit zu testen.
GETEILTE AUFMERKSAMKEIT
Situationen, in denen eine geteilte Aufmerksamkeit gefordert ist, sind häufig. Bei der
Untersuchung zur geteilten Aufmerksamkeit wird den Probanden am Computer eine
Diskriminationsaufgabe gestellt. Dabei gilt es, eine Taste zu drücken, wenn entweder der
visuelle Stimulus oder der auditive Stimulus erkannt wird.
REAKTIONSWECHSEL
Beim TAP-Reaktionswechsel am Computer handelt es sich um eine Testung der Fähigkeit
zum Wechsel des Aufmerksamkeitsfokus, also der Flexibilität der Aufmerksamkeitskontrolle.
Bei diesem Test werden dem Probanden simultan rechts und links vom Fixationspunkt
konkurrierende Reize in Form eines Buchstabens und einer Zahl dargeboten. Dabei soll der
Proband zunächst auf der Seite, auf der der Buchstabe erscheint, drücken, bei der folgenden
Darstellung auf der Seite, auf der die Zahl erscheint und weiterhin jeweils zwischen
Buchstabe und Zahl wechseln.
ALERTNESS
Der Alertness-Test misst die Reaktionsgeschwindigkeit nach einem visuellen Reiz. Dabei
besteht die Aufgabe der Probanden darin, so schnell wie möglich auf eine Taste zu drücken,
wenn auf dem Computerbildschirm ein Kreuz erscheint. In einer erweiterten Version geht
dem visuellen Stimulus ein akustischer Warnreiz voraus.
Die Fähigkeit, in Erwartung eines Reizes hoher Priorität das Aufmerksamkeitsniveau
aufrecht zu erhalten oder auch zu steigern, wird als phasische Alertness bezeichnet
(Sharpless et al., 1956; Posner et al., 1987).
- 41 -
STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
42
TRAIL MAKING TEST A UND B (REITAN, 1959 AUS DER HALSTEAD-REITAN BATTERY)
Der Trail Making Test dient zur Überprüfung von Aufmerksamkeit, Schnelligkeit, visuellem
Überblick und mentaler Flexibilität. Im Teil A soll der Proband die Zahlen 1-25 so schnell wie
möglich
in
richtiger
Reihenfolge
verbinden,
dabei
wird
die
visuo-motorische
Verarbeitungsgeschwindigkeit sowie die visuelle Explorationsleistung erfasst. Im Teil B
sollen so schnell wie möglich abwechselnd Zahlen und Buchstaben in der richtigen
Reihenfolge miteinander verbunden werden (1-A-2-B-3-C-...), damit wird zusätzlich die
geteilte Aufmerksamkeit bei der Integration von numerischen und Buchstabensequenzen
getestet.
3.4. STATISTISCHE AUSWERTUNG
Die gesammelten Daten wurden digitalisiert und unter einer individuellen Probandennummer
gespeichert. Nach einem Qualitätscheck der Daten-Sets erfolgte die statistische Auswertung
mit dem Statistical Package for Social Sciences (SPSS), Version 14 (SPSS Inc. Chicago,
Illinois).
Um die Gedächtnisleistung zwischen den beiden Konditionen „regulärer Schlaf“ versus
Schlafdeprivation zu vergleichen, wurde aufgrund des kleinen Probandenkollektivs der nicht
parametrische (verteilungsfreie) Wilcoxon-Test angewendet.
Auch die polysomnographischen Parameter wurden mit Hilfe des Wilcoxon Tests geprüft.
Zusätzlich wurde eine explorative Analyse von Korrelation zwischen den objektiven
Schlafparametern und den neuropsychologischen Daten mit Hilfe der Spearman’s
Korrelation durchgeführt. Das mit Bonferroni korrigierte Signifikanzlevel betrug p " 0,004.
Für alle polysomnographischen sowie neuropsychologischen Parameter wurde die
Effektgröße (d) bestimmt, um auch kleine Effekte aufzudecken, die gegebenenfalls beim
Gruppenvergleich übersehen wurden. Die Interpretation der gewonnen Daten beruht auf den
Leitlinien von Cohen.
Die graphischen Darstellungen wurden mit Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint und SPSS
erstellt.
- 42 -
ERGEBNISSE
43
4. ERGEBNISSE
Auf den folgenden Seiten sollen die empirischen Ergebnisse der Studie präsentiert werden.
Zunächst wird auf die Daten eingegangen, die bei der neuropsychologischen Testung
erhoben wurden.
Dabei werden die für diese Arbeit relevanten Untersuchungen
nacheinander besprochen.
Im Anschluss folgt eine Betrachtung der polysomnographischen Daten, dort werden
zunächst die allgemeinen Veränderungen bei Einbeziehung der gesamten Stichprobe
präsentiert, bevor näher auf einzelne Schlafstadien eingegangen wird.
Zuletzt wird auf Korrelationen zwischen Schlaf und Gedächtnisleistung eingegangen.
4.1. NEUROPSYCHOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN DER GEDÄCHTNISLEISTUNG
Der Wilcoxon Rank Test zeigte bei den verschiedenen Gedächtnisvariablen keine
signifikanten Unterschiede zwischen der Schlafentzugsbedingung und der Bedingung mit
physiologischer Schlafdauer. Auch die deskriptive Statistik gibt bei Betrachtung der
Mittelwerte keine deutlichen Hinweise für ein besseres Abschneiden der Probanden nach
einer langen Nacht. Somit lässt sich nicht beweisen, dass eine einzige Nacht mit partieller
Schlafdeprivation die deklarative Gedächtnisleistung beeinflusst.
In Tabelle 3 sind die Ergebnisse der statistischen Auswertung der neuropsychologischen
Daten zusammengefasst.
Kontrollblock mit
physiologischer
Schlafdauer (9h)
Experimentalblock mit
Schlaf-deprivation (4h)
VVM verbal, Vergessensrate
0.3 ± 0.1
VLMT, verzögerter Abruf
Wilcoxon paired
ranked test
Effektgröße
Cohen’s
d
Z
P
0.2 ± 0.2
-0.438
0.661
0.339
14.6 ± 0.9
14.5 ± 0.9
-0.857
0.391
0.207
73.4 ± 13.2
69.0 ± 9.8
-1.029
0.304
0.379
0.2 ± 0.2
0.1 ± 0.2
-0.713
0.476
0.367
14.0 ± 2.1
14.5 ± 2.2
-1.155
0.248
0.210
1364.7 ± 771.1
1631.2 ± 1492.9
-0.633
0.527
0.224
6363.4 ± 1592.2
7436.1 ± 3146.6
-1.445
0.149
0.430
Langzeitgedächtnis,
verbal auditives Lernen
Wortpaarliste nach Born,
Gedächtnisleistung in %
Langzeitgedächtnis, visuell
räumliches Lernen
VVM visuell räumlich,
Vergessensrate
Tower of London,
Gedächtnisversion, Anzahl
korrekt durchgeführter Züge
Tower of London,
Gedächtnisversion, Preplanning –
Zeit
Tower of London,
Gedächtnisversion,
Bewegungsausführungszeit
Tabelle 3: Ergebnisse der neuropsychologischen Untersuchungen nach partieller Schlafdeprivation (4h Schlaf) im
Vergleich mit der Kontrollbedingung mit physiologischer Schlafdauer (9h) (Mittelwerte ± Standardabweichung);
Bonferroni-korrigiertes Signifikanzniveau p " 0.004
ERGEBNISSE
44
VERBAL AUDITIVES LERNEN
Wortpaarlisten nach Born
Einzig bei den Wortpaarlisten nach Born (Abbildung 9) ist eine Tendenz bezüglich besserer
Lernleistung nach physiologischer Schlafdauer beobachten.
Nach dem Kontrollblock wurden im Schnitt 73.4 ± 13.2 % der Wortpaare erneut korrekt
wiedergegeben, etwa 4% weniger nach dem Schlafdeprivationsblock, in dem nur 69.03 ±
9.8% wieder abgerufen wurden (Z= -1.029, p= 0.304).
p = 0.304
Abbildung 9 – Wiedergabe von erinnerten Wortpaaren in % nach der Erholungsnacht nach partiellem
Schlafentzug im Vergleich zur Kontrollbedingung
Verbaler Lern- und Merkfähigkeitstest – VLMT
Geringer sind die Tendenzen beim Verbalen Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT). In der
Abfrage der 15 Wörter im Kontrollblock konnten sich die Probanden im Schnitt an 14.64 ±
0.9 Wörter erinnern, während sie nach der Schlafdeprivations- und der darauffolgenden
Erholungsnacht 14.5 ± 0.86 der Wörter korrekt wiedergaben (Z= -0.857, p= 0.391). Wegen
der guten Ergebnisse in beiden Untersuchungsblöcken muss hier jedoch ein Ceiling-Effekt in
Betracht gezogen werden.
- 44 -
ERGEBNISSE
45
Tower of London – Gedächtnisversion
In den Abbildungen 10, 11 und 12 sind die Ergebnisse beim „Tower of London“ in der
Gedächtnisversion dargestellt.
Die Probanden benötigten im Schlafdeprivationsblock vor Beginn der Durchführung
(preplanning time) mehr Zeit zum Nachdenken (Abbildung 11) und auch die tatsächliche
Bewegungsausführungszeit nahm zu (Abbildung 12).
Die
Planungszeit
stieg von
1364.7 ±
771.1
Millisekunden
unter
den
regulären
Schlafbedingungen auf 1631.2 ± 1492.9 Millisekunden nach partiellem Schlafentzug (Z= 0.633,
p=
0.527),
während
die
Bewegungsausführungszeit
unter
physiologischen
Schlafbedingungen 6363.4 ± 1592.2 Millisekunden und unter Schlafmangel 7436.1 ± 3146.6
Millisekunden betrug (Z= -1.445, p= 0.149). Die korrekt ausgeführten Aufgaben waren in
ihrer Gesamtanzahl nach beiden Untersuchungsblöcken relativ ähnlich, es bleibt zu
diskutieren, ob die Verschlechterung der zeitlichen Meßwerte auf Müdigkeit zurückzuführen
ist.
p = 0.527
Abbildung 10 – Planungszeit vor Beginn des Zuges nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im
Vergleich zur Kontrollbedingung
- 45 -
ERGEBNISSE
46
p = 0.149
Abbildung 11 - Bewegungsausführungszeit nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im Vergleich
zur Kontrollbedingung
p = 0.248
Abbildung 12 – Korrekt ausgeführte Züge nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im Vergleich zur
Kontrollbedingung
- 46 -
ERGEBNISSE
47
Verbaler und Visueller Merkfähigkeitstest (VVM)
Die Vergessensrate beim verbalen Testanteil lag nach der Kontrollbedingung nicht signifikant
über der Vergessenrate der Schlafdeprivationsnacht: 0.25 ± 0.14 ohne Schlafentzug und
0.24 ± 0.17 nach Schlafentzug (Z= -0.438, p= 0.661; Abbildung 13).
p = 0.661
Abbildung 13 – VVM - Vergessensrate verbal nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im Vergleich
zur Kontrollbedingung
Ähnlich verhält es sich bei dem visuellen Anteil des VVM. Hier betrug die Vergessenrate
ohne Schlafentzug 0.15 ± 0.20 und nach partieller Schlafdeprivation nur 0.10 ± 0.16 (Z= 0.731, p= 0.476; Abbildung 14).
- 47 -
ERGEBNISSE
48
p = 0.476
Abbildung 14 – VVM - Vergessensrate visuell nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im Vergleich
zur Kontrollbedingung
- 48 -
ERGEBNISSE
49
4.2. SCHLAFPARAMETER
In Abbildung 15 ist eine Gegenüberstellung der Schlafstadien aller sechs im Schlaflabor
verbrachten Nächte zu sehen. Die Adaptationsnacht zu Beginn eines jeden Blocks diente der
Eingewöhnung der Probanden und sollte unerwünschte Einflüsse durch die ungewohnte
Umgebung auf den für die Studie entscheidenden Nachtschlaf der zweiten und dritten Nacht
möglichst minimieren.
Wie erwartet zeigte sich, dass in der jeweils ersten Nacht eines Untersuchungsblocks eine
Eingewöhnung stattfand, in der die Probanden oberflächlicher schliefen, wie an den
verlängerten Schlafphasen 1 und 2 zu erkennen ist. Dies verdeutlicht noch einmal die
Wichtigkeit einer Adaptationsnacht. Dadurch wurde es auch möglich zu zeigen, dass die
Schlafarchitektur der Eingewöhnungsnächte beider Untersuchungsblöcke im Cross-OverDesign
keine
Unterschiede
aufwies
und
somit
beide
Gruppen
unter
gleichen
Voraussetzungen den eigentlichen Experimentalblock begannen.
Abbildung 15: Vergleich der Schlafstadien in allen sechs im Schlaflabor verbrachten Nächten
In Tabelle 4 sind die wichtigsten polysomnographischen Daten zusammengefasst, wobei die
Parameter, die einen signifikanten Unterschied bei den beiden Untersuchungsbedingungen
aufweisen, dick hervorgehoben sind.
- 49 -
ERGEBNISSE
Schlafdeprivationsblock (4h
Schlaf)
Experimentalnacht
Erholungsnacht
50
Kontrollbedingung
(9h Schlaf)
Experimentalnacht
Erholungsnacht
Wilcoxon paired
ranked test
Z
P
Effektgröße
Cohen’s
d
Schlafperiodendauer - SPT (min)
235.3 ± 4.1
532.2 ± 6.6
518.6 ± 17.6
525.1 ± 9.1
-2.744
0.006
0,893
Gesamtschlafdauer - TST (min)
232.4 ± 5.2
523.7 ± 7.4
503.5 ± 22.5
511.5 ± 10.3
-3.507
0.000
1,360
Schlafeffizienz (in
%)
96,7 ± 2,0
96.8 ± 1.2
93,2± 4,2
94.5 ± 1.8
-3.782
0.000
1.517
Einschlafdauer
(min)
4.6 ± 3.3
7.8 ± 6.5
13.2 ± 5.5
13.9 ± 7.3
-3.329
0.001
0,883
Wachanteil (min)
2.9 ± 2.4
8.5 ± 5.0
15.1 ± 8.6
13.6 ± 6.1
Wachanteil (%)
1.2 ± 1.0
1.6 ± 0.9
2.9 ± 1.7
2.6 ± 1.2
-2.808
0.005
0,943
Stadium 1 (min)
6.4 ± 4.8
19.0 ± 10.5
29.6 ± 14.5
28.1 ± 14.8
Stadium 1 (%)
2.8 ± 2.1
3.6 ± 2.0
5.7 ± 2.9
5.3 ± 2.8
-2.743
0.006
0,699
Stadium 2 (min)
85.2 ± 18.8
261.2 ± 31.8
251.3 ± 23.4
256.0 ± 27.2
Stadium 2 (%)
36.2 ± 8.2
49.1 ± 6.0
48.5 ± 4.8
48.7 ± 5.0
-0.373
0.709
0,072
Stadium 3 (min)
40.2 ± 14.0
62.0 ± 17.6
55.1 ± 19.1
59.0 ± 23.8
Stadium 3 (%)
17.1 ± 6.0
11.6 ± 3.3
10.6 ± 3.5
11.2 ± 4.5
-1.120
0.263
0,101
Stadium 4 (min)
61.5 ± 30.9
60.1 ± 27.4
51.9 ± 25.7
52.8 ± 27.2
Stadium 4 (%)
26.1 ± 13.0
11.3 ± 5.1
9.9 ± 4.9
10.1 ± 5.2
-1.510
0.131
0,233
Slow wave sleep
(SWS) (min)
101.8 ± 23.5
122.0 ± 32.8
107.0 ± 33.5
111.8 ± 39.8
Slow wave sleep
(SWS) (%)
43.2 ± 9.8
22.9 ± 6.1
20.5 ± 6.1
21.3 ± 7.5
-2.338
0.019
0,234
REM Schlaf (min)
33.6 ± 15.5
115.9 ± 20.4
112.3 ± 18.7
111.4 ± 16.4
REM Schlaf (%)
14.3 ± 6.7
21.8 ± 3.9
21.6 ± 3.5
21.2 ± 3.3
-0.406
0.685
0,166
Non-REM Schlaf
(NREM) (min)
193.3 ± 3.5
402.3 ± 20.9
387.8 ± 26.8
395.9 ± 21.5
Non-REM Schlaf
(NREM) (%)
82,2 ± 7.5
75.6 ± 3.7
74.8 ± 4.3
75.4 ± 3.4
-0.438
0.661
0,056
Tabelle 4: Polysomnographische Daten der Experimental- und der Erholungsnächte - Vergleich der
Erholungsnächte nach partieller Schlafdeprivation im Vergleich zur Kontrollbedingung unter physiologischen
Schlafbedingungen. Die prozentualen Angaben der Schlafstadien beziehen sich jeweils auf die
Schlafperiodendauer (SPT). Bonferroni-korrigiertes Signifikanzniveau p " 0.004
- 50 -
ERGEBNISSE
51
Experimentalnächte im Vergleich
Bei einer Gegenüberstellung der beiden Experimentalnächte zeigt sich eine deutliche
Verlagerung zugunsten der Tiefschlafphasen in der verkürzten Nacht. Während der NonREM-Schlaf (S1, S2, SWS) insgesamt um 50% abnahm, verringerte sich der SWS lediglich
um 5%. Dies steht im starken Gegensatz zu einer Abnahme des REM-Schlafs um 70%.
Auch die wach verbrachte Zeit im Bett verkürzte sich überproportional um 80%.
Schlafphase
Wachanteil
REM-Schlaf
Stadium 1
Stadium 2
Stadium 3
Stadium 4
Experimentalnacht mit 9h Schlaf
Anteil in %
Anteil in Minuten
2,79
15,1
20,79
112,3
5,47
29,6
46,53
251,3
10,20
55,1
9,61
51,9
Experimentalnacht mit 4h Schlaf
Anteil in %
Anteil in Minuten
1,21
13,99
2,68
35,48
16,76
25,63
2,9
33,6
6,4
85,2
40,2
61,5
Abbildung 16 und Tabelle 5: Vergleich der durchschnittlichen Schlafstadienverteilung einer Nacht mit neun
Stunden Schlaf mit einer Nacht mit nur vier Stunden Schlaf in % und in Minuten
Erholungsnächte im Vergleich
Die Schlafdaten der dritten Nacht (s. Abbildung 17) zeigen wie erwartet, dass die
Gesamtschlafdauer in der Nacht nach partiellem Schlafentzug zunahm, also ein gewisser
Nachholeffekt zu sehen ist. Während in der Nacht nach Schlafdeprivation 523.7 ± 7.4
Minuten geschlafen wurden, lag die Schlafdauer in der Kontrollbedingung ohne Schlafentzug
nur bei 511.6 ± 10.3 Minuten (Z= -3.507, p= 0.000).
- 51 -
ERGEBNISSE
52
P=0.000
Abbildung 17: Gesamtschlafdauer
Untersuchungsblöcke
in
Minuten
in
der
Erholungsnacht
im
Vergleich
der
beiden
Mit Hilfe von Abbildung 18 sollen die Unterschiede in der Schlafarchitektur in den beiden
Erholungsnächten verglichen werden. Im Überblick zeigt sich eine leichte Verlagerung
zugunsten der Tiefschlafphasen mit Schlafstadium 3 und 4 bei einer Abnahme des
Schlafstadiums 1 und der wach verbrachten Zeit im Bett.
Schlafphase
Wachanteil
REM-Schlaf
Stadium 1
Stadium 2
Stadium 3
Stadium 4
Erholungsnacht nach 9h Schlaf
Anteil in %
Anteil in Minuten
2,51
13,6
20,63
111,4
5,19
28,1
47,42
256,0
10,92
59,0
9,78
52,8
Erholungsnacht nach 4h Schlaf
Anteil in %
Anteil in Minuten
1,57
8,5
21,47
115,9
3,52
19,9
48,38
261,2
11,48
62,0
11,12
60,1
Abbildung 18 und Tabelle 6 – Vergleich der durchschnittlichen Schlafstadienverteilung in der Erholungsnacht
nach einer Nacht mit neun Stunden Schlaf mit einer Nacht mit nur vier Stunden Schlaf
- 52 -
ERGEBNISSE
53
Einfluss von Schlafentzug auf die Anteile der verschiedenen Schlafstadien
Wachanteil (Tabelle 6)
Bei neun Stunden „Licht-aus-Zeit“ lagen die Jugendlichen 15.1 ± 8.6 Minuten entsprechend
2,9 ± 1,7 % der Nacht wach, in der kürzeren Nacht verringerte sich dieser Wachanteil auf 2,9
± 2,4 Minuten (1,2 ± 1,0 %). Auch in der Nacht nach Schlafdeprivation kam es zu einem
gewissen Nachholeffekt mit einem signifikant geringeren Wachanteil von 8,5 ± 5,0 Minuten
(1.6 ± 0.9 %), hatten sie vorher länger geschlafen, so betrug er vergleichbare 13,6 ± 6,1
Minuten, entsprechend 2.6 ± 1.2% (Z= -2.808, p= 0.005).
Schlafeffizienz (Abbildung 19)
Die Schlafeffizienz betrug demzufolge 96,72 ± 1,96 % in der Schlafdeprivationsnacht und
blieb in der Erholungsnacht mit 96,8 ± 1,2 % ähnlich hoch gegenüber 93,2 ± 4,2% respektive
94,5 ± 1,8% im Kontrollblock (Z= -3.782, p= 0.000).
Abbildung 19: Schlafeffizienz in % in allen Nächten der beiden Untersuchungsblöcke im Vergleich
Leichtschlaf – Schlafstadium 1 und 2 (Abbildung 20 und 21)
In den Leichtschlafphasen verbrachten die Probanden in der langen Nacht deutlich mehr Zeit
als in der kurzen Nacht. So kam dem Schlafstadium 1 in der langen Nacht ein Anteil von
5,73 ± 0,1% zu, während in der Vier-Stunden-Nacht dieses Stadium nur 2,76 ± 0,28%
ausmachte. In der Erholungsnacht zeigte sich ein höherer Anteil von Schlafstadium 1 in der
Nacht nach 9h Schlaf mit 5,34 ± 2,8% im Vergleich zu einem Anteil von 3,58 ± 2,01% nach
partieller Schlafdeprivation. Im Schlafstadium 2 lagen die Werte auch deutlich auseinander,
hier verbrachten die Probanden durchschnittlich 48,51 ± 4,8% der Neun-Stunden-Nacht im
- 53 -
ERGEBNISSE
54
Schlafstadium 2, während in der kurzen Nacht der Anteil nur 36,22 ± 8,17% betrug. In der
folgenden Erholungsnacht hingegen waren die Unterschiede in diesem Stadium nur noch
gering ausgeprägt: 48,75 ± 4,99% im Vergleich zu 49,09 ± 5,96% nach Schlafdeprivation.
Abbildung 20: Schlafstadium 1 - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden Untersuchungsblöcke
im Vergleich
Abbildung 21: Schlafstadium 2 - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden Untersuchungsblöcke
im Vergleich
Tiefschlaf – SWS - Schlafstadium 3 und 4 (Abbildung 22)
In der Abbildung 22 wird deutlich, dass bereits in der Schlafdeprivationsnacht eine
intensivere Ausnutzung der Schlafenszeit erfolgte. So verbrachten die Probanden in der
langen Nacht im Schnitt 20,5 ± 6,1% im Tiefschlaf, in der kurzen Nacht hingegen 43,2 ±
9,8%. In den Erholungsnächten verbrachten die Probanden in der Nacht nach partiellem
- 54 -
ERGEBNISSE
55
Schlafentzug erneut einen signifikant höheren Anteil im SWS: 22.9 ± 6.1% im Vergleich zu
21.3 ± 7.5% (Z= -2.338, p= 0.019).
Abbildung 22: SWS - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden Untersuchungsblöcke im
Vergleich
REM-Schlaf (Abbildung 23)
Der REM-Schlaf hingegen gehört, ebenso wie die Leichtschlafphasen, eher zu den
Schlafphasen, die in einer kurzen Nacht nur vermindert vertreten ist. So verbrachten die
Jugendlichen in der 9-Stunden Nacht 21,6 ± 3,5% der Zeit im REM-Schlaf, während dieser
Anteil in der kurzen Nacht auf 14,3 ± 6,7% sank. Im Vergleich dazu war der Unterschied im
REM-Schlafanteil in den Erholungsnächten mit 21,2 ± 3.3% ohne Schlafentzug und 21.8 ±
3.9% nach partieller Schlafdeprivation nicht ausgeprägt (Z= -0.406, p= 0.685).
Abbildung 23: REM-Schlaf - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden Untersuchungsblöcke im
Vergleich
- 55 -
ERGEBNISSE
56
Auch in dem Schlafprofil einer 15-jährigen Probandin lassen sich die beschriebenen
Änderungen in der Schlafentzugsnacht nachverfolgen, wie die folgende Abbildung zeigt
(vergleiche auch Abbildung 3, S. 16).
Abbildung 24: Schlafprofil einer gesunden 15-jährigen Probandin in der vierstündigen Experimentalnacht
4.3. KORRELATION ZWISCHEN GEDÄCHTNISLEISTUNG UND SCHLAFPARAMETERN
In der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug korrelierte die Gedächtnisleistung in der
Wortpaarliste nach Born positiv mit Non-REM-Schlaf (Spearman’s Rho 0.521, p= 0.013;
Abbildung 25). Auch in der Gegenprobe korreliert der REM-Schlaf signifikant negativ mit der
Gedächtnisleistung in diesem Test (Spearman‘s Rho -0.498, p = 0.018; Abbildung 26). Beim
SWS hingegen konnte keine Korrelation mit der Gedächtnisleistung nach Schlafdeprivation
gezeigt werden (Spearman’s Rho 0.344, p = 0.117).
Non-REM-Schlaf
Wortpaarliste
nach Born
REM-Schlaf
Tiefschlaf (SWS)
Spearman’s
Rho
P
Spearman’s
Rho
P
Spearman’s
Rho
P
0.521
0.013
-0.498
0.018
0.334
0.117
Tabelle 7: Korrelationen der Wortpaarliste mit einzelnen Schlafphasen im Schlafdeprivationsblock
In der Kontrollbedingung mit einer Schlafdauer von neun Stunden in der Experimentalnacht
zeigten sich keine signifikanten Korrelationen in Bezug auf die Gedächtnisleistung und
jegliche Schlafparameter.
- 56 -
ERGEBNISSE
57
Gedächtnisleistung in %
90
80
70
60
Spearman‘s Rho = 0.521
p = 0.013
50
60
70
80
90
Non-REM-Schlaf in %
Abbildung 25: Korrelation zwischen der Leistung in den Wortpaarlisten nach Born (Gedächtnisleistung in %) mit
dem Non-REM-Schlafanteil (in %)
Gedächtnisleistung in %
90
80
70
60
50
Spearman‘s Rho = -0.498
p = 0.018
10
20
30
REM-Schlaf in %
Abbildung 26: Korrelation zwischen der Leistung in den Wortpaarlisten nach Born (Gedächtnisleistung in %) mit
dem REM-Schlafanteil (in %)
- 57 -
DISKUSSION
58
5. DISKUSSION
In dieser Studie werden die Zusammenhänge zwischen der Schlafdauer und der Leistung
Jugendlicher bei verschiedenen deklarativen Gedächtnisaufgaben betrachtet. Stichprobe war
dabei eine Gruppe 22 gesunder Jugendlicher im Alter von 14-16 Jahren.
Die deklarative Gedächtnisleistung war nach einer Nacht mit partieller Schlafdeprivation von
vier statt neun Stunden und anschließender Erholungsnacht nicht signifikant beeinträchtigt.
Getestet wurden die Wortpaarlisten nach Born, der Visuelle und Verbale Merkfähigkeitstest
(VVM), der Verbale Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT) und der Tower of London.
Die Ergebnisse früherer Arbeiten bezüglich der neuropsychologischen Leistung nach
Schlafentzug sind uneinheitlich. Insbesondere in der hier untersuchten Altersgruppe 14 bis
16-jähriger gibt es bisher nur wenige Studien. Somit können die hier vorliegenden
Ergebnisse einen wichtigen Beitrag zur Klärung der Diskussion liefern.
Die folgende Tabelle liefert einen kurzen Überblick über bisherige Studien.
Autor und
Erscheinungsjahr
Kollektiv
Studiendesign
Ergebnis
Daten der
vorliegenden
Arbeit
- 2008
12 Mädchen,
14-16 Jahre,
10 Jungen,
16 Jahre,
gesund
Zwei Bedingungen:
Kontrollbedingung: 3 Nächte mit
je 9h Schlaf
Experimentalblock: 3 Nächte mit
9h - 4h - 9h Schlaf
Backhaus et
al.
- 2008
27 Kinder
9-12 Jahre
gesund
Bedingung 1 (Schlaf-Wach):
Abends Lernen von Wortpaaren,
dann Schlaf, morgens sowie
abends erneute Testung
Bedingung 2 (Wach-Schlaf):
Morgens Lernen von Wortpaaren,
dann Wachsein über den Tag,
abends erneute Testung und am
folgenden Morgen nach Schlaf
Lahl et al.
- 2008
26
Studierende
20-29 Jahre
gesund
Wortliste mit 30 Adjektiven, 2
Minuten
Zeit
zum
Lernen,
darauffolgende
60-minütige
Pause, in der Probanden in der
Experimentalbedingung schlafen
und in der Kontrollbedingung
wach bleiben sollten.
Anschließend erneutes Abfragen
der Wortliste.
Wortliste mit 30 Adjektiven, 2
Minuten
Zeit
zum
Lernen,
darauffolgend nur sechsminütige
Pause mit der Aufforderung zu
Schlafen.
Keine signifikante Beeinträchtigung der
deklarativen Gedächtnisleistung nach
partieller Schlafdeprivation.
Zunahme
der
relativen
und
Gleichbleiben
der
absoluten
im
Tiefschlaf verbrachten Zeit.
In beiden Bedingungen war die
Gedächtnisleistung
nach
Schlaf
sowohl in der Wach-Schlaf- als auch in
der Schlaf-Wach-Bedingung besser als
nach der Wachphase.
Unterstützung der Hypothese, dass
Schlaf
(auch
verzögert)
eine
Konsolidierung
des
deklarativen
Gedächtnisses auch bei Kindern
fördert.
Schlafphase
nach
dem
Lernen
verbesserte die Gedächtnisleistung.
Die Probanden erinnerten im Schnitt
nach der Wachphase 6,9, nach
einstündigem Schlaf 9,2 Wörter.
18
Studierende
21-29 Jahre
Schon ein sechsminütiger kurzer
Schlaf führte zu einer verbesserten
Gedächtnisleistung. Die Probanden
erzielten fast ebenso gute Ergebnisse
(8,1
Wörter)
wie
nach einem
einstündigen Schlaf.
ERGEBNISSE
Gais et al.
- 2006
6 Jungen
6 Mädchen
Alter 17.4 ±
0.2 Jahre
Gesund
24-Vokabelpaarliste
(EnglischDeutsch) für 10 Minuten gelernt.
Uhrzeit: entweder 8:00 oder 20:00
Uhr, direkt anschließend, sowie
nach 24 oder 36 Stunden
erneuter Abruf.
15 männliche
Schüler
Alter 18.1 ±
0.2 Jahre
Lernen von Wortlisten am Abend
um 20:00 Uhr, direkter Abruf
Schlafkondition: zwei Nächte mit
beliebig langem Schlaf
Schlafdeprivationskondition:
in
der ersten Nacht erst morgens
nach 6 Uhr ins Bett, in der
folgenden Nacht Schlafdauer
beliebig
48 Stunden nach dem initialen
Lernen erneute Abfrage der
Wortlisten.
Fragebogen zu Schul- und
Freizeitverhalten, Schlafgewohnheiten, Schläfrigkeit, die Epworth
Sleepiness Scale mit eingeschlossen.
60 bis 90- minütige Lernphase
einer visuellen Diskriminierungsaufgabe, erneute Testung nach
drei Stunden bis hin zu sieben
Tagen
Gibson et al.
- 2006
1644 Schüler
und
1591
Schülerinnen
aus Kanada
Stickgold et al.
- 2000
133
Probanden
18-25 Jahre
Randazzo et
al.
- 1998
7 Jungen
6 Mädchen
10-14 Jahre
Plihal et al.
- 1997
20 Männer
21-38 Jahre
Gesund
Experimentalgruppe
mit
5
Stunden, Kontrollgruppe mit 11
Stunden Bettzeit.
Morgens und im Tagesverlauf
Testung von psychomotorischen
und deklarativen Gedächtnisleistungen.
Zwei Gruppen:
Experimentelle Schlafgruppe:
Frühschlaf – nach dem Lernen 3h
Schlaf und dann erneute Testung
Spätschlaf – Lernen erst nach
drei Stunden Schlaf, erneuter
Schlaf (3h) und erneute Testung
Wachbleibende Kontrollgruppe:
Ablauf wie in der Schlafgruppe
jedoch mit Wachphasen anstelle
des Schlafs nach dem Lernen
Aufgabe: Wortpaarlisten für die
Testung des deklarativen und ein
Spiegelzeichentest
für
das
prozedurale Gedächtnis.
59
Höhere Vergessensrate in der Gruppe,
die am Morgen lernte und im
Anschluss einen Tag wach verbrachte.
Kein Unterschied zwischen der 24und 36-Stunden-Kondition.
Kein Unterschied zwischen morgendlichem oder abendlichem Abruf, wenn
direkt nach dem Lernen geschlafen
wurde.
Deutlich bessere Lernleistung in der
Schlafbedingung im Vergleich zu der
Schlafdeprivationskondition. In der
Lernphase war kein Unterschied im
Abruf zu erkennen.
Schlaf nach Lernen scheint einen
positiven Effekt auf die Konsolidierung
von deklarativen Gedächtnisaufgaben
zu haben. Der Schlaf sollte innerhalb
weniger Stunden nach dem Lernen
stattfinden, nach längerer Wachdauer
nimmt hingegen die Lernleistung ab.
70% der Jugendlichen litten unter
milder bis starker Schlafdeprivation,
Schlafmangel
beeinflusste
die
schulische
Leistung
und
die
Bewältigung des Alltags.
Keine Verbesserung der Leistung bei
erneuter Testung am gleichen Tag,
jedoch verbesserte Leistung am
folgenden Tag und weiterhin bessere
Leistung an den Folgetagen.
Maximale Leistung nach 48 – 96
Stunden.
Nach einer Nacht Schlafdeprivation
nach dem Lerndurchgang mit zwei
Erholungs-nächten
jedoch
keine
bessere Leistung.
Selbst eine Nacht Schlafentzug führte
zu einer Einschränkung der kognitiven
Leistung
(insbesondere
verbale
Kreativität und abstraktes Denkvermögen).
Die Leistung in den Wortpaarlisten
verbesserte sich deutlicher in der
Frühschlafgruppe, während das Spiegelzeichen eine stärkere Verbesserung
nach der Spätschlafbedingung zeigte.
In der Kontrollgruppe mit Wachbleiben
nach der Lernphase zeigte sich kein
Unterschied in der Leistung zwischen
der Früh- und Spätbedingung
In der Frühschlafbedingung höherer
Anteil an Tiefschlaf nach dem Lernen,
während in der Spätschlafphase der
REM-Schlaf
nach dem Lernen
überwog.
- 59 -
DISKUSSION
Carskadon et
al.
- 1981
8 Jungen
4 Mädchen
11,7 – 14,6
Jahre
gesund
60
Messung von Gedächtnisleistung
sowie Erhebung von Müdigkeitsdaten nach Schlafdeprivation in
der ersten Nacht. Darauffolgende
Erholungsnacht
und
erneute
Testung sowie Fragen nach
Müdigkeit.
Durchführung von Schlaflatenztests (MSLTs).
Veränderungen
der
Schlafphasen
waren nach Schlafdeprivation in der
beobachteten Altersgruppe ähnlich wie
in älteren Probandenkollektiven.
Der Leistungsabfall in dieser Altersgruppe
war
nach
Schlafentzug
vergleichbar mit den Beobachtungen
bei älteren Probandenkollektiven.
Tabelle 8: Übersicht über die Datenlage bezüglich Schlafgewohnheiten und den Einfluss auf Lernen und
Gedächtnis
Einige Studien zeigen, dass einfache Lern- und Gedächtnisleistungen nicht durch partielle
Schafdeprivation beeinflusst werden, und sind damit im Einklang mit dieser Arbeit.
So fanden Carskadon und Mitarbeiter keinen signifikanten Effekt einer einzelnen, partiell
schlafdeprivierten Nacht (4h) auf die Gedächtnisleistung in einem Wortlistentest. Auch bei
einem Additionstest und einem auditiven Aufmerksamkeitstest zeigten sich bei diesen 11- bis
13-jährigen Kindern keine Veränderungen. Dahingegen wurden bei einer gesamten Nacht
Schlafdeprivation bei 12- bis 15-Jährigen signifikante Effekte in der Gedächtnisleistung und
der Arbeitsgeschwindigkeit nachgewiesen. Aufmerksamkeit und motorische Aktivität waren
nicht betroffen (Carskadon et al., 1981). Randazzo konnte in einer Gruppe von 10- bis 14jährigen Kindern nach auf fünf Stunden verkürztem Schlaf Schwierigkeiten in höheren
kognitiven Funktionen, wie verbaler Kreativität und abstraktem Denken nachweisen. Weniger
komplexe Funktionen waren interessanterweise kaum beeinflusst. Auch nach drei Nächten
mit leichter Schlafrestriktion wurde ein ähnliches Muster nachgewiesen. Hier waren
Sprachgewandtheit
und
Kreativität
vermindert,
während
einfache
Funktionen
wie
Arbeitsgedächtnis, Rechengenauigkeit und Planungsvermögen keine Effekte zeigten
(Randazzo et al., 1998). Diese Ergebnisse wurden 2002 von Sadeh et al. bestätigt. Sie
untersuchten fragmentierten Schlaf und konnten einen negativen Zusammenhang zu
komplexen Verhaltenstests aufzeigen. Erneut korrelierten die einfacheren Aufgaben von
motorischer Geschwindigkeit, Reaktionszeit und auch einfache Gedächtnisaufgaben mit
keinem der Schlafparameter (Sadeh et al., 2002). Des Weiteren konnte Gais bei 17-jährigen
Schülern einen positiven Effekt von Schlaf direkt nach dem Lernen von Vokabellisten auf das
deklarative Gedächtnis nachweisen (Gais et al., 2006). Ähnliche Effekte berichteten
Backhaus et al., die zeigten, dass Schlaf die Konsolidierung vom deklarativen Gedächtnis
bei 9- bis 12-jährigen Kindern fördert, nicht jedoch eine entsprechend lange Wachperiode
(Backhaus et al., 2007).
Diese Studien sind gut kompatibel mit den von uns erzielten Ergebnissen. Hierbei ist jedoch
anzumerken, dass die Mehrheit der oben genannten Studien entweder mit jüngeren Kindern
oder älteren Adoleszenten durchgeführt wurde, aber keine in der von uns untersuchten
Altersgruppe von 14 bis 16 Jahren. Die von uns vorgelegte Arbeit kann helfen, diese Lücke
zu schließen. Auch für diese Altersgruppe gilt, dass eine signifikante Einschränkung der
- 60 -
DISKUSSION
61
Leistung in einfachen deklarativen Gedächtnisaufgaben nach partieller Schlafdeprivation mit
nachfolgender Erholungsnacht nicht nachweisbar war. Dabei scheint das verbal-auditive
Gedächtnis (Wortpaarlisten nach Born) tendenziell stärker durch Schlafmangel gestört zu
werden als das visuell-räumliche Gedächtnis (Tower of London).
Plihal und Born berichteten 1997 dahingegen sogar von einer Verbesserung der
Gedächtnisleistung bei den Wortpaarlisten nach Schlaf im Vergleich zu der Leistung im
letzten Lerndurchgang; eine Beobachtung, die von den hier erhobenen Ergebnissen nicht
unterstützt wird, denn unsere Probanden erzielten sowohl nach Schlafentzug als auch im
Kontrollblock schlechtere Ergebnisse. Eine schwächere Leistung beider Gruppen 48 h nach
einer Wortpaar-Gedächtnisaufgabe zeigte 2007 hingegen eine Studie von Gais. Die Gruppe
mit Schlafentzug zeigte hier signifikante Beeinträchtigungen.
In der hier vorliegenden Arbeit konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Länge
des
Non-REM-Schlafs in der Erholungsnacht
mit der Gedächtnisleistung in den
Wortpaarlisten nach Born gezeigt werden (Spearman’s Rho 0.521, p= 0.013). Backhaus et
al. beobachteten dies ebenfalls kürzlich in einer Studie, in der sie positive Korrelationen
zwischen Wortpaarlernen und dem Anteil an Non-REM-Schlaf fanden (Backhaus et al.,
2008).
Dass Non-REM-Schlaf und insbesondere SWS bei der Gedächtniskonsolidierung eine
wichtige Rolle spielen und dass die Verarbeitung im SWS sogar noch getriggert werden
kann, konnte auch Rasch 2007 zeigen. 2004 berichteten Peigneux et al., dass beim Lernen
beobachtete aktivierte Areale im Hippocampus auch im SWS aktiviert werden. Schon früher
konnten ähnliche Ergebnisse bei Ratten beobachtet werden. Eine lernabhängige Anpassung
der hippocampalen Aktivität während des Schlafs nach Lernen scheint die Aufbereitung des
neuesten episodischen und des räumlichen Gedächtnis zu reflektieren und schließlich zu
plastischen Veränderungen im neuronalen Netzwerk und somit zu einer Leistungssteigerung
zu führen (Ribeiro et al., 2004).
In unserer Studie konnten wir zeigen, dass in der Schlafdeprivationsnacht der SWS-Anteil
überproportional konserviert wurde (relativer Anstieg des SWS von 20.5% auf 43.2%). In der
folgenden Erholungsnacht trat sogar eine absolute Erhöhung des SWS um etwa 10% auf (s.
Abbildung 24 und Tabelle 5, SWS). Dies könnte als mögliche Erklärung für die geringe
Einschränkung der Gedächtnisleistung angesehen werden, wenn SWS die entscheidende
Komponente für die Gedächtniskonsolidierung darstellt. Lavie zeigte bereits, dass in den
Nächten nach Schlafentzug der Tiefschlafanteil ansteigt. Dies ist sowohl nach Schlafentzug
von mehreren Nächten als auch nach nur einer Nacht Schlafentzug und auch schon nach
nur einer Nacht mit partiellem Schlafentzug zu beobachten (Lavie, 1999; Borbély, 1984).
Auch in unserer Studie stieg nach der Schlafdeprivationsnacht der Tiefschlafanteil relativ im
- 61 -
DISKUSSION
62
Verhältnis zum Leichtschlaf an. In der Nacht mit partieller Schlafdeprivation wurde sogar fast
die gleiche absolute Menge an SWS gemessen wie in der Kontrollbedingung. Die Wachzeit
vor dem verkürzten Schlaf in der Schlafentzugsbedingung betrug 20 Stunden im Vergleich
zu nur 15 wach verbrachten Stunden in der Kontrollbedingung. Dies führte zu einer
Verstärkung des homöostatischen SWS-Drucks. Je länger die Wachzeit vor dem Schlaf ist,
desto höher wird der homöostatische Druck nach Tiefschlaf. Borbély postulierte 1984 mit
Daan das Zwei-Prozess-Modell der Schlafhomöostase. Der Prozeß S steigt exponentiell
während der Wachphase und nimmt im Schlaf exponentiell zur Schlafdauer ab (Daan et al.,
1984; Tononi et al., 2006). Das könnte erklären, warum eine partielle Schlafdeprivation auf
vier Stunden und die Verlagerung des Schlafs in die zweite Nachthälfte die absolute im
Tiefschlaf verbrachte Zeit nicht vermindert. Diese unmittelbare Kompensation nach langen
Wachphasen kann die guten deklarativen Gedächtnisleistungen trotz Schlafdeprivation
verständlich machen, wenn die Bedeutung von Tiefschlaf auf die Konsolidierung des
deklarativen Gedächtnisses berücksichtigt wird.
Bei Betrachtung des REM-Schlaf-Verhaltens in der vorliegenden Studie führte der partielle
Schlafentzug zu einer relativen Reduktion des REM-Schlaf-Anteils von 21.6% auf 14.3% in
der Experimentalnacht. Ein REM-Rebound in der Erholungsnacht konnte nicht beobachtet
werden (21.8% versus 21.2%). Borbély berichtete 1984 von ähnlichen Ergebnissen, bei
denen ein Schlafentzug von bis zu vier Tagen in der Regel nicht zu einem prozentualen
Anstieg des REM-Schlafs in der direkt auf den Schlafentzug folgenden Erholungsnacht
führte. Eine Erhöhung des REM-Schlafs konnte jedoch in der zweiten und den folgenden
Erholungsnächten auftreten. Betrug der Schlafentzug allerdings wie bei dem Rekordversuch
1965 über vier Tage, so kam es auch in der ersten Erholungsnacht zu einer
kompensatorischen Erhöhung des REM-Schlaf-Anteils.
Mullaney et al. führten 1977 einen Versuch mit vier Paaren durch, in dem die Verkürzung
des Schlafs insbesondere im Abnehmen des Leichtschlafstadiums 2 resultierte. Prozentual
nahmen die REM-Schlafzeit ab und die im SWS verbrachte Zeit, insbesondere dem
Schlafstadium 4, zu.
Ein
einmaliger
partieller
Schlafentzug
scheint
in
dieser
Studie
demnach
keine
weitergehenden Auswirkungen auf die Gedächtnisleistung der Probanden gehabt zu haben.
Der Schlafmangel wurde in der Folgenacht teilweise kompensiert, wie der bereits genannte
erhöhte SWS-Anteil zeigte. Dieses Ergebnis ist im Einklang mit dem Zwei-Prozess-Modell
von Borbély und Daan, in dem der Prozess S für eine proportional längere Tiefschlafdauer in
Abhängigkeit von der zuvor wach verbrachten Zeit verantwortlich ist. Auch die allgemeine
Schlafeffizienz war in der Erholungsnacht signifikant erhöht (96,8% versus 94,5%, s. Tab.5).
Ähnliches belegten bereits Carskadon und Dement 1980, als sie zeigten, dass ein verkürzter
Schlaf von normal sieben bis neun Stunden pro Nacht auf etwa fünf Stunden pro Nacht die
- 62 -
DISKUSSION
63
Schlafbereitschaft tagsüber signifikant erhöhte. Nach einem einmaligen zehnstündigen
Erholungsschlaf war dieser Effekt jedoch wieder vollständig verschwunden.
Welchen Einfluss ein andauernder Mangel an Schlaf auf das Lernen hat, kann auch mit
dieser
Studie
nicht
endgültig
beantwortet
werden,
da
dafür
kontinuierlichere
Schlafdeprivationsphasen nötig wären. Dies wäre aber eine wichtige Weiterführung dieser
Studie, da im Schulalltag häufig das Phänomen auftritt, dass Jugendliche unter der Woche
nur unzureichend schlafen und kontinuierlich ein Schlafdefizit aufbauen. Am Wochenende
wird ein Teil dieses Defizits wieder ausgeglichen (Carskadon et al., 1998; Gibson et al.,
2006). Die Ursachen hierfür scheinen sowohl im veränderten sozio-kulturellen Umfeld der
Heranwachsenden als auch in körperlich-biologischen Umstellungsprozessen während der
Pubertät zu liegen. In dieser Zeit verändert sich das Schlafverhalten, und Jugendliche
schlafen im Schnitt am Wochenende und in den Ferien deutlich mehr als in Schulnächten
und gehen insgesamt später ins Bett (Loessl et al, 2008; Gibson et al., 2006).
Die in dieser Studie zu lösenden Aufgaben schienen für die Jugendlichen keine große
Herausforderung darzustellen, auch wenn die Aufgaben in der neuropsychologischen
Testung in weitem Rahmen immer wieder Anwendung finden. Meist wurde schon nach
einem Durchgang die nötige Mindestanzahl an Punkten erzielt, wenn diese gefordert war.
Nur wenige Probanden benötigten beispielsweise bei den Wortpaarlisten mehr als einen
oder zwei Lerndurchgänge. Auch erkannten viele Probanden die Parallelversion einiger
Tests im zweiten Untersuchungsblock. Dies ist ein Faktor, der das Lernverhalten gegenüber
der jeweiligen Aufgaben möglicherweise beeinflussen konnte, da den Probanden im
Lerndurchgang eigentlich nicht bekannt sein sollte, welches Wissen am Ende der
Untersuchung wieder abgefragt wurde. Allerdings ergab eine Einzelfallanalyse, dass die
Probanden bei den Wortpaarlisten in beiden Gruppen gleichermaßen von einer Vorkenntnis
des Tests profitierten, ein Gruppeneffekt erscheint demnach unwahrscheinlich. Als
problematisch ist jedoch anzusehen, dass beim VVM ein deutlicher Ceiling-Effekt auftrat
(14.5 bzw. 14.6 von 15 möglichen Punkten wurden erreicht) und damit ein potentieller
Unterschied
zwischen
beiden
Gruppen
möglicherweise
nicht
erkannt
wurde.
Dementsprechend sollten in folgenden Arbeiten gegebenenfalls schwierigere Lernaufgaben
verwendet werden, um eine breitere Streuung und ein deutlicheres Profitieren durch mehrere
Lerndurchgänge zu gewährleisten.
Die hohe Leistungsfähigkeit der Probanden kann unter anderem dadurch erklärt werden,
dass es sich um eine selektierte Gruppe aus sozio-ökonomisch besser gestellten Familien
handelte.
Dies
begrenzt
die
Generalisierbarkeit
der
Ergebnisse
auf
diese
Gesellschaftsschichten. Auch ein gewisses „self-selection-bias“ ist nicht auszuschließen,
zum Beispiel, indem Jugendliche mit Schlafproblemen eher Interesse an einer Studie wie der
hier vorliegenden haben könnten und somit vermehrt daran teilnehmen würden. Um dies zu
- 63 -
DISKUSSION
64
begrenzen wurden in den Einschlusskriterien explizit Probanden mit Schlafstörungen,
psychischen Erkrankungen und Medikamenteneinnahme ausgeschlossen.
Walker und seine Arbeitsgruppe untersuchten die Bedeutung von Schlaf vor einer
Lernaufgabe und kamen zu dem Ergebnis, dass Schlafmangel vor dem Lernen die Fähigkeit,
neue Erfahrungen in das Langzeitgedächtnis zu überführen, deutlich beeinträchtigt. In der
Arbeit wird gezeigt, dass eine einzige Nacht Schlafdeprivation vor dem Lernen zu einem
signifikanten Aktivitätsmangel des Hippocampus während der Gedächtniskonsolidierung und
einem daraus folgenden schlechterem Behalten führt (Yoo et al., 2007; Huber, 2007).
Die Probanden unserer Studie mussten auch in der Woche vor der Untersuchung im
Schlaflabor ein geregeltes Schlafverhalten nachweisen, was durch das Tragen eines
Aktometers objektiv kontrolliert wurde. So konnte eine Störung der Konzentrations- und
Aufnahmefähigkeit
durch
bestehende
Müdigkeit
wie
bei
Yoo
et
al.
weitgehend
ausgeschlossen werden.
Auch die Lern-, Schlaf- und Testzeiten während der Studie waren stets kontrolliert, so dass
circadiane Faktoren beim Lernen und Erinnern nur eine untergeordnete Rolle spielen
konnten.
In Theorien zum Zusammenhang zwischen Lernen und circadianen Faktoren wird davon
ausgegangen, dass möglicherweise nicht nur der Schlaf selbst, sondern auch der in der
Nachtzeit vorliegende Hormonspiegel einen Schutz des Gelernten vermittelt. Das Lernen
fand in der hier vorliegenden Studie stets am frühen Abend statt, das Abfragen des Erlernten
dagegen immer morgens. Circadiane Faktoren könnten die Gruppenergebnisse daher nicht
beeinträchtigt haben.
In Studien, die einen Zusammenhang von kurzzeitiger Schlafdeprivation und Lernen
aufzeigen, lernten die Probanden meist unmittelbar vor dem Schlafengehen und wurden
direkt nach dem Aufstehen getestet, häufig dienten als Lernaufgabe Wortpaarlisten
(Drosopoulos et al., 2007; Backhaus et al., 2007). Es ist möglich, dass die Bedeutung von
Schlaf für die Gedächtniskonsolidierung besonders für Gelerntes aus den Stunden
unmittelbar vor dem Schlafengehen zutrifft. In der vorliegenden Studie betrug der Abstand
zwischen Lernen und Schlaf vier bzw. neun Stunden, was den schlafbezogenen Effekt
möglicherweise etwas reduziert hat.
Zudem gibt es Theorien, die davon ausgehen, dass der Effekt von Schlaf auf die
Gedächtniskonsolidierung in einer sensitiven Phase von wenigen Stunden nach dem Lernen
eine Rolle spielt. So zeigten Gais et al. eine deutlich bessere Gedächtnisleistung nach einem
drei-, verglichen mit einem fünfzehn Stunden-Intervall zwischen Lernen und Schlaf (Gais et
al., 2006). Zudem könnte die Gedächtniskonsolidierung auch von den Aktivitäten in der
Wachzeit nach dem Lernen abhängen. In den meisten bisher durchgeführten Studien lernten
- 64 -
DISKUSSION
65
die Probanden unmittelbar vor dem Schlaf und wurden kurz nach der Experimentalnacht
getestet. In der hier vorliegenden Studie hingegen betrug die Zeitspanne zwischen dem
Lernen und dem Zubettgehen mindestens fünf Stunden, der Ablauf nach der Testung war
sowohl in der Kontrollbedingung als auch in der Schlafdeprivationsbedingung in der
kritischen Phase identisch. Die Ergebnisse dieser Arbeit stehen also nicht im Widerspruch zu
den Studien, die einen offensichtlichen Einfluss von Schlaf auf die Gedächtniskonsolidierung
zeigen. Vielmehr waren die Fragestellung und die Methodik dieser Studie auf eine
lebensnähere Situation fokussiert, mit Lernen während des Tages und Schlafmangel in der
folgenden Nacht. Zwischen dem Lernen und dem Zubettgehen lagen mindestens fünf bis
sieben Stunden, so dass die sensitive Phase der Gedächtniskonsolidierung möglicherweise
bereits verstrichen war, bevor die Probanden schliefen.
Viele weitere Aspekte müssen bei der Bewertung der hier vorliegenden Ergebnisse
berücksichtigt werden. Bisherige Studien, die die Gedächtnisleistung untersuchten, zeigen,
dass
Faktoren
wie
die
Länge
Durchführungsgeschwindigkeit
des
bestimmt
Tests,
vom
die
Kenntnis
Untersucher
oder
der
vom
Antworten,
die
Untersuchten,
Komplexität und Schwierigkeit der Aufgaben sowie die individuellen Fertigkeiten der
Probanden die Ergebnisse entscheidend beeinflussen können (Dahl, 1996). Insbesondere
spielen auch die individuellen Unterschiede unter den einzelnen Probanden eine große Rolle
(intrasubject variability). Diese Einflüsse werden jedoch durch das hier gewählte kontrollierte
Cross-Over-Design, bei dem jeder Proband als seine eigene Kontrolle fungiert, auf ein
Minimum reduziert.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Studie keine Einschränkung der
Gedächtnisfunktion nach partieller Schlafdeprivation bei Jugendlichen von 14-16 Jahren. Sie
legen den Schluss nah, dass die Jugendlichen in der Lage waren, in der Experimental- und
der Erholungsnacht negative Effekte des Schlafmangels durch eine relative Konservierung
des SWS zu kompensieren. Die Korrelation von Non-REM-Schlaf mit Gedächtnisleistungen
unterstreicht noch einmal die Bedeutung von SWS für das Lernen. Auch scheinen
Adoleszenten im Schulalltag über weitere Methoden der Kompensation nach Schlafmangel
zu verfügen. So können sie Müdigkeit und Schläfrigkeit für kurze Zeit überwinden ohne
Leistungsminderungen zu zeigen.
Bei konsekutivem Schlafdefizit, wie es insbesondere bei Jugendlichen im Schulalltag
vermehrt beobachtet wird, ist ein Versagen dieser Kompensationsmechanismen zu
befürchten. Speziell bei komplexen Aufgaben, die gleichzeitig abstraktes Denken, Kreativität,
Integration von Gelerntem und Planung vereinen, reichen auch vermehrte Anstrengungen
und gesteigerte Motivation nicht mehr aus (Dahl, 1996; Mitru et al., 2002; Schlesinger et al.,
1998).
- 65 -
DISKUSSION
66
So sind Folgestudien notwendig, um objektiv messen zu können, in welcher Weise ein
kontinuierlicher, geringer Schlafmangel das Lernverhalten beeinflusst. Dabei gilt es sowohl
zu beobachten, inwieweit die Enkodierung durch bereits bestehende Müdigkeit als auch die
Konsolidierung durch Schlafmangel gestört werden. Dafür ist sicherlich ein längerer
Aufenthalt im Schlaflabor mit kontinuierlicher Schlafdeprivation von einigen Nächten
vonnöten, der auch die Folgenächte nach längerem Schlafentzug noch mit dokumentiert, um
das Nachholen von Schlafstadien beurteilen zu können. Wünschenswert wäre auch eine
Kombination von neuropsychologischer Testung, Polysomnographie und z.B. auch
EEG/fMRT in der Lernphase sowie kontinuierlich bis zum Abschluss des Abrufs.
Auch wenn die Effekte von partieller Schlafdeprivation klein erscheinen, besteht
nichtsdestotrotz die Gefahr, dass inadäquate Schlafgewohnheiten von Jugendlichen bis in
das Erwachsenenleben persistieren. Chronischer Schlafmangel kann dann sowohl zu
weiterführenden Schlaf- und Lernstörungen als auch psychischen und physischen
Gesundheitsschäden führen. Daher ist eine genaue Kenntnis des Zusammenhangs
zwischen Schlaf und Lernen bei Jugendlichen essentiell für die Prävention dieser
weitgreifenden Störungen.
- 66 -
ZUSAMMENFASSUNG
67
6. ZUSAMMENFASSUNG
Der Einfluss von Schlaf auf die Gedächtniskonsolidierung ist in den letzten Jahren immer
mehr in das Interesse der Forschung gerückt. Experimentell induzierter Schlafmangel führt
zu einer deutlichen Verminderung sowohl deklarativer als auch impliziter Gedächtnisleistung.
Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, den Zusammenhang von Lernen, Gedächtnis und
Schlaf bei Jugendlichen zu untersuchen. Probanden waren 22 gesunde Jugendliche (14-16
Jahre). Mit einer umfangreichen neuropsychologischen Testbatterie wurden insbesondere
die deklarative Gedächtnisleistung und Exekutivfunktionen untersucht. Dazu wurde die
Leistung nach physiologischer Schlafbedingung mit neun Stunden Schlaf der Gedächtnisleistung nach partieller Schlafdeprivation mit nur vier Stunden Schlaf in der zweiten Nachthälfte gegenübergestellt.
Im Vergleich der beiden Bedingungen konnte kein Unterschied in der Lernleistung nachgewiesen werden. Insbesondere die beim Verbalen Lern- und Merkfähigkeitstest, Visuellen und
Verbalen Merkfähigkeitstest und Tower of London erhobenen Daten zeigten keine Divergenz. Bei den Wortpaarlisten nach Born zeigte sich eine Tendenz hinsichtlich eines positiven
Einflusses von ausreichender Schlafdauer, aber keine signifikanten Unterschiede.
Diese Studie konnte hingegen zeigen, dass bei einem selektiven Schlafentzug von nur einer
halben
Nacht
signifikante
Veränderungen
der
Schlafarchitektur
sowohl
in
der
Experimentalnacht als auch in der darauf folgenden Erholungsnacht auftraten. Eine solche
Erholungsnacht ist bei kontinuierlichem Schlafmangel unter der Woche nicht gegeben.
In der Nacht nach partiellem Schlafentzug verbrachten die Probanden weniger Zeit wach
oder in den Leichtschlafphasen, so dass es im Allgemeinen zu einer besseren Ausnutzung
des Schlafs kam. Auffällig war die fast vollständige Konservierung der Tiefschlafphasen in
der Deprivationsnacht und eine kompensatorische Zunahme in der Erholungsnacht, während
der REM-Schlaf stark reduziert war. Die Länge des stärker konservierten Non-REM-Schlafs
korrelierte wiederum positiv mit den Wortpaarlisten nach Born, was die Bedeutung des
Tiefschlafs für das deklarative Gedächtnis noch einmal hervorhob.
Aufgrund einer identischen Beschäftigung nach der neuropsychologischen Testung für fast
fünf Stunden dürfte die These, dass es eine nur wenige Stunden umfassende kritische
Phase nach dem Lernen gibt, in der Schlaf einen positiven Effekt auf die Gedächtniskonsolidierung hat, in der vorliegenden Studie nur eine untergeordnete Rolle gespielt haben.
Ein negativer Effekt auf das deklarative Gedächtnis durch eine partielle Schlafdeprivation in
der ersten Nachthälfte scheint demnach bei Jugendlichen nicht nachweisbar zu sein, wenn
sie die Möglichkeit haben, aufgrund verschiedener Faktoren und mit unterschiedlichen
Kompensationsmechanismen eine ausreichende Menge an Tiefschlaf zu erreichen.
- 67 -
LITERATUR
68
7. LITERATUR
Acebo, C., LeBourgeois, M.K. (2006). Actigraphy. Respir Care Clin N Am, 12(1):23-30.
Acebo, C., Sadeh, A., Seifer, R., Tzischinsky, O., Wolfson, A.R., Hafer, A., Carskadon, M.A. (1999).
Estimating sleep patterns with activity monitoring in children and adolescents: how many nights are
necessary for reliable measures? Sleep, 22(1):95-103. Erratum in: Sleep, 22(2):143.
Acebo, C., Carskadon, M.A. (1997). Relations among self-reported sleep patterns, health, and injuries
in adolescents. Sleep Research, 26:149.
Anderson, A.K., Wais, P.E., Gabrieli, J.D. (2006). Emotion enhances remembrance of neutral events
past. Proc Natl Acad Sci USA, 103(5):1599-604.
Aserinsky, E., Kleitman, N. (1953). Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant
phenomena, during sleep. Science, 118:273-4.
Atkinson, R.C., Shiffrin, R.M. (1968). Human memory: A proposed system and its control processes.
In K.W. Spence and J.T. Spence (Eds.), The psychology of learning and motivation, Vol. 8. London:
Academic Press.
Backhaus, J., Born, J., Hoeckesfeld, R., Fokuhl, S., Hohagen, F., Junghanns, K. (2007). Midlife decline in declarative memory consolidation is correlated with a decline in slow wave sleep. Learn Mem,
14(5):336-41.
Backhaus, J., Hoeckesfeld, R., Born, J., Hohagen, F., Junghanns, K. Immediate as well as delayed
post learning sleep but not wakefulness enhances declarative memory consolidation in children. Neurobiol. Learn. Mem., 2008, 89: 76-80.
Baddeley, A. (2001). The concept of episodic memory. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 356,
1345-1350.
Barrett, T., Ekstrand, B. (1972). Effect of sleep on memory: III. Controlling for time-of-day effects. J
Exp Psychol, 96:321-327.
Benson, K., Feinberg, I. (1975). Sleep and memory: retention 8 and 24 hours after initial learning.
Psychophysiology, 12(2):192-5.
Benson, K., Feinberg, I. (1977). The beneficaial effect of sleep in an extended Jenkins and Dallenbach
paradigm. Psychophysiology,14(4):375-84.
Berger, H. (1929). Über das Elektroenzephalogramm des Menschen. Archiv für Psychiatrie. 87: 527570.
Birbaumer, N., Schmidt, R.F. (1996). Biologische Psychologie. 3. Auflage Springer Verlag, Berlin
Heidelberg New York.
Bonnet, M.H. (1985). Recovery of performance during sleep following sleep deprivation in older
normal and insomniac adult males. Percept Mot Skills, 60(1):323-34.
Boonstra, T.W., Stins, J.F., Daffertshofer, A., Beek, P.J. (2007). Effects of sleep deprivation on neural
functioning: an integrative review. Cell Mol Life Sci, 64:934-946.
Borbély, A. (1982). A two process model of sleep. Human Neurobiol 1:195-204.
Borbély, A. (1984). Das Geheimnis des Schlafs. Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart. Ausgabe
für das Internet, 1998, Universität Zürich.
Born, J., Gais, S. (2000). REM sleep deprivation: the wrong paradigm leading to wrong conclusions.
Behav Brain Sci, 123-124.
- 68 -
LITERATUR
69
Born, J., Rasch, B., Gais, S. (2006). Sleep to remember. Neuroscientist, 12(5), 410-424.
Buckley, T.M., Schatzberg, A.F. (2005). Aging and the role of the HPA axis and rhythm in sleep and
memory-consolidation. Am J Geriatr Psychiatry, 13(5):344-52.
Carroll, J.B. (1993). Human cognitive abilities. A survey of factor-analytic studies. Cambridge
University Press, Cambridge.
Carskadon, M.A. (1990). Patterns of sleep and sleepiness in adolescents. Pediatrician, 17(1):5-12.
Carskadon, M.A., Acebo, C., Jenni, O.G. (2004). Regulation of adolescent sleep: implications for
behavior. Ann N Y Acad Sci, 1021:276-91.
Carskadon, M.A., Acebo, C., Richardson, G.S., Tate, B.A., Seifer, R. (1997). An approach to studying
circadian rhythms of adolescent humans. J Biol Rhythms, 12:278-289.
Carskadon, M.A., Harvey, K., Dement, W.C. (1981). Sleep loss in young adolescents. Sleep, 4(3):299312.
Carskadon, M.A., Vieira, C., Acebo, C. (1993). Association between puberty and delayed phase
preference. Sleep, 16:258-62.
Carskadon, M.A., Wolfson, A., Acebo, C., Tzischinsky, O., Seifer, R. (1998). Adolescent Sleep
Patterns, Circadian Timing, and Sleepiness at a Transition to Early School Days. Sleep, 21(8):871881.
Carskadon, M.A., K., Duke, P., Anders, T., Litt, I., Dement, W. (1980). Pubertal changes in daytime
sleepiness. Sleep, 2:453-460.
Castaldo, V., Krynicki, V., Goldstein, J. (1974). Sleep stages and verbal memory. Percept Mot Skills,
39, 1023-1030.
Cipolli, C. (1995). Symposium: Cognitive processes and sleep disturbances: Sleep, dreams and
memory: an overview. J Sleep Res, 4(1):2-9.
Cirelli, C. (2002). How sleep deprivation affects gene expression in the brain: a review of recent
findings. J Appl Physiol, 92(1):394-400.
Crowley, S.J., Acebo, C., Carskadon, M.A. (2007). Sleep, circadian rhythms, and delayed phase in
adolescence. Sleep Med, 8(6):602-12.
Crowley, S.J., Acebo, C., Fallone, G., Carskadon, M.A. (2006). Estimating dim light melatonin onset
(DLMO) phase in adolescents using summer or school-year sleep/wake schedules. Sleep,
29(12):1632-41.
Czeisler, C.A., Allen, J.S., Strogatz, S.H., Ronda, J. (1986). Bright light resets the human circadian
pacemaker independent of the timing of the sleep wake cycle. Science, 233, 667-671.
Daan, S., Beersma, D.G.M., Borbély, A.A. (1984). Timing of human sleep: recovery process gated by
a circadian pacemaker. Am J Physiol 246:161- 183.
Dahl, R., Lewin, D. (2002). Pathways to Adolescent Health: Sleep Regulation and Behavior. J Adolesc
Health, 31:175-184.
Dement, W.C. (1976). Some must watch while some must sleep. San Francisco: Book Company.
Drosopoulos, S., Schulze, C., Fischer, S., Born, J. (2007). Sleep's function in the spontaneous recovery and consolidation of memories. J Exp Psychol 136(2):169-83.
De Quervain, D.J., Roozendaal, B., Nitsch, R.M., McGaugh, J.L., Hock, C. (2000). Acute cortisone
administration impairs retrieval of long-term declarative memory in humans. Nat Neurosci, 3, 313-314.
- 69 -
LITERATUR
70
Ebbinghaus, H. (1885). Über das Gedächtnis. Leipzig: Duncker and Humblot.
Ekstrand, B.R. (1967). Effect of sleep on memory. J Exp Psychol. 75(1):64-72.
Ekstrand, B.R., Barrett, T. (1977). The effect of sleep on human long-term memory. p. 419-438. In: R.
Drucker-Colin and J. McGaugh (eds.), Neurobiology of sleep and memory. Academic Press, New
York.
Fowler, M., Sullivan, M., Ekstrand, B. (1972). Sleep and memory. Science, 179:302-304.
Friedrich, K.S., Zucker, I. (1972). Circadian Rhythms in Drinking Behavior and Locomotor Activity of
Rats Are Eliminated by Hypothalamic Lesions. Proc Natl Acad Sci USA, 69(6):1583-1586.
Gais, S., Albouy, G., Boly, M., Dang-Vu, T.T., Darsaud, A., Desseilles, M., Rauchs, G., Schabus, M.,
Sterpenich, V., Vanderwalle, G., Maquet, P., Peigneux, P. (2007). Sleep transforms the cerebral trace
of declarative memories. Proc Natl Acad Sci USA, 104(47):18778-18783.
Gais, S., Born, J. (2004). Low acetylcholine during slow-wave sleep is critical for declarative memory
consolidation. Proc Natl Acad Sci USA, 101:2140-2144.
Gais, S., Born, J. (2004). Declarative memory consolidation: Mechanisms acting during human sleep.
Learn Mem, 11:679-685.
Gais, S., Lucas, B., Born, J. (2006). Sleep after learning aids memory recall. Learn Mem, 13(3), 259262.
Gais, S., Molle, M., Helms, K., Born, J. (2002). Learning-dependent increases in sleep spindle density.
J Neurosci 22:6830-6834.
Gais, S., Philal, W., Wagner, U., Born, J. (2000). Early deep sleep triggers memory for early visual
discrimination skills. Nat Neurosci, 3:1335-1339.
Giannotti, F., Cortesi, F., Sebastiani, T., Ottoviano, S. (2002). Circadian preference, sleep and daytime
behaviour in adolescence. J Sleep Res, 11:191-199.
Gibson, E.S., Powles, A.C., Thabane, L., O’Brien, S., Molnar, D.S., Trajanovic, N., Oglivie, R.,
Shapiro, C., Yan, M., Chilcott-Tanser, L. (2006). "Sleepiness" is serious in adolescence: two surveys
of 3235 Canadian students. BMC Public Health, 6:116.
Hebb, D.O. (1949). The organization of behavior. New York: Wiley.
Helmstädter, C., Lendt, M., Lux, S. (2001). Visueller Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT). Göttingen:
Beltz.
Hobson, J.A. (2005). Sleep is of the brain, by the brain and for the brain. Nature, 437:1254-1256.
Hu, P., Stylos-Allan, M., Walker, M.P. (2006). Sleep facilitates consolidation of emotional declarative
memory. Psychol Sci, 17(10):891-8.
Huber, R. (2007). Memory formation: Sleep enough before learning. Curr Biol, 17(10), R367-R368.
Huber, R., Ghilardi, M.F., Massimini, M., Tononi, G. (2004). Local sleep and learning. Nature, 430:7881.
Iglowstein, I., Jenni, O.G., Molinari, L., Largo, R.H. (2003). Sleep Duration From Infancy to
Adolescence: Reference Values and Generational Trends. Pediatrics, 111(2):302-307.
James, W. (1890). The principles of psychology. New York: Holt, Rinehart and Winston.
Jenkins, J.G., Dallenbach, K.M. (1924). Obliviscence during sleep and waking. Am J Psychol, 35:605612.
- 70 -
LITERATUR
71
Jenni, O.G., Achermann, P., Carskadon, M.A. (2005). Homeostatic sleep regulation in adolescents.
Sleep; 28(11):1446-54.
Jenni, O.G., O’Connor, B.B. (2005). Children’s Sleep: An Interplay Between Culture and Biology.
Pediatrics, 115:204-216.
Kandel, E. (2006). Auf der Suche nach dem Gedächtnis, München: Siedler Verlag.
Karni, A., Tanne, D., Rubenstein, B., Askenasy, D., Sagi, D. (1994). Dependence on REM sleep of
overnight improvement of a perpetual skill. Science, 265:679-682.
Klein, T., Martens, H., Dijk, D.J., Kronauer, R.E., Seely, E.W., Czeisler, C.A. (1993). Circadian sleep
regulation in the absence of light perception: chronic non-24-hour circadian rhythm sleep disorder in a
blind man with a regular 24-hour sleep-wake schedule. Sleep,16(4):333-43.
Kuriyama, K., Stickgold, R., Walker, M.P. (2004). Sleep-dependent learning and motor-skill
complexity. Learn Mem, 11:705-713.
Lavie, P., Webb, W.B. (1975). Time estimates in a long-term time-free environment. Am J Psychol,
88:177-186.
Lavie, P. (1999). Die wundersame Welt des Schlafes. München: Deutscher Taschenbuch Verlag.
Leger, D., Guilleminault, C., Defrance, R., Domont, A., Paillard, M. (1999). Prevalence of sleep/wake
disorders in persons with blindness. Clin Sci, 97(2):193-9.
Leutner, V. (1993).
Verlagsgesellschaft.
Schlaf,
Schlafstörungen,
Schlafmittel.
Stuttgart:
Wissenschaftliche
Lewy, A.J., Emens, J., Jackman, A., Yuhas, K. (2006). Circadian uses of melatonin in humans.
Chronobiol Int, 23(1-2):403-12.
Loessl, B, Valerius G, Kopasz M, Hornyak M, Riemann D, Voderholzer U. (2008). Are adolescents
chronically sleep-deprived? An investigation of sleep habits of adolescents in the Southwest of
Germany. Child Health Care Dev. 34(5):549-56.
Lombardo, P., Formicola, G., Gori, S., Gneri, C., Massetani, R., Murri, L., Fagioli, I., Salzarulo, P.
(1998). Slow wave sleep (SWS) distribution across night sleep episode in the elderly. Aging (Milano),
10(6):445-8.
Lovatt, D.J., Warr, P.B. (1968). Recall after sleep. Am J Psychol. 81(2):253-7.
Maquet, P., Smith, C., Stickgold, R. (2003). Sleep and Brain Plasticity. Oxford University Press.
Marczynski, T.J., Yamaguchi, N., Ling, G.M., Grodzinska, L. (1964). Sleep induced by the administration of melatonin (5-methoxyn-acetyltryptamine) to the hypothalamus in unrestrained cats. Experientia,
20(8): p. 435-7.
Markowitsch, H. J. (1999). Gedächtnisstörungen. Stuttgart: Kohlhammer.
Merrow, M., Kamiel, S., Roenneberg, T. (2005). The circadian cycle: daily rhythms from behaviour to
genes. EMBO reports, 6 (10), 930-935.
Miller, G.A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for
processing information. Psychol Rev, 63:81-97.
Montplaisir, J., Godbout, R. (1990). Sleep and biological rhythms - basic mechanisms and applications
to psychiatry. Oxford: Oxford University Press.
Mullaney, D.J., Johnson, L.C., Naitoh, P., Friedmann, J.K., Globus, G.G. (1977). Sleep during and
after gradual sleep reduction. Psychophysiology 14(3):237-44.
- 71 -
LITERATUR
72
Nielsen, T.A., Chenier, V. (1999). Variations in EEG coherence as an index of the affective content of
dreams from REM sleep: Relationships with face imagery. Brain Cogn, 41:200-212.
Ohayon, M.M., Carskadon, M.A., Guilleminault, C., Vitiello, M.V. (2004). Meta-Analysis of Quantitative
Sleep Parameters From Childhood to Old Age in Healthy Individuals: Developing Normative Sleep
Values Across the Human Lifespan. Sleep, 27(7):1255-1273.
Owens, J., Maxim, R., McGuinn, M., Nobile, C., Msall, M., Alario, A. (1999). Television-viewing habits
and sleep disturbance in school children. Pediatrics 104:e27.
Parmeggiani, P.L. (1987). Interaction between sleep and thermoregulation: An aspect of the control of
behavioural states. Sleep, 10, 426-435.
Pearlman, C. (1979). REM sleep an information processing: Evidence from animal studies. Neurosci
Biobehav Rev, 3:57-68.
Peigneux, P., Laureys, S., Fuchs, S., Collette, F., Perrin, F., Reggers, J., Phillips, C., Degueldre, C.,
Del Fiore, G., Aerts, J., Luxen, A., Maquet, P. (2004). Are spatial memories strengthened in the
human hippocamous during slow wave sleep? Neuron, 44(3):535-45.
Peigneux, P., Orban, P., Balteau, E., Degueldre, C., Luxen, A., Laureys, S., Maquet, P. (2006). Offline
persistence of memory-related cerebral activity during active wakefulness. PLoS Biology, 4(4), e100.
Plihal, W., Born, J. (1997). Effects of early and late nocturnal sleep on declarative and procedural
memory. J Cogn Neurosci, 9:534-547.
Plihal, W., Born, J. (1999). Effects of early and late nocturnal sleep on priming and spatial memory.
Psychophysiology ,36:571-582.
Plihal, W., Born, J. (1999). Memory consolidation in human sleep depends on inhibition of
glucocorticoid release. Neuroreport, 10:2741-2747.
Plihal, W., Pietrowsky, R., Born, J. (1999). Dexamethasone blocks sleep induced improvement of
declarative memory. Psychoneuroendocrinology, 24:313-331.
Ralph, M.R., Foster, R.G., Davis, F.C., Menaker, M. (1990). Transplanted suprachiasmatic nucleus
determines circadian period. Science, 247:975-978.
Randazzo, A.C., Muehlbach, M.J., Schweitzer, P.K., Walsh, J.K. (1998). Cognitive function following
acute sleep restriction in children ages 10-14. Sleep, 21(8):861-8.
Rasch, B., Büchel, C., Gais, S., Born, J. (2007). Odor Cues During Slow-Wave Sleep Propt
Declarative Memory Consolidation. Science, 315:1426-1429.
Rechtschaffen, A., Bergmann, B.M., Everson, C.A., Kushida, C.A., Gilliland, M.A. (2002). Sleep
deprivation in the rat: X. Integration and discussion of the findings. 1989. Sleep, 25(1):68-87.
Rechtschaffen, A., Kales, A. (1968). A manual of standardized terminology, techniques and scoring
system for sleep stages of human subjects. Washington, DC: Government Printing Office.
Rechtschaffen, A., Gilliland, M.A., Bergmann, B.M., Winter, J.B. (1983). Physiological correlates of
prolonged sleep deprivation in rats. Science, 221:182-184.
Rechtschaffen, A., Siegel, J.M. (2000). Sleep and Dreaming. Principles of Neuroscience. Fourth
Edition, edited by E.R. Kandel, J.H. Schwartz, T.M. Jessel, 936-947, McGraw-Hill, New York.
Ribeiro, S., Gervasoni, D., Soares, E.S., Zhou, Y., Lin, S., Pantoja, J., Lavine, M., Nicolelis, M.A.
(2004). Long-Lasting Novelty-Induced Neuronal Reverberation during Slow-Wave Sleep in Multiple
Forebrain Areas. PLoS Biology 2(1):126-137.
Sadeh, A., Acebo, C. (2002). The role of actigraphy in sleep medicine. Sleep Med, 6(2):113-24.
- 72 -
LITERATUR
73
Sadeh, A., Gruber, R., Raviv, A. (2003). The effects of sleep restriction and extension on school-age
children: What a difference an hour makes. Child Dev, 74(2):444-455.
Saper, C.B., Scammell, T.E., Lu, J. (2005). Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms.
Nature, 437:1257-1263.
Schellig, D., Schächtele, B. (2001). Visueller und Verbaler Merkfähigkeitstest (VVM). Frankfurt: Swets
und Zeitlinger.
Siegel, J. (2005). Clues to the function of mammalian sleep. Nature, 437:1264-1271.
Smith, C.T., Lapp, L. (1986). Prolonged increases in both PS and number of REMS following a shuttle
avoidance task. Physiol Behav, 36:1053-1057.
Spearman, C. (1938). Measurement of intelligence. Scientia, 64:75-82.
Squire, L. (2004). Memory systems of the brain. A brief history and current perspective. Neurobiol
Learn Mem, 82:171-177.
Spreen, O., Strauss, E. (1998). A compendium of neuropsychological tests. New York: Oxford
University Press.
Spruyt, K., Cluydts, R., Verleye, G.B. (2004). Pediatric sleep disorders: exploratory modulation of their
relationships. Sleep, 27:495-501.
Steriade, M., Dossi, R., Curro Nunez, A. (1991). Network modulation of slow intrinsic oscillation of cat
thalamocortical neurons implicated in sleep delta waves: cortically. J Neurosci, 11:3200-3217.
Stickgold, R. (2005). Sleep-Dependent memory consolidation. Nature, 437(7063):1272-1278.
Stickgold, R., Walker, M. (2005). Memory consolidation and reconsolidation: what is the role of sleep?
Trends Neurosci, 28:408-15.
Stickgold, R., Walker, M. (2005). Sleep and memory: The ongoing debate. Sleep, 28(10):1225-1227.
Stickgold, R., Walker, M. (2007). Sleep-Dependent memory consolidation and reconsolidation. Sleep
Med, 8(4):331-343.
Stickgold, R., James, L., Hobson, J.A. (2000). Visual discrimination learning requires sleep after
training. Nat Neurosci, 3:1237-1238.
Stickgold, R., Whidbee, D., Schirmer, B., Patel, V., Hobson, J.A. (2000). Visual discrimination task
improvement: A multi-step process occurring during sleep. J Cogn Neurosci, 12:246-254.
Takahashi, Y., Kipnis, D.M., Daughay, W.H. (1968). Growth hormone secretion during sleep. J Clin
Invest, 47:2079-2090.
Takashima, A., Petersson, K.M., Tendolkar, I., Jensen, O., Zwarts, M.J., McNaughton, B.L.,
Fernández, G. (2006). Declarative memory consolidation in humans: A prospective functional
magnetic resonance imaging study. Proc Natl Acad Sci USA, 103(3):756-761.
Taylor, L.B. (1969). Localization of cerebral lesions by psychological testing. Clin Neurosurg, 16:269287.
Taylor, D., Jenni, O.G., Acebo, C., Carskadon, M.A. (2005). Sleep tendency during extended
wakefulness: insights into adolescent sleep regulation and behavior. Sleep Research, 14:239-244.
Thorndike, E. L. (1914). Educational Psychology: Briefer Course. New York: Teachers College,
Columbia University.
Tononi, G., Cirelli, C. (2006). Sleep function and synaptic homeostasis. Sleep Med Rev 10:49-62.
- 73 -
LITERATUR
74
Toth, L.A., Jhaveri, K. (2003). Sleep mechanisms in health and disease. Comp Med, 53(5):473-86.
Toyran, M., Ozmert, E., Yurdakok, K. (2002). Television viewing and its effect on physical health of
schoolage children. Turk J Pediatr, 44:194-203.
Valdez, P., Ramirez, C., Garcia, A. (1996). Delaying and extending sleep during weekends: sleep
recovery or circadian effect? Chronobiol Int. 13(3):191-8.
Vertes, R.P., Eastman, K.E. (2000). The case against memory consolidation in REM sleep. Behav.
Brain Sci, 23(6):867-76.
Vitiello, M.V., Prinz, P.N. (1989). Alzheimer's disease. Sleep and sleep/wake patterns. Clin Geriatr
Med, 5(2):289-99.
Wagner, U., Born, J. (2007). Memory consolidation during sleep: Interactive effects of sleep stages
and HPA regulation. Stress, ePub:1.
Wagner, U., Hallschmid, M., Verleger, R., Born, J. (2003). Signs of REM sleep dependent
enhancement of implicit face memory: a repetition priming study. Biol Psychol, 62:197-210.
Walker, M., Brakefield, T., Morgan, A., Hobson, J., Stickgold, R. (2002). Practice with sleep makes
perfect: sleep dependent motor skill learning. Neuron, 35:205-211.
Walker, M., Brakefield, T., Morgan, A., Seidman, J. Hobson, J., Stickgold, R. (2003). Sleep and the
time course of motor skill learning. Learn Mem, 10:275-284.
Walker, M., Stickgold, R. (2006). Sleep, memory, and plasticity. Annu Rev Psychol, 57:139-166.
Wauquier, A., van Sweden, B. (1992). Aging of core and optional sleep. Biol Psychiatry, 31(9):866-80.
Webb, W.B., Agnew, H.W. (1970). Sleep stage characteristics of long and short sleepers. Science,
168:146-147.
Webb, W.B., Agnew, H.W. (1975). The effects of subsequent sleep of an acute restriction of sleep
length. Psychophysiology, 12, 367-370.
Wolfson, A., Carskadon, M.A. (1998). Sleep schedules and daytime functioning in adolescents. Child
Dev 69:875-887.
Yaroush, R., Sullivan, M., Ekstrand, B. (1971). Effects of sleep on memory: II. Differential effect of the
first and second half of the night. J Exp Psychol 88:361.
Yoo, S., Hu, P., Gujar, N., Jolesz, F., Walker, M. (2007). A deficit in the ability to form new human
memories without sleep. Nat Neurosci, 10(3):385-392.
Zeineh, M.M., Engel, S.A:, Thompson, P.M., Bookheimer, S.Y. (2003). Dynamics of the Hippocampus
During Encoding and Retrieval of Face-Name Pairs. Science, 299:577-580.
- 74 -
LEBENSLAUF
75
8. LEBENSLAUF
Nora Matthaeas
Geboren am 11.12.1980 in Hamburg
Keplerstr. 33
22763 Hamburg
mobil: 0176-212 54 930
[email protected]
BERUFLICH
#
DRK-Kinderklinik Siegen, Assistenzärztin
seit 07/2007
AUSBILDUNG
#
Grundschule Rothestraße in Hamburg
08/1987
– 06/1991
#
Gymnasium Allee-Altona in Hamburg
Abitur
08/1991
– 06/2000
#
Susquenita High School, Pennsylvania, USA
Austauschschülerin, High-School-Diplom, Honor-Student
08/1996
– 07/1997
#
Albert-Ludwig-Universität Freiburg
Studium der Humanmedizin
Physikum
1. Staatsexamen
2. Staatsexamen
3. Staatsexamen
10/2000
– 06/2007
08/2002
08/2003
03/2006
05/2007
Université de Lyon, Faculté Grange-Blanche
ERASMUS-Austausch
09/2003
– 04/2004
#
PRAKTIKA, FAMULATUREN UND PRAKTISCHES JAHR
#
Pflegepraktikum auf der Säuglingsstation, Kinderkrankenhaus Bleickenallee, Hamburg
08/2000
#
Pflegepraktikum Chirurgie, ENDO-Klinik, Hamburg
03/2001
#
Famulatur Anästhesie, Otto-Geißler-Krankenhaus, Lindenberg
03/2003
#
Famulatur Gynäkologie und Geburtshilfe, Universitätsklinkum Lyon, Frankreich
09/2003
#
Famulatur pädiatrische Notaufnahme, Hôpital Croix-Rouge, Lyon, Frankreich
04/2004
#
Praxis-Famulatur Allgemeinmedizin in Hamburg
09/2004
#
Studentische Nachtwache auf der Intensivstation Innere Medizin der Universitätsklinik Freiburg
04/2001
– 08/2003
#
PJ-Tertial Innere Medizin, Schwarzwald-Baar-Klinikum Villingen-Schwenningen
! Gastroenterologie, Kardiologie, Onkologie
04/2006
– 07/2006
#
PJ-Tertial Pädiatrie, All children’s Hospital, University of South Florida, USA
! Pulmonologie, Infektiologie, Notaufnahme, Nephrologie, Acting Intern
07/2006
– 11/2006
#
PJ-Tertial Chirurgie, Universitätsklinikum Lüttich, Belgien
11/2006
– 02/2007
! Viszeralchirurgie, Herz- und Gefäßchirurgie
SPRACHEN
#
Englisch
#
Französisch
fließend
fortgeschritten
- 75 -
LEBENSLAUF
76
EHRENAMTLICHE TÄTIGKEITEN
Leitung von Auswahlverfahren, Vor-und Nachbereitungstreffen für deutsche
Schüler sowie Einführungswochenenden für Austauschschüler in Deutschland für
die Austauschorganisation American Field Service (AFS)
1997-2001
#
Mitarbeit in der offenen Fachschaft Medizin Freiburg e.V.
2000-2007
#
Fachschaftsarbeit auf Bundesebene als „National Officer on Reproductive Health
including AIDS“ der Bundesvertretung der Medizinstudierenden in Deutschland
(bvmd e.V.)
2001-2006
#
Trainerin auf nationalen und internationalen Versammlungen von Studierenden
2001-2007
#
„Mit Sicherheit verliebt“ – ein HIV-Präventionsprojekt von Medizinstudierenden für
Jugendliche
2001-2007
#
Mitarbeit in der IFMSA (International Federation Of Medical Students’ Associations)
2002-2006
#
Wahl zum „Director on Reproductive Health including AIDS“ der IFMSA und somit
Vorstandsmitglied des weltweiten Medizinstudierendenverbandes
2004-2005
#
Studentisches Mitglied des Fakultätsrates der Medizinischen Fakultät Freiburg
2004-2005
#
! Komiteevorsitzende Hamburg
! Trainingseinheiten zu: Teambuilding, Proposal-Schreiben, Projektaufbau, interkulturelle
Kommunikation u.a.
! Bundeskoordination von 20 Lokalgruppen
! Aufbau der Lokalgruppe Freiburg
KONFERENZEN, TAGUNGEN UND SEMINARE (AUSWAHL)
Über 20 Versammlungen der Fachtagung Medizin e.V., des deutschen Famulantenaustausches e.V. sowie der Bundesvertretung der Medizinstudierenden in Deutschland.
2001-2007
#
Vorbereitung und Organisation mehrerer Ausbildungsworkshops mit Sexualpädagogen
der AIDS-Hilfe und ProFamilia für das Projekt "Mit Sicherheit verliebt" sowie selbständige Tätigkeit als Ausbilderin
2001-2007
#
Sechs Generalversammlungen der IFMSA
2003-2006
#
Deutsch-Österreichischer Aids-Kongreß, Hamburg
05/2003
#
UNICEF-Youth Consultation on HIV/AIDS in Europe and Central Asia, Genf
12/2003
#
Medizinischer Fakultätentag, Freiburg
06/2004
#
„HIV im Dialog“ – Kongress zu HIV/AIDS Prävention und Therapie, Berlin
09/2004
#
Fünf Vorstandstreffen der IFMSA
2004-2005
#
Leitung der Arbeitsgruppe „Reproductive Health including AIDS“ bei regionenspezifischen Treffen von Medizinstudierenden in Südamerika, Süd-Ostasien, mittleren Osten
sowie Skandinavien
2004-2005
#
„Scoping meeting“ der WHCA (World Health Communication Associates) zu HIV Präventionsprojekten in Hochprävalenzländern in Osteuropa und Zentralasien, WHOEuropa, Kopenhagen
12/2004
#
5-tägige „HIV/AIDS-Study-Tour“ durch Thailand, mit verschiedenen Fortbildungseinheiten zu HIV/AIDS und Besuche verschiedener Organisationen, die in der Präventionsarbeit und Therapie aktiv sind
04/2005
#
Generalversammlung der WHO in Genf, Schweiz
05/2005
#
! Training: Projektaufbau, Evaluation, Fundraising, Kommunikation, Präsentationstechniken, Feedbacktechnik, Konfliktlösung, Redeleitung
! Leitung und Vorbereitung der Arbeitsgruppe „sexuelle Gesundheit und Prävention“
! Estland, Niederlande, Venezuela, Mazedonien, Türkei und Ägypten
! Preis für „Mit Sicherheit verliebt“ für „Besonderes Engagement im Bereich Prävention,
Therapie und Begleitung bei HIV/AIDS“ von MSD
! Trainingseinheiten Vorstellung der deutschen Bewerbung für die Generalversammlung
der IFMSA im August 2005, Freiburg
! Dänemark, Panama, Türkei, Freiburg und Ägypten
- 76 -
DANK
77
9. DANK
Ein großer Dank geht natürlich an Herrn Professor Dr. Ulrich Voderholzer für die
Bereitstellung des Themas und das ständige Interesse an den Fortschritten und Ergebnissen
der Arbeit. Nicht zu vergessen ist dabei die stete Unterstützung bei Fragen und Problemen.
Ein weiterer Dank geht an den Zweitgutachter dieser Arbeit, PD Dr. Hans-Willi Clement für
seine Bereitschaft zur Unterstützung.
Gabriele Valerius und Marta Kopasz verdienen ein herzliches Dankeschön für geduldiges
Erklären, Rechnen, Auswerten und allgemeines Unterstützen. Ohne eure Geduld und viel
investierte Zeit wäre diese Arbeit heute nicht in dem Zustand, in dem sie jetzt vorliegt.
Mein besonderer Dank geht an Eike Piechowiak und Eva Hatami, meine beiden
Mitdoktoranden. Ohne euch wäre die Arbeit sicherlich nur halb so schön gewesen. Die Zeit
mit euch im Schlaflabor, das Planen davor und das Ausarbeiten danach waren immer wieder
toll.
Den Hauptpersonen dieser Studie gebührt der größte Dank. Vielen Dank an alle Probanden,
die Arbeit mit euch zusammen hat immer wieder viel Spaß gemacht!
Und natürlich gibt es noch viele Personen, ohne die diese Arbeit nie möglich gewesen wäre:
Dem gesamten Team des Schlaflabors danke ich von Herzen. Vielen Dank für all die
Antworten, Anleitungen, Hilfestellungen und die Geduld, mit der ihr uns durch unsere Studie
begleitet habt. Herrn Tritschler möchte ich an dieser Stelle für die immer sehr zügige,
technische Unterstützung danken.
Und dann geht noch ein Extra-Dankeschön an alle meine Freunde, die immer ein offenes
Ohr hatten und immer an das Gelingen der Arbeit geglaubt haben.
Zum Schluss noch ein besonderer Dank an meine Eltern, dafür, dass ihr immer für mich da
wart und dafür, dass ihr immer an mich geglaubt habt.
Ohne all diese Menschen wären diese Seiten nie entstanden.
Vielen Dank!
- 77 -
ANHANG
78
10. ANHANG
10.1. ABKÜRZUNGEN
Abkürzung
EEG
EMG
EOG
ESS
fMRT
NREM
PET
PSQ
PSQI
PST
REM-Schlaf
SOL
SPM
SPT
SWS
TAP
TIB
TOL
TST
VLMT
VVM
YSR
Bezeichnung
Elektorenzephalogramm
Elektromyogramm
Elektrookulogramm
Epworth Sleepiness Scale
Funktionelle Magnetresonanztomographie
Non-REM-Schlaf
Positronen-Emmissions-Tomographie
Perceived Stress Questionnaire
Pittsburgh Sleep Quality Index
Schlafperiodendauer
Rapid Eye Movement-Schlaf
Sleep onset latency - Einschlaflatenz
Raven’s Standard Progressive Matrices
Sleep Period Time - Schlafperiodendauer
Slow Wave Sleep
Testbatterie zur Aufmerksamkeitstestung
Time in bed – polysomnographische Registrierzeit
Tower Of London
Total Sleep Time - Gesamtschlafdauer
Verbaler Lern- und Merkfähigkeitstest
Verbaler und Visueller Merkfähigkeitstest
Youth Self Rating
- 78 -
ANHANG
79
10.2. VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN
1 - EINLEITUNG
Keine Abbildungen und Tabellen
2 - THEORETISCHER HINTERGRUND
Abbildungen
1
Mehr-Speicher-Modell des Gedächtnis (modifiziert nach Markowitsch, 1999)
2
Taxonomie des Langzeitgedächtnis mit spezifischen Hirnstrukturen, die in jedes System
involviert sind (modifiziert nach Squire, 2004).
3
Schlafprofil einer gesunden 15-jährigen Probandin in der neunstündigen Kontrollnacht
4
EEG Kriterien für den menschlichen Schlaf (Rechtschaffen und Siegel, 2000)
5
Altersabhängige Entwicklung der verschiedenen Schlafphasen in Minuten Stadium 1, Stadium
2, Tiefschlaf, REM-Schlaf, Wachsein nach erster Schlafphase, Schlaflatenz (Ohayon et al.,
2004)
6
Schematische Darstellung des Schlafprofils in unterschiedlichen Altergruppen
(http://sdic.sookmyung.ac.kr/pharmacotherapy/INSOM/sleep_cycle.jpg, zitiert als Sookmyung
University, Korea)
Tabellen
1
Charakteristika der verschiedenen Schlafstadien
3 - STUDIENTEILNEHMER UND METHODIK
Abbildungen
7
Ablaufprotokoll der Studie. Ein Untersuchungsblock bestand aus drei Nächten: Der
Adaptationsnacht, der Experimentalnacht und der Erholungsnacht.
8
Grafik einer Aktometrie von einem Probanden dieser Studie. Es zeigt sich ein regelmäßiges
Schlafverhalten in den Nächten vor dem Experimentalblock. Zudem kann die Nacht mit
partiellem Schlafentzug deutlich erkannt werden.
Tabellen
2
Demographische Daten der Probanden
- 79 -
ANHANG
80
4 - ERGEBNISSE
Abbildungen
9
Wiedergabe von erinnerten Wortpaaren in % nach der Erholungsnacht nach partiellem
Schlafentzug im Vergleich zur Kontrollbedingung
10
Planungszeit vor Beginn des Zuges nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im
Vergleich zur Kontrollbedingung
11
Bewegungsausführungszeit nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im
Vergleich zur Kontrollbedingung
12
Korrekt ausgeführte Züge nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im Vergleich
zur Kontrollbedingung
13
Vergessensrate verbal nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im Vergleich zur
Kontrollbedingung, P= 0.661
14
Vergessensrate visuell nach der Erholungsnacht nach partiellem Schlafentzug im Vergleich zur
Kontrollbedingung , P= 0.476
15
Vergleich der Schlafstadien in allen sechs im Schlaflabor verbrachten Nächten
16
Vergleich der durchschnittlichen Schlafstadienverteilung einer Nacht mit neun Stunden Schlaf
mit einer Nacht mit nur vier Stunden Schlaf in % und in Minuten
17
Gesamtschlafdauer in Minuten in der Erholungsnacht im Vergleich der beiden
Untersuchungsblöcke
18
Vergleich der durchschnittlichen Schlafstadienverteilung in der Erholungsnacht nach einer
Nacht mit neun Stunden Schlaf mit einer Nacht mit nur vier Stunden Schlaf
19
Schlafeffizienz in % in allen Nächten der beiden Untersuchungsblöcke im Vergleich
20
Schlafstadium 1 - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden
Untersuchungsblöcke im Vergleich
21
Schlafstadium 2 - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden
Untersuchungsblöcke im Vergleich
22
SWS - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden Untersuchungsblöcke im
Vergleich
23
REM-Schlaf - Anteil am Gesamtschlaf in % in allen Nächten der beiden Unter-suchungsblöcke
im Vergleich
- 80 -
ANHANG
81
24
Schlafprofil einer gesunden 15-jährigen Probandin in der vierstündigen Experimental-nacht
25
Korrelation zwischen der Leistung in den Wortpaarlisten nach Born (Gedächtnisleistung in %)
mit dem Non-REM-Schlafanteil (in %)
26
Korrelation zwischen der Leistung in den Wortpaarlisten nach Born (Gedächtnisleistung in %)
mit dem REM-Schlafanteil (in %)
Tabellen
3
Ergebnisse der neuropsychologischen Untersuchungen nach partieller Schlafdeprivation (4h
Schlaf) im Vergleich mit der Kontrollbedingung mit physiologischer Schlafdauer (9h)
4
Polysomnographische Daten der Experimental- und der Erholungsnächte - Vergleich der
Erholungsnächte nach partieller Schlafdeprivation im Vergleich zur Kontrollbedingung unter
physiologischen Schlafbedingungen.
5
Vergleich der durchschnittlichen Schlafstadienverteilung einer Nacht mit
neun Stunden Schlaf mit einer Nacht mit nur vier Stunden Schlaf in % und Minuten
6
Vergleich der durchschnittlichen Schlafstadienverteilung in der Erholungsnacht nach einer
Nacht mit neun Stunden Schlaf mit einer Nacht mit nur vier Stunden Schlaf
7
Korrelationen der Wortpaarliste nach Born mit einzelnen Schlafphasen im
Schlafdeprivationsblock.
5 - D ISKUSSION
Tabellen
8
Auszug der Datenlage bezüglich Schlafgewohnheiten und den Einfluss auf Lernen und
Gedächtnis
6 - ZUSAMMENFASSUNG
Keine Abbildungen und Tabellen
- 81 -
ANHANG
82
10.3. NEUROSPSYCHOLOGISCHE TESTBATTERIE
Wortpaarlisten nach Born
Wortpaarliste 1
Wortpaarliste 2
Anstand
Wahrheit
Angabe
Zweifel
Allee
Dickicht
Aufstand
Polizist
Angriff
Hergang
Auftrag
Kurier
Auto
Scheinwerfer
Berg
Felsblock
Beruf
Fleischer
Blasinstrument
Dudelsack
Blumenstrauß
Blüte
Bündnis
Verrat
Buch
Geschichte
Ereignis
Vorfall
Diamant
Härte
Fabrik
Meister
Eisenbahn
Dampf
Feier
Alkohol
Episode
Glück
Flocken
Bergung
Ergebnis
Wirkung
Freund
Treue
Fahne
Lager
Gedanke
Sprichwort
Familie
Ehe
Gelenk
Fußknöchel
Flasche
Trinkspruch
Getreide
Hafer
Fluß
Schiff
Glaube
Verzicht
Gebäude
Halle
Gletscher
Lawine
Gefängnis
Gangster
Heer
Admiral
Gruppe
Person
Herrscher
Palast
Industrie
Fabrik
Hochschule
Semester
Insekt
Raupe
Infektion
Bakterien
Katze
Seele
Kirche
Himmelreich
Kleidung
Kopftuch
Körper
Blut
Krise
Notfall
Krankheit
Doktor
Küche
Kochtopf
Macht
Zustand
Küste
Strand
Maler
Gemälde
Landschaft
Moor
Möbel
Stuhl
Mädchen
Verlobung
Pächter
Währung
Meer
Flut
Pflanze
Blüte
Musiker
Pianist
Reise
Karte
Mutter
Kind
Reptil
Frosch
Orkan
Windhauch
Riese
Keule
Puppe
Wiege
Schauspiel
Drama
Regen
Überschwemmung
Straße
Auto
Revolver
Kugel
Theorie
Konzept
Schmied
Metall
Tier
Fuchs
Sonate
Freude
Unterwelt
Verbrechen
Tendenz
Zuwachs
Vogel
Lerche
Verordnung
Bescheid
Weber
Plage
Wohnung
Zimmer
Werbung
Konfekt
Zeitung
Interview
Zügel
Wende
ANHANG
83
Visueller und Verbaler Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT)
- 83 -
ANHANG
84
- 84 -
ANHANG
85
- 85 -
ANHANG
86
- 86 -
ANHANG
87
Visueller und Verbaler Merkfähigkeitstest (VVM)
Wortliste 1
Wortliste 2
Lernliste
Interferenzliste
Lernliste
Interferenzliste
Trommel
Tisch
Stadt
Boot
Vorhang
Förster
Zunge
Ofen
Glocke
Vogel
Fenster
Schuh
Kaffee
Schuh
Reise
Förster
Schule
Ofen
Treppe
Tisch
Eltern
Berg
Lampe
Lamm
Mond
Handtuch
Maurer
Bleistift
Garten
Brille
Wiese
Wolke
Hut
Wolke
Sonne
Gewehr
Bauer
Boot
Museum
Handtuch
Nase
Lamm
Musik
Vogel
Truthahn
Gewehr
Tiger
Brille
Farbe
Bleistift
See
Berg
Haus
Kirsche
Geige
Arm
Fluß
Arm
Tee
Kirsche
10.4. ORGANISATORISCHES
-
Probandeninformation
Einverständniserklärung Studienteilnahme
Einverständniserklärung Aktometer
Votum der Ethikkommission
- 87 -
ANHANG
88
Universitäts-Klinikum Freiburg
Abt. für Psychiatrie u. Psychotherapie, Hauptstr. 5, D-79104 Freiburg
Dr. Gabriele Valerius
e-mail: [email protected]
Telefon: 0761/270-6978
Fax: 0761/270- 6619
Abteilung für Psychiatrie und
Psychotherapie
Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. med. M. Berger
Hauptstr. 5, 79104 Freiburg
Probandeninformation
Titel der Studie: Untersuchung zum Zusammenhang zwischen kognitiver
Leistungsfähigkeit und dem Schlafverhalten Jugendlicher
Sehr geehrte Schülerin, sehr geehrter Schüler,
in diesem Formular wird Dir erklärt, warum wir Dich bitten wollen, an einer
wissenschaftlichen Untersuchung teilzunehmen, welchem Zweck diese Untersuchung dienen
soll und was dabei von Dir erwartet wird. Bevor Du Dich dazu entscheidest, an dieser
Untersuchung teilzunehmen, lies dieses Informationsblatt bitte sehr sorgfältig. Zusammen
mit diesem Informationsblatt erhältst Du eine Einverständniserklärung, auf der Du uns
mitteilst, dass Du mit der Teilnahme an dieser Studie einverstanden bist. Außer Dir müssen
auch Deine Erziehungsberechtigten diese Einverständniserklärung unterschreiben – sofern
sie einverstanden sind. Ohne die schriftliche Einwilligung von Dir und Deinen
Erziehungsberechtigten darfst Du nicht an dieser Untersuchung teilnehmen.
Die Art dieser Studie, die Risiken, Unannehmlichkeiten und andere wichtige Informationen
werden weiter unten dargestellt. Falls Du darüber hinaus noch Fragen haben solltest,
möchten wir Dich bitten, alle noch offenen Fragen oder Bedenken bezüglich dieser Studie
mit der/dem anwesenden Versuchsleiter/in zu besprechen.
Art der Studie
Bei dieser Studie wirst Du zweimal jeweils drei Nächte im Schlaflabor der Psychiatrischen
Universitätsklinik Freiburg verbringen. Die erste dieser drei Nächte dient dazu, dass Du Dich
an die Umgebung gewöhnst und den Ablauf einer Schlaflabornacht kennen lernst. In den
darauf folgenden zwei Nächten wirst Du einmal in beiden Nächten jeweils 9 – 10 Stunden
schlafen oder aber eine Nacht nur 4 Stunden und in der nächsten Nacht 9-10 Stunden.
Vor den Nächten werden Dir einige Fragen zu Deinem Schlafverhalten gestellt und Du sollst
mehrere Fragebögen ausfüllen.
Außerdem sollst Du vor und nach den Abschnitten aus jeweils zwei Nächten verschiedene
kognitive Aufgaben bearbeiten, in denen es in erster Linie um Deine Konzentrations-,
Aufmerksamkeits- und Gedächtnisleistung geht. Mit diesen Untersuchungen wollen wir
herausfinden, welchen Einfluss Dein Schlafverhalten auf Deine Leistungen in diesen
Testverfahren hat.
- 88 -
ANHANG
89
Während der Nacht werden Urin- und tagsüber Speichelproben gesammelt. Die Urinproben
dienen zum einen einem Drogenscreening, mit dem wir ausschließen wollen, dass Du
Drogen nimmst und zum anderen zusammen mit den Speichelproben der Bestimmung
verschiedener Stressparameter wie z.B. Cortisol. Diese Stressparameter können
möglicherweise einen Einfluss auf den Schlaf haben. Außerdem nehmen wir Dir dreimal Blut
ab, einmal zu Beginn der Untersuchung, um sicher zustellen, dass Du gesund bist und
zweimal während der Untersuchung. Auch hier sollen verschiedene Stressparameter im Blut
bestimmt werden. Die Abgabe der Urin- und Speichelproben ist vollkommen ungefährlich.
Bei der Blutentnahme kann es am Einstichort der Nadel zu Prellungen, Blutungen,
Schwellungen und/oder einer Infektion kommen. Das Einstechen der Nadel kann
schmerzhaft sein und Benommenheit und/oder Schwächegefühl auslösen. Mit Ausnahme
der Blutabnahme ist diese Studie mit keinen weiteren Nebenwirkungen oder Risiken für Ihre
Gesundheit verbunden.
Information und Kontaktmöglichkeiten
Wenn Du während der Studie irgendwelche Fragen haben, kannst Du Dich jederzeit an das
Personal auf Station oder aber die zuständige Betreuerin der Studie wenden:
Frau Dr. G. Valerius
Universitätsklinik für Psychiatrie und Psychosomatik, Abt. f. Psychiatrie und Psychotherapie
Hauptstr. 5
79104 Freiburg
Tel.: 0761-2706978
Schutz personenbezogener Daten
Die Gesetze des Datenschutzes werden für alle von Dir erhobenen, personenbezogenen
Daten beachtet. Deine Befunde werden zur Auswertung der wissenschaftlichen
Untersuchung auf gesonderten Formularen dokumentiert, auf denen nur die
Anfangsbuchstaben Deines Namens oder eine Nummer eingetragen wird. Jede Weitergabe
oder weitergehende Auswertung Deiner Daten erfolgt in dieser anonymisierten Form, d.h.
ohne Namen und Adresse. Zur Weitergabe Deiner Daten in anonymisierter Form musst Du
Dein Einverständnis geben.
Versicherung
Für diese wissenschaftliche Untersuchung besteht im Rahmen der BetriebsHaftpflichtversicherung des Klinikums Versicherungsschutz. Der Versicherungsschutz
besteht jedoch nur dann sicher, wenn Du nicht gegen die ärztlichen Anweisungen und die
Auflagen in der Probandenaufklärung verstoßen haben.
Ethische und gesetzliche Regelungen
Diese Studie wird unter Berücksichtigung der Vorschriften des Deutschen
Arzneimittelgesetzes, der Richtlinien der Deklaration von Helsinki (1996) zur
biomedizinischen Forschung am Menschen, der Bekanntmachungen von Grundsätzen für
die ordnungsgemäße Durchführung der klinischen Prüfung von Arzneimittel sowie der
Richtlinien der Europäischen Gemeinschaft und der „Internationale Conference of
Harmonization“ durchgeführt. Der Prüfplan wie die Patientenaufklärung und –
Einwilligungserklärung werden einem unabhängigen Ethikkomitee zur Stellungnahme
vorgelegt. Die Studie wird nur dann durchgeführt, wenn dieses keine Bedenken hiergegen
erhebt.
Aufwandsentschädigung
Als Entschädigung für Deinen zeitlichen Aufwand werden wir Dir eine entsprechende
Aufwandsentschädigung garantieren.
- 89 -
ANHANG
90
Universitäts-Klinikum Freiburg
Abt. für Psychiatrie u. Psychotherapie, Hauptstr. 5, D-79104 Freiburg
Dr. Gabriele Valerius
e-mail: [email protected]
Telefon: 0761/270-6978
Fax: 0761/270- 6619
Abteilung für Psychiatrie und
Psychotherapie
Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. med. M. Berger
Hauptstr. 5, 79104 Freiburg
Einverständniserklärung
Titel der Studie: Untersuchung zum Zusammenhang zwischen kognitiver
Leistungsfähigkeit und dem Schlafverhalten Jugendlicher
Ich bin über meine Aufgaben und die Bedeutung der neuropsychologischen Untersuchung
im Schlaflabor aufgeklärt worden.
Ich erkläre mich damit einverstanden, an dieser Untersuchung teilzunehmen. Meine
Teilnahme erfolgt freiwillig.
Name______________________________
Vorname: ________________________
Geburtsdatum: ______.______.____________
Ich bin damit einverstanden, dass meine Daten, die im Rahmen dieser Befragung erhoben wurden, in anonymisierter Form gesammelt werden.
Für meine persönlichen Unterlagen habe ich eine Kopie der Einwilligungserklärung gemeinsam mit der Patientenaufklärung erhalten. Mir ist bewusst, dass ich mein Einverständnis jederzeit ohne Angaben von Gründen zurücknehmen kann.
Ort und Datum
Ort und Datum
Ort und Datum
Name des Probanden
Name der/des Erziehungsberechtigten
Name der verantwortl. Studienleiterin
Unterschrift des Probanden
Unterschrift d. Erziehungsberechtigten
Unterschrift verantwortl. Studienleiterin
- 90 -
ANHANG
91
Universitäts-Klinikum Freiburg
Abt. für Psychiatrie u. Psychotherapie, Hauptstr. 5, D-79104 Freiburg
Dr. Gabriele Valerius
e-mail: [email protected]
Telefon: 0761/270-6978
Fax: 0761/270- 6619
Abteilung für Psychiatrie und
Psychotherapie
Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. med. M. Berger
Hauptstr. 5, 79104 Freiburg
Einverständniserklärung
Titel der Studie: Untersuchung zum Zusammenhang zwischen kognitiver
Leistungsfähigkeit und dem Schlafverhalten Jugendlicher
Aufklärungsbogen zum Aktometer
Um sicher zu stellen, dass Dein Schlafrhythmus relativ regelmäßig ist, bekommst Du ein
paar Tage vor Beginn des Versuchs von uns ein spezielles Armband („Aktometer“). Dieses
Gerät misst, wann Du schläfst und wann Du wach und aktiv bist.
Da das Aktometer leider nicht wasserdicht ist, bitten wir Dich dringend, es beim Duschen,
Händewaschen etc. immer abzulegen!
Bei Verlust oder Beschädigung des Geräts muss Deine Versicherung für den Schaden
aufkommen.
Name______________________________
Vorname: ________________________
Geburtsdatum: ______.______.____________
Ich bin darüber informiert worden, dass ich im Falle einer Beschädigung oder eines Verlustes
des Aktometers für den Schaden haftbar gemacht werden kann. Damit bin ich
einverstanden.
Ort und Datum
Ort und Datum
Ort und Datum
Name des Probanden
Name der/des Erziehungsberechtigten
Name der verantwortl. Studienleiterin
Unterschrift des Probanden
Unterschrift d. Erziehungsberechtigten
Unterschrift verantwortl. Studienleiterin
- 91 -
ANHANG
92
- 92 -
ANHANG
93
- 93 -