Anatomie des Schlafes

Die moderne Schlafforschung begann mit einem Knall. Ernst Kohlschütter hatte sich 1862 für seine Doktorarbeit zur Aufgabe gemacht, das Schlafverhalten der Menschen zu untersuchen. Alles was er dafür brauchte, waren Zettel, Stift und mächtig Krach. Kaum waren seine Probanden eingeschlafen, wurden sie auch schon wieder unsanft aus ihren Träumen gerissen. Kohlschütter hatte neben ihrem Bett eine Schieferplatte installiert, auf die er mit einem Schallpendel donnerte.
Der Mediziner variierte die Lautstärke und den Zeitpunkt des selbstgebauten Wecksignals. Penibel notierte er, wie lange es nach dem Knall dauerte, bis seine Probanden sich regten. Je mehr Zeit verging, so schloss er, desto tiefer war zuvor der Schlaf gewesen. So fand er heraus, dass im Laufe der Nacht die Schlaftiefe sich änderte. Nach einigen Durchgängen zeigte sich eine Kurve. Eine Stunde nach dem Einschlafen war der Schlaf seinen Beobachtungen zufolge am tiefsten. Vor dem Aufwachen flachte er dagegen langsam ab.

Mit seinen einfachen und wenig sensiblen Mitteln hatte Kohlschütter erstmals gezeigt, was noch heute gilt: Der Schlaf folgt einem bestimmten Rhythmus aus verschiedenen Phasen. Doch damals hatten die Wissenschaftler noch keinen Schimmer, was dann hinter der Schädeldecke passiert. Das änderte sich, als der Neurologe Hans Berger 1924 das Elektroenzephalogramm entwickelte, das EEG (siehe Infokasten). Damit können Forscher bei Probanden auf der Schädeldecke Spannungsunterschiede messen – und so Rückschlüsse auf die Aktivitäten des Gehirns, vor allem des Cortex, ziehen. Erstmals war es so auch möglich, dem Gehirn beim Schlafen zuzuschauen, ohne es zu stören.

Schnell stellten die Wissenschaftler fest, dass die Kurve der Schlafintensitäten von Kohlschütter sich auch in den EEG-​Mustern wiederfand. Im Laufe einer Nacht lassen sich verschiedene Schlafstadien erkennen, die sich in einer fest gelegten Abfolge wiederholen. Wenn sich die Augen schließen, erscheinen bei einer EEG-​Messung auf dem Bildschirm Wellen einer bestimmen Frequenz, so genannte Betawellen, die nach und nach in die langsameren Alphaschwingungen übergehen. Der Mensch ist im Stadium der Entspannung, aber noch hat das Bewusstsein die Kontrolle. Das ändert sich langsam, wenn die Einschlafphase beginnt. Das Bewusstsein wird zunehmend in Watte gehüllt und traumartige Eindrücke können auftauchen. Manche Menschen zucken jetzt mit Armen und Beinen. Nach etwa 15 Minuten beginnt der eigentliche Schlaf, der zunehmend tiefer wird. Das ist auch im EEG sichtbar, die Muster werden immer langsamer, auf Alpha-​Frequenzen folgen die kleineren Theta-​Frequenzen, bis schließlich in der ersten Tiefschlafphase vor allem Deltawellen sichtbar sind. Das Gehirn schottet sich jetzt besonders wirkungsvoll von der Außenwelt ab. Schlafende sind jetzt nur schwer zu wecken. Bei Wissenschaftlern ist für den Tiefschlaf auch die Abkürzung SWS gebräuchlich. Sie steht für „slow wave sleep“, also Schlaf mit langsamen EEG-​Wellen.

Nach etwa 90 Minuten ist es vorbei mit der Ruhe. Das EEG zeigt nun eine Mischung aus Alpha-​, Beta-​, Theta– und Delta-​Wellen. Was ist das? Schlafen oder Wachen? Diese Zeit wird REM-​Schlaf genannt und hat von beidem etwas. Das Gehirn verbraucht jetzt ungefähr so viel Energie wie im Wachzustand. Die Augäpfel rollen hektisch unter den geschlossenen Liedern hin und her, als versuchten sie, etwas zu erspähen. Daher stammt auch der Ausdruck „rapid Eye movements“. Gleichzeitig wird mit Ausnahme der Atemmuskeln der Rest der willkürlichen Muskulatur komplett gelähmt. Weckt man Menschen in dieser Phase, dann berichten sie von besonders intensiven Träumen. Phantastische Geschichten von fliegenden Menschen und unglaublichen Wesen entstehen, ohne dass wir uns wundern. Denn während im Hirn die emotionalen Strukturen wie die Amygdala und die visuellen Zentren auf Hochtouren laufen, sind die logisch-​analytischen Zentren des Gehirns runtergefahren. Zudem nehmen viele Forscher an, dass der Hippocampus die Ruhe nutzt, um die Informationen des Tages in das Langzeitgedächtnis zu übertragen. Lernen im Schlaf

Nun wechseln sich REM-​Phasen mit Phasen tieferen Schlafs ab. Pro Nacht gibt es etwa vier bis sechs solcher Zyklen. Im ersten Zyklus dauert die REM-​Phase nur ein paar Minuten an. Mit zunehmender Schlafdauer nimmt der Anteil je Schlafzyklus deutlich zu. In den Morgenstunden erreicht er bis zu 50 Minuten und mehr. Beim Übergang zur REM-​Phase kann es zudem leicht passieren, dass man kurz aufwacht. Meist sind die kurzen Unterbrechungen bis zum Morgen jedoch schon wieder vergessen. Auch die Nicht-​REM-​Phasen verändern sich im Laufe der Nacht. Der Tiefschlaf zeigt sich vor allem in den ersten beiden Schlafzyklen; später überwiegen Phasen, die nicht ganz so tief sind.

Die meisten Erwachsenen schlummern zwischen sieben und neun Stunden in der Nacht. Nach etwa 15 bis 17 Stunden der Wachheit am Tage geht es von vorne los und man wird wieder müde. Doch wieso lebt der Mensch eigentlich diesen 24-​Stunden-​Rhythmus? Der Körper wird durch eine innere Uhr gesteuert. Je länger man wach ist, desto schläfriger wird man. Zudem beeinflusst das Licht die Müdigkeit. Wird es gen Abend dunkler, registriert das vor allem ein winziger Nervenknoten dicht über der Kreuzung der beiden Sehnerven: Der suprachiasmatische Nucleus. Durch seine Anweisungen schüttet die Zirbeldrüse nun vermehrt von ihrem Schlaftrunk aus: das Hormon Melatonin. Der Körper kühlt um ein halbes Grad ab und die Müdigkeit sickert durch jede Ritze.

Gleichzeitig reagiert der Hypothalamus und produziert weniger von dem Hormon Orexin. Normalerweise führt der Stoff zu einer gesteigerten Aufmerksamkeit. Bleibt er aus, wird man ruhiger. Auch andere Signale des Wachzustandes werden nun heruntergefahren. Die wichtigsten stammen von der Formatio reticularis, ein Netz aus Nervenzellen, das oberhalb vom Rückenmark im Hirnstamm sitzt.

Morgens gegen drei Uhr hat der Melatonin-​Wert seinen Höhepunkt erreicht und nimmt langsam wieder ab. Nun sorgt eine weitere Zutat dafür, dass die Zeit des Schlafs langsam und sanft beendet wird: Der Körper schüttet das Wachmacherhormon Cortisol aus. Mittlerweile haben Schlafforscher, so genannte Somnologen, dutzende weitere Botenstoffe und Signale identifiziert, die am Übergang von Schlaf– und Wachzustand werkeln. Serotonin, Noradrenalin, Adenosin und auch die Sexualhormone spielen eine Rolle. Zudem nehmen Stoffe des Immunsystems Einfluss auf unsere Wachheit: Haben wir etwa eine Entzündung, dann wird Interleukin-​1 ausgeschüttet. Das steuert nicht nur den Heilungsprozess, es wirkt auch einschläfernd. Daher schläft man auch so viel, wenn man krank ist und fiebert.

Wie viel ein Mensch schlafen muss, hängt von seinem Erbgut ab. Neuere Forschungen haben manche dafür verantwortliche Gene identifiziert. Das Erbgutschnipsel mit dem Namen DEC2 etwa sorgt dafür, dass einige Menschen mit nur wenigen Stunden Schlaf auskommen. Nur ganz verzichten können wir auf ihn nicht. Dann drohen schwere körperliche und geistige Störungen und irgendwann auch der Tod.

zum Weiterlesen:

• Deutsche Gesellschaft für Schlafforschung; URL: http://​www​.charite​.de/​d​g​s​m​/​dgsm/ [Stand: 13.12.2012]; zur Webseite.
• Rainer K., Hans-​Christian P., Armin K., Stefan S., Physiologie, Thieme, 2009.
• Robert S., Matthew W, The Neuroscience of sleep, Elsevier, 2009.