Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher entschlüsseln Doppelfunktion von Schlaf im Gehirn

31.01.2019

Forscher des Universitätsklinikums Freiburg zeigen, dass Schlaf relevante Verbindungen im menschlichen Gehirn stärkt und weniger relevante abschwächt / Studie bringt bislang widersprüchliche Ansätze der Schlafforschung in Einklang / Publikation am 30.1.2019 in SLEEP

Menschen und Tiere verbringen rund ein Drittel ihres Lebens im Schlaf – einem Zustand von weitgehender Bewusstlosigkeit und Inaktivität. Doch über die Funktionen von Schlaf gab es bislang widersprüchliche Forschungsansätze.


Gesamt-Hirnaktivität, nach einem kurzen Schlaf (links) und ohne. Die Hirnaktivität ist nach der Schlafphase deutlich herabreguliert – und das Gehirn dadurch wieder offen für neue Reize.

Maier et al / SLEEP


Durch gleichzeitige Stimulation eines Nervs am Arm und des für Daumenbewegungen zuständigen Hirnbereichs kommt es zu einem Lernprozess im Gehirn. Dieser Prozess wird durch kurzen Schlaf gestärkt.

Maier et al / SLEEP

Nun haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Universitätsklinikums Freiburg erstmals beim Menschen nachgewiesen, dass Schlaf eine Doppelfunktion hat:

Zum einen werden im Schlaf relevante neue Verbindungen zwischen Nervenzellen gefestigt. Zum anderen werden weniger relevante Verbindungen und die Gesamtaktivität des Gehirns gemindert.

Die Ergebnisse, die am 30. Januar 2019 im Fachmagazin SLEEP erschienen sind, könnten das grundlegende Verständnis von Schlaf sowie die Behandlung von vielen Erkrankungen, bei denen Schlaf gestört ist, verbessern.

Stärkt Schlaf Nervenzellverbindungen oder schwächt er die Gesamtstärke von Nervenzellverbindungen des Gehirns ab, die während der Wachphase ansteigt? Über diese Frage diskutieren Schlafforscher seit vielen Jahren.

„Unsere Arbeit verbindet erstmals zwei zuvor weitgehend unabhängige Forschungsansätze zu möglichen Funktionen von Schlaf: Sie zeigt, dass Verstärkung und Abschwächung der Hirnaktivität im Schlaf gleichzeitig möglich sind“, sagt Prof. Dr. Christoph Nissen, Forschungsgruppenleiter an der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitätsklinikums Freiburg.

Durch die Verstärkung relevanter Nervenzellverknüpfungen wird neu Erlerntes gefestigt. Gleichzeitig wird die über die Wachphase ansteigende Gesamtstärke von Nervenzellverbindungen des Gehirns gemindert. So wird die Gesamtaktivität konstant gehalten und nach dem Schlaf können wieder neue Inhalte aufgenommen werden.

„Dies könnte erklären, warum es sich evolutionär gesehen lohnt, weitgehende Bewusstlosigkeit und Inaktivität für Schlaf in Kauf zu nehmen“, sagt Prof. Nissen.

„Die Stärkung der Nervenzellverknüpfungen passte gut mit der schlaftypischen Gehirnaktivität in Form von langsamen Gehirnwellen und Schlafspindeln überein“, sagt Ko-Autor Prof. Dr. Dieter Riemann, Leiter der Abteilung für Klinische Psychologie und Psychophysiologie sowie des Schlaflabors an der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitätsklinikums Freiburg.

Nervenzellverknüpfungen nicht-invasiv im menschlichen Gehirn messen

Um bei insgesamt 30 gesunden Probanden die Verknüpfungsstärke von Nervenzellen im menschlichen Gehirn nicht-invasiv zu messen, verwendeten die Freiburger Forscher einen bereits gut etablierten Versuchsaufbau, den „Paired Associative Stimulation“-Test in Kombination mit Untersuchungen der Hirnströme im Wachzustand und Schlafuntersuchungen im Schlaflabor.

Zunächst reizten sie mit Hilfe einer Magnetspule über dem Kopf der Probanden, der sogenannten transkraniellen Magnetstimulation (TMS), einen Bereich im Gehirn, der einen Daumenmuskel steuert, und maßen dessen Kontraktionsstärke. Im zweiten Schritt reizten die Forscher zusätzlich einen Nerv am Arm, der Nervenimpulse ins Gehirn sendet.

Die wiederholte Kombination dieser Reizung führt nachfolgend zu einer stärkeren Kontraktion des Daumenmuskels, was auf eine gesteigerte Verknüpfungsstärke zwischen Nervenzellen in dem stimulierten Hirnareal schließen lässt.

Die Verknüpfungsstärke zwischen Nervenzellen ist entscheidend an der Informationsverarbeitung im Gehirn beteiligt. Ihre Anpassung in Form von Stärkung oder Schwächung (synaptische Plastizität) gilt als molekulare Entsprechung für Lernen und Gedächtnisbildung.

Bei zwei Versuchsterminen durften die Probanden nach der Ko-Stimulation einmal einen Mittagsschlaf von bis zu 45 Minuten machen, einmal blieben sie wach. Nach der Pause wurde bei allen Probanden die Hirnstimulation wiederholt. Wenn Probanden geschlafen hatten, war die Kontraktion des Daumens deutlich stärker als wenn sie wach geblieben waren.

Mit Hilfe eines Elektroenzephalogramms (EEG) maßen die Forscher zusätzlich die Gesamtaktivität des Gehirns. Diese war nach der Wachphase erhöht und nach der Kurzschlafphase stabilisiert. „In unserer Studie konnten wir auch zwei Stunden nach dem Schlaf noch deutlich verstärkte Effekt auf neuronaler Ebene messen“, sagt Prof. Riemann.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Kontakt:
Prof. Dr. Christoph Nissen
Forschungsgruppenleiter
Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie
Universitätsklinikum Freiburg
Telefon: +41 31 930 9545
Christoph.Nissen@upd.ch

Originalpublikation:

Original-Titel der Studie: Sleep orchestrates indices of local plasticity and global network stability in the human cortex

DOI: 10.1093./sleep/zsy263

Link zur Studie: https://academic.oup.com/sleep/advance-article/doi/10.1093/sleep/zsy263/5257994

Benjamin Waschow | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uniklinik-freiburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein einzelnes Gen bestimmt das Geschlecht von Pappeln
02.06.2020 | Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

nachricht Mögliche physische Spur des Kurzzeitgedächtnisses gefunden
02.06.2020 | Institute of Science and Technology Austria

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Messung verschärft altes Problem

Seit Jahrzehnten rätseln Astrophysiker über zwei markante Röntgen-Emissionslinien von hochgeladenem Eisen: ihr gemessenes Helligkeitsverhältnis stimmt nicht mit dem berechneten überein. Das beeinträchtigt die Bestimmung der Temperatur und Dichte von Plasmen. Neue sorgfältige, hoch-präzise Messungen und Berechnungen mit modernsten Methoden schließen nun alle bisher vorgeschlagenen Erklärungen für diese Diskrepanz aus und verschärfen damit das Problem.

Heiße astrophysikalische Plasmen erfüllen den intergalaktischen Raum und leuchten hell in Sternatmosphären, aktiven Galaxienkernen und Supernova-Überresten....

Im Focus: New measurement exacerbates old problem

Two prominent X-ray emission lines of highly charged iron have puzzled astrophysicists for decades: their measured and calculated brightness ratios always disagree. This hinders good determinations of plasma temperatures and densities. New, careful high-precision measurements, together with top-level calculations now exclude all hitherto proposed explanations for this discrepancy, and thus deepen the problem.

Hot astrophysical plasmas fill the intergalactic space, and brightly shine in stellar coronae, active galactic nuclei, and supernova remnants. They contain...

Im Focus: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Produkte auch in der Massenfertigung

02.06.2020 | Verfahrenstechnologie

Gleichstromnetze für Fabrikhallen

02.06.2020 | Energie und Elektrotechnik

Hochsensitive und schnelle Messverfahren für optische Komponenten: Mit Streulicht zur perfekten Optik

02.06.2020 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics