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 Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Parasiten: Co-Infektion mit H. pylori und Pärchenegeln verändert Immunantwort
18.09.2019 | Technische Universität München

nachricht Happy hour für die zeitaufgelöste Kristallographie
17.09.2019 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

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: Happy hour für die zeitaufgelöste Kristallographie

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), der Universität Hamburg und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) hat eine neue Methode entwickelt, um Biomoleküle bei der Arbeit zu beobachten. Sie macht es bedeutend einfacher, enzymatische Reaktionen auszulösen, da hierzu ein Cocktail aus kleinen Flüssigkeitsmengen und Proteinkristallen angewandt wird. Ab dem Zeitpunkt des Mischens werden die Proteinstrukturen in definierten Abständen bestimmt. Mit der dadurch entstehenden Zeitraffersequenz können nun die Bewegungen der biologischen Moleküle abgebildet werden.

Die Funktionen von Biomolekülen werden nicht nur durch ihre molekularen Strukturen, sondern auch durch deren Veränderungen bestimmt. Mittels der...

Im Focus: Happy hour for time-resolved crystallography

Researchers from the Department of Atomically Resolved Dynamics of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) at the Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg, the University of Hamburg and the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) outstation in the city have developed a new method to watch biomolecules at work. This method dramatically simplifies starting enzymatic reactions by mixing a cocktail of small amounts of liquids with protein crystals. Determination of the protein structures at different times after mixing can be assembled into a time-lapse sequence that shows the molecular foundations of biology.

The functions of biomolecules are determined by their motions and structural changes. Yet it is a formidable challenge to understand these dynamic motions.

Im Focus: Modulare OLED-Leuchtstreifen

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, ein Anbieter von Forschung und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik, stellt auf dem International Symposium on Automotive Lighting 2019 (ISAL), vom 23. bis 25. September 2019, in Darmstadt, am Stand Nr. 37 erstmals OLED-Leuchtstreifen beliebiger Länge mit Zusatzfunktionalitäten vor.

Leuchtstreifen für das Innenraumdesign kennt inzwischen nahezu jeder. LED-Streifen sind als Meterware im Baumarkt um die Ecke erhältlich und ebenso oft als...

Im Focus: Modular OLED light strips

At the International Symposium on Automotive Lighting 2019 (ISAL) in Darmstadt from September 23 to 25, 2019, the Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP, a provider of research and development services in the field of organic electronics, will present OLED light strips of any length with additional functionalities for the first time at booth no. 37.

Almost everyone is familiar with light strips for interior design. LED strips are available by the metre in DIY stores around the corner and are just as often...

Im Focus: Womit werden wir morgen kühlen?

Wissenschaftler bewerten das Potenzial von Werkstoffen für die magnetische Kühlung

Für das Jahr 2060 erwarten Zukunftsforscher einen Paradigmenwechsel beim globalen Energiekonsum: Erstmals wird die Menschheit mehr Energie zum Kühlen aufwenden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - November 2019

18.09.2019 | Veranstaltungen

Sichere Schnittstellen: API-Security

18.09.2019 | Veranstaltungen

Events und Messen im digitalen Zeitalter

17.09.2019 | Veranstaltungen

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

Turbine aus dem 3D-Drucker

18.09.2019 | Materialwissenschaften

Hitzeschilde für sparsame Flugzeuge

18.09.2019 | Materialwissenschaften

HALO-Mission auf der Südhalbkugel untersucht Ozonloch und klimarelevante Prozesse

18.09.2019 | Geowissenschaften

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