Einschlafen erklärt: Das Flip-Flop-Modell

Wenn du jemals Schwierigkeiten hattest einzuschlafen, hast du wahrscheinlich darüber nachgedacht, wie das Gehirn in den Schlaf fällt. Die moderne Wissenschaft hat einige Antworten darauf, wie das Gehirn in den Schlaf übergeht. Und obwohl dieses Wissen dir vielleicht nicht hilft nachts schneller einzuschlafen, kann es dir helfen, die Prozesse die unsere zirkadianen Rhythmen steuern, besser zu verstehen. Weiterhin kann dieses Wissen Schlafstörungen wie etwa Narkolepsie verständlicher machen.

Ein Modell das zur Erklärung des Schlafmodus verwendet wird, ist das Flip-Flop-Schaltmodell. Das Gehirn ist im Wesentlichen ein elektrisches System aus Schaltkreisen, die zwischen Wachen und Schlafen wechseln. Dabei werden Neuronen effektiv ein- und ausgeschaltet, um Schlaf oder Aktivität zu hemmen. Sie halten dich in Wachphasen bei Bewusstsein und helfen dir Nachts im Schlaf zu bleiben. Den meisten Menschen hilft dieser Schalter in wichtigen Situationen Wach zu bleiben, bei denen Schlafen nicht förder licht ist, beispielsweise beim Autofahren oder beim bedienen von Maschienen. Bei Menschen mit Narkolepsie oder chronischer Erschöpfung funktioniert dieser Schalter jedoch nicht richtig. Dadurch gehen sie spontan in den Schlaf über, auch wenn sie lieber wach bleiben wollen. Wissenschaftler nennen diesen Übergang zwischen Schlaf und Bewusstsein „Sleep State Switching“.

Der Flip-Flop-Schalter

In diesem Abschnitt gehen wir näher darauf ein, wie der „Kippschalter“ des Gehirns zwischen den Schlafzuständen wechselt.

Schlaf und Wachheit sind unterschiedliche Zustände – man kann nicht gleichzeitig schlafen und wach sein, weil ein Zustand den anderen effektiv hemmt. Deshalb verwenden Wissenschaftler den Begriff „Flip-Flop-Schalter“, ein Ausdruck, der eine elektrische Rückkopplungsschleife mit gegenläufigen Stromkreisen beschreibt. Flip-Flop-Schaltungen vermeiden Übergangszustände, d.h. sie sind entweder ein- oder ausgeschaltet.

Obwohl es manchmal so aussieht, als würde das Einschlafen ewig dauern, bewegen wir uns tatsächlich innerhalb weniger Sekunden zwischen Wachen und Schlafen, und innerhalb der verschiedenen Phasen des Schlafes.

Die an diesem Schalter beteiligten Neuronen befinden sich tief im Gehirn. Orexin ist ein Neurotransmitter, der im Hypothalamus produziert wird und die Erregung und Wachsamkeit reguliert. Neurotransmitter sind die Botenstoffe des Gehirns, die ihm sagen, dass es wach bleiben soll.

Das Gehirn bleibt solange wach, bis ein Schalter umgelegt wird, der den Nucleus praeopticus lateralis (ein kleines Kerngebiet des Hypothalamus) stimuliert mit der Sekretion der Neurotransmitter GABA und Galanin zu beginnen. Diese Botenstoffe beruhigen das Gehirn und induzieren Müdigkeit, indem sie Orexin-Neurotransmitter hemmen.

Umschalten in andere Schlafphasen

Das Umschalten des Schlafzustandes hilft zu erklären, wie wir uns zwischen verschiedenen Phasen des Schlafes bewegen. Neuere Forschungen deuten darauf hin, dass der zuständige Schalter sich in einem Bereich in der Nähe der Hirnbasis befindet, der als Mesopontine-Tegmentum bezeichnet wird. Dort regulieren Neuronen den Wechsel zwischen REM und NREM. In diesem Modell beinhalten beide virtuellen Schalter Neuronen, die den Neurotransmitter GABA produzieren. Der Schalter, der REM aktiviert, enthält auch glutamaterge Neuronen.

Fazit

Das Flip-Flop-Modell hilft zwar nicht beim Einschlafen, bietet aber Einblicke, wie das Gehirn Schlafen und Wachen reguliert. Gewohnheiten die ein gesundes Gehirn fördern, wie regelmäßige Bewegung, eine gesunde Ernährung und viel Schlaf, können dabei helfen, diesen Schalter und deine eigene zirkadiane Uhr in einem gutem Zustand zu halten.