Warum wir schlafen

Nicht jede einzelne Funktion des menschlichen Schlafs ist bereits vollständig erforscht. Forscher wissen jedoch, dass jeder Mensch ausreichend Schlaf benötigt.

Es wird davon ausgegangen, dass unser Schlaf essenzielle Funktionen bei der Entwicklung des Gehirns und Regeneration von Nervenzellen hat. Zudem ist er Teil der Speicherung und Verarbeitung von Informationen. Weiterhin wird vermutet, dass er an der Ausschwemmung von Giftstoffen aus dem Gehirn beteiligt ist, sodass ein Zusammenhang mit Verhinderung bestimmter Erkrankungen bestehen könnte.

Forscher haben einige Hypothesen darüber aufgestellt, warum Menschen Schlaf benötigen:

  • Das Gehirn hat die Chance, wichtige neuronale Verbindungen zu trainieren, die sich sonst aufgrund mangelnder Aktivität verschlechtern könnten.
  • Der Schlaf gibt dem Gehirn die Möglichkeit, Daten zu reorganisieren, um eine Problemlösung zu finden, neu gelernte Informationen zu verarbeiten und Erinnerungen zu organisieren und zu archivieren.
  • Synapsen werden beschnitten und bereinigt. Deshalb wachen wir auf und fühlen uns erfrischt und vielleicht optimistischer.
  • Das Herz-Kreislauf-System macht im Schlaf eine Pause. Forscher haben herausgefunden, dass Menschen mit normalem oder hohem Blutdruck eine 20 bis 30%-ige Senkung des Blutdrucks und eine 10 bis 20%-ige Senkung der Herzfrequenz erfahren.
  • Im Tiefschlaf werden erhöht Wachstumshormone freigesetzt. So hat der Körper die Möglichkeit Chemikalien zu ersetzen und Muskeln und Gewebe, sowie alternde oder tote Zellen zu reparieren oder zu ersetzen.

Verschiedene Arten von Schlaf

Es gibt drei Arten von Schlaf: Leichter Schlaf, Tiefschlaf und REM-Schlaf. In allen drei Fällen treten wichtige physiologische Funktionen auf – es gibt keinen unwichtigen Schlaf in einer gesunden Nachtruhe. Bei diesen Arten handelt es sich um Schlafphasen, die der Körper während eines ausgiebigen Schlafes durchläuft.

Ein Modell zur Veranschaulichung beschreibt zwei Schlafsysteme im Körper. Je nachdem, in welchem Zustand sich das jewilige System befindet, ändert sich unser Zustand:

SYSTEM 1 SCHLAF
SYSTEM 1 AUFWACHEN
System 2 Schlafen Tiefschlaf Leichtschlaf
System 2 Aufwachen REM-Schlaf Wachzustand

Unser Schlafen besteht also aus Zyklen oder Phasen. Wir durchlaufen diese Etappen nacheinander. Jeder Zyklus dauert etwa 90 Minuten. Der Tiefschlaf der Stufe 3 kann in den späteren Zyklen verschwinden – wenn sich das Gehirn seinem Bedarf an Tiefschlaf gedeckt hat.

Kinder fallen leicht in den Tiefschlaf. Der Ausdruck „Schlafen wie ein Baby“ bezieht sich diese spezifische Zeit, die reich an Tiefschlaf ist. Dieser ist besonders wichtig für Wachstum und Regeneration des Körper. Selbst Erwachsene erleben einen Anstieg des Wachstumshormons während ihrer ersten Tiefschlafphase in der Nacht.

Eine häufige Verschiebung in der Schlafarchitektur im Alter entsteht durch den Verlust von Tiefschlaf und dessen Ersatz durch leichten Schlaf. Intuitiv wollen wir mehr Tiefschlaf und beschreiben am Morgen den Schlaf der vergangenen Nacht als gut, wenn er viel Tiefschlaf beinhaltet hat.

Schlafen als Emergenz

Ausgehend von der Systemtheorie können wir Schlaf als eine Emergenz der Populationen lokaler neuronaler Netze sehen, die ständig ihren Zustand ändern.

Emergenz ist ein Wort, das verwendet wird, um komplexe Systeme zu beschreiben, die sich aus einfacheren Wechselwirkungen kleiner Elemente ergeben. Viele Eigenschaften in der organischen und evolutionären Biologie sind emergent. Mit diesen Konzept werden komplexe Phänomene erklärt, darunter das Schwarmverhalten von Insekten oder die Bewegung der Aktienkurse.

Wenn sich genügend Teile des Gehirns in diesem schlafähnlichen Zustand befinden, kann man sagen, dass die Person schläft, obwohl andere Regionen des Gehirns „wach“ bleiben. Das Einschlafen beschreibt eine Zustandsänderung für das Neuronen-Netzwerk.

Forscher haben bestimmte Bereiche im Gehirn identifiziert, die als „kortikale Säulen“ oder „neuronale Baugruppen“ bezeichnet werden. Man vermutet, dass diese Bandgruppen die elementaren Verschaltungseinheiten des Gehirns sind. Sie wechseln periodisch zwischen wach und schlaf Zuständen, ähnlich wie Input-Output-Beziehungen.

Mit Tierversuchen konnte man feststellen, dass das Gehirn schläft, wenn die meisten
kortikalen Säulen im Schlaf-Modus sind. Sind die meisten im Wachzustand, ist das Tier ebenfalls wach.

Dies ist ein Beweis für lokalisiertes Schlafen im Gehirn und kann die Ursache für Sekundenschlaf, geistige Abwesenheit und nebliges Denken sein. Der Schlaf als Verhalten des Gehirns als Ganzes ist also emergent. Das Phänomen „Schlaf“ entsteht, wenn sich genug der kortikalen Säulen im Schlafzustand befinden.

Die Säulen kommunizieren miteinander und synchronisieren sich durch elektrische und chemische Signale. (Zu den chemischen Signalen gehören Neurotransmitter und Neuromodulatoren wie Adenosin, Glutamat und GABA.) Sie neigen dazu, als Gruppen zwischen Wach- und Schlafzustand zu wechseln.

Doch nicht alle dieser Säulen arbeiten im Einklang. Es gibt viele Hinweise darauf, dass sich verschiedene Teile des Gehirns zu jeder Zeit der Nacht in unterschiedlichen Tiefen des Schlafes befinden. Dieses emergente Eigenschaftsmodell des Schlafes scheint Beobachtungen über das Schlafverhalten zu bestätigen.