Warum wir schlafen

Nicht alle Funktionen des menschlichen Schlafes sind bereits vollständig geklärt. Forscher wissen heute jedoch mit absoluter Sicherheit, dass ausreichend guter Schlaf für jeden Menschen überlebenswichtig ist.

Es wird davon ausgegangen, dass unser Schlaf essenzielle Funktionen bei der Entwicklung des Gehirns und der Regeneration von Nervenzellen hat. Zudem ist er ein wichtiger Teil im Prozess zur Speicherung und Verarbeitung von Informationen. Weiterhin wird vermutet, dass er am Ausschwemmen 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 gelöst und bereinigt. Deshalb wachen wir auf und fühlen uns erfrischt und 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: Leichtschlaf, Tiefschlaf und REM-Schlaf. Hierbei handelt es sich um Schlafphasen, die der Körper während des Schlafes durchläuft. In allen drei Fällen spielen sich wichtige physiologische Prozesse ab – es gibt keine unwichtige Schlafphase.

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

Unser Schlaf 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, sofern das Gehirn seinem Bedarf an Tiefschlaf gedeckt hat.

Kinder fallen leicht in den Tiefschlaf. Der Ausdruck „Schlafen wie ein Baby“ bezieht sich auf diese spezifische Zeit, die reich an Tiefschlaf ist. Dieser ist besonders wichtig für Wachstum und Regeneration des Körpers. 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 beschreiben wir am Morgen den Schlaf der vergangenen Nacht als gut, wenn er viel Tiefschlaf beinhaltet hat.

Schlaf als Emergenz

Ausgehend von dieser Systemtheorie können wir Schlaf als eine Herausbildung 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 kleinerer Elemente ergeben. Viele Eigenschaften in der organischen und evolutionären Biologie sind emergent. Mit diesem 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 die Zustandsänderung des Neuronen-Netzwerks.

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. Befinden sich die meisten Säulen im Wachzustand, ist das Tier ebenfalls „wach“ – sprich bei Bewusstsein.

Dies ist ein Beweis für lokalisiertes Schlafen im Gehirn und kann die Ursache für Sekundenschlaf, geistige Abwesenheit und Halluzinationen sein. Das körperliche Phänomen „Schlaf“ entsteht, wenn sich die kritische Anzahl an 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.