Zwei-Prozess-Modell der Schlafregulierung

Das dominierende Leitmodell für Schlafregulierung ist heute das Zwei-Prozess-Modell. Physiologen, die dieses Modell verwenden, nennen den homöostatischen Prozess oft „Faktor S“ und den zirkadianen „Faktor C“. Der Schlaf hat eine quantitative Dimension – wie lange er dauert – und eine qualitative Dimension – wie intensiv der NREM-Schlaf ist (Physiologen können die Intensität des NREM-Schlafes messen – REM-Schlaf hingegen scheint keine messbare Dimension zu haben).

Schlafintensität (homöostatischer Prozess – Faktor S)
Schlafdauer (zirkadianer Prozess – Faktor C)

Die beiden Prozesse arbeiten manchmal zusammen und manchmal gegeneinander. Auch spielt der Mensch selbst einen großen Faktor und kann durch sein Verhalten die Prozesse außer Kraft setzen. Daher bleiben wir oft wach, wenn wir eigentlich schlafen sollten.

Homöostatische Prozess

Homöostase beschreibt ein dynamisches Gleichgewicht. Die Körpertemperatur wird in einem homöostatischen Prozess geregelt – Abweichungen werden sofort gegen korrigiert. Ebenso der pH-Wert und der Salzgehalt von Körperflüssigkeiten.

Abstrahiert kann man sich die Schlaf-Homöostase so vorstellen: Es gibt einen quantitativen Bedarf an Schlaf, der sich im Wachzustand aufbaut und im Schlaf abnimmt. Dieser homöostatische Druck schlafen zu müssen hängt nicht nur davon ab, wie lange man wach ist, sondern auch von der Aktivität im Wachzustand. Was dieses Bedürfnis nach Schlaf im biochemischen Sinne ausmacht, ist noch immer Gegenstand der Forschung. Die Entdeckung von Orexinen und die Entschlüsselung einiger der Neurotransmitter in den letzten Jahrzehnten haben dazu beigetragen, einen Teil des Gesamtbildes zu entschlüsseln. Aber selbst die besten Neurowissenschaftler geben zu, dass es noch viele ungeklärte Fragen gibt.

Zirkadiane Prozess

Der zirkadiane Prozess hilft, den homöostatischen Prozess in Einklang zu halten. Er hilft uns, die Nacht durchzuschlafen und tagsüber wach zubleiben. Ohne den zirkadianen Prozess würden wir dem homöostatischen Druck öfter nachgeben und tagsüber in kürzeren Phasen schlafen. Dies würde einem polyphasischen Schlafmuster ähneln.

Auswirkungen auf den Schlaf

Wenn du Schlafmangel aufholst, wird die Zeit, die du zusätzlich im Schlaf verbringst, als Erholungsschlaf bezeichnet. Dies ist eine Folge des homöostatischen Prozesses. Tatsächlich zeigen EEG-Messungen während der Schlafphase nach einem Schlafentzug einen Rückgang der Delta-Wellengröße im Laufe der Zeit während des NREM-Schlafes. Dies deutet darauf hin, dass die Größe der Deltawellen mit der Müdigkeit des Gehirns im homöostatischen Prozess zusammenhängt.

Prozessübergreifende Verflechtungen

Gene, die den zirkadianen Rhythmus kontrollieren (sogenannte „Uhrengene“), spielen ebenfalls eine Rolle im homöostatischen Prozess. Je länger ein Mensch wach ist und je mehr er unter Belastung steht, desto aktiver werden seine Uhrengene. Diese erhöhte Aktivität kann dazu führen, dass der Erholungsschlaf nach einem Schlafmangel negativ beeinflusst wird. Ebenso kann Schlafentzug den zirkadianen Zyklus in die andere Richtung beeinflussen.

Vorhersage der Leistung

Mit dem Zwei-Prozess-Modell werden Vorhersagen über kognitive Leistung für Personen unter Schlafentzug möglich. Es lassen sich genaue Berechnungen durchführen, wie sehr das steigende Schlafbedürfnis die Leistung beeinflusst.

Nach dem Aufwachen ist man vielleicht nicht auf dem Höhepunkt der kognitiven Fähigkeiten aufgrund von der Schlafträgheit, aber fast jeder schüttelt diese Trägheit schnell ab und ist in ein paar Stunden auf der maximalen mentalen Leistungsfähigkeit. Je länger wir wach bleiben, desto mehr baut sich die homöostatische Schlafneigung auf. Viele Menschen erfahren am Nachmittag einen Rückgang der kognitiven Fähigkeiten, bevor sie sich am späten Nachmittag wieder erholen.

(Bilder beschreiben und übersetzen)

Grenzen der Betrachtung

Das Zwei-Prozess-Modell ist letztendlich nur ein Modell. Es geht davon aus, dass Prozess S und Prozess C unabhängig sind, aber in Wirklichkeit sind sie es nicht. Es gibt ein Wechselspiel zwischen der Homöostase und dem zirkadianen Zyklus, der noch nicht genau erforscht ist. Es reicht jedoch aus, um einen Großteil des Schlaf- und Wachverhaltens zu beschreiben, auch wenn es eine sehr simple Ansicht ist.