Der Schlaf - Grundlagen

Überblick Hypertext "Der Schlaf"

• Der Schlaf - Grundlagen
• Die REM-Phasen
• Wieviel Schlaf braucht der Mensch?
• Wie kann man gut schlafen?
• Schlafstörungen
• Schlafentzug
• Schlaf, Gedächtnis und Lernen
• Im Schlaf lernen
• Schlafverhalten und Schulleistung
• Schlaf und Traum
• Schlafforschung
• Test zum Nachtschlaf
• Test zur Tagesschläfrigkeit
• Schlafphasenwecker
• Kurioses zum Thema Schlaf
  • Polyphasischer Schlaf

Obwohl der Mensch etwa ein Drittel seines Lebens im Schlaf verbringt, ist der Schlaf vergleichsweise wenig untersucht worden. Trotz intensiver Schlafforschung, beginnend etwa mit der Beschreibung des REM-Schlafs 1953, wurden bisher so wichtige Fragen, wie die nach der Funktion des Schlafes, nur in Ansätzen beantwortet.

Quelle:
Borbély, Alexander (1984).
Das Geheimnis des Schlafs. Neue Wege und Erkenntnisse der Forschung.
WWW: http://www.unizh.ch/phar/sleep/buch/TITEL.htm (05-12-03)

Dieses empfehlenswerte Buch ist seit einiger Zeit vergriffen, sodass es der Autor im Internet verfügbar gemacht. Obwohl damit nicht mehr der allerneueste Stand der Forschung wiedergegeben wird, handelt es sich nach wie vor um eine sehr umfassende Einführung in das Geheimnis des Schlafs auf allgemeinverständlichem Niveau.

Das Wort "Schlaf" ist altgermanischen Ursprungs und eine Nominalbildung zu "schlafen" (gotisch "sleps" und alt- und mittelhochdeutsch "slaf"). Auch das niederländische "slaap" und englische "sleep" gehen auf diesen Ursprung zurück. "Schlafen" bedeutet ursprünglich "schlapp werden" und ist mit dem Eigenschaftswort "schlaff" verwandt.  
Vom Hauptwort "Schlaf" leiten sich verschiedene Begriffe ab, die mit ihm nur mehr in indirektem Bedeutungszusammenhang stehen. So wird beispielsweise "entschlafen" als ein Hüllwort für "sterben" verwendet. Etwas "beschlafen" oder "überschlafen" heißt, es bis zum nächsten Tag bedenken, um so Distanz zu einem bestimmten Problem zu gewinnen. Zum "Beischlaf" (das Wort stammt aus dem 15. Jahrhundert) kommt es, wenn Mann und Frau "zusammen schlafen". Wie beim Ausdruck "entschlafen" ist auch hier ein Vorgang gemeint, der mit "schlafen" nicht direkt zusammenhängt und den man lieber nur umschreibt. Auch die "Schläfe" leitet sich von "Schlaf" ab, denn sie ist der Teil des Kopfes, auf welchem der Schlafende liegt. Einer, der zu viel oder zu lange schläft, wird als "Schlafmütze" bezeichnet. Dieser aus dem 17. Jahrhundert stammende Ausdruck bezog sich ursprünglich auf die Nachtmütze, die man beim Schlafen trug und wird seit dem 18. Jahrhundert im übertragenen Sinne gebraucht. Angeblich soll ihn Lessing erstmals so verwendet haben.
Die Wurzel "son" oder "somn" liegt dem Begriff "Schlaf" in verschiedenen indogermanischen Sprachen zugrunde: französisch "sommeil"; italienisch "sonno"; spanisch "sueño"; portugiesisch "somno"; rumänisch "somnul", schwedisch "somn"; dänisch "sovn"; russisch "son"; polnisch "sen"; bulgarisch "sun"; serbo-kroatisch "san"; tschechisch "spanek"; hindi "sona"; griechisch "hypnos". In anderen Sprachen heißt "Schlaf": ungarisch "alvas"; finnisch "uni"; türkisch "uyku"; hebräisch "shenah"; japanisch "nemuri"; chinesisch "shui jiao"; telugu (südindische Sprache) "nidura"; zulu "lala".

Schlafphasen im Überblick

Der Schlaf wird grob in drei Phasen unterteilt, die sich durch unterschiedlich stark ausgeprägte Hirnströme (s.u.) unterscheiden lassen: Leichtschlaf, Tiefschlaf und die sogenannten REM-Phasen, die durch schnelle Bewegung der Augen unter den Lidern (englisch: Rapid Eye Movement) gekennzeichnet sind. Etwa alle neunzig Minuten beginnt ein neuer Schlafzyklus, in dem diese drei Schlafphasen in unterschiedlicher Länge durchlaufen werden.

Zu Beginn der Nacht haben die "Durchgänge" einen großen Anteil an Tiefschlaf und nur sehr kurze REM-Phasen. Später verlängern sich die REM-Abschnitte. Die meiste Zeit befinden sich schlafende Menschen im Leichtschlaf. Nach Auffassung von Schlafmedizinern benötigt der Mensch den Leichtschlaf, um überhaupt in die erholsamen Schlafphasen zu gelangen.

Verkürzt man systematisch den Schlaf, so geht das zunächst zu Lasten des Leichtschlafs. Bis auf eine individuell verschiedene Mindestschlafzeit von etwa fünf bis sechs Stunden kann so die Schlafdauer reduziert werden, ohne daß die Leistungsfähigkeit verloren geht.

Die ideale Nachtruhe ist in der ersten Hälfte durch längere Tiefschlafphasen gekennzeichnet. In der zweiten Nachthälfte wird der Schlaf dann leichter, die Länge der REM-Phasen nimmt zu. Der Tiefschlaf ist für die körperliche Erholung wichtig, aber auch für das Lernen.

Tiefschlaf und REM-Schlaf sind als völlig unterschiedliche cerebrale Funktionszustände anzusehen, was auch einer Zweiteilung des Gedächtnisses entspricht: prozedurale Gedächtnisbildung wird vorwiegend durch Prozesse im REM-Schlaf gesteuert, die deklarative Gedächtnisbildung eher durch Prozesse im Tiefschlaf (SWS) Informationsverarbeitung und Informationsaufnahme im Schlaf.

Schlafphasen im Detail

Forscher der Mayo-Klinik in Rochester/USA empfehlen, Haustiere aus Schlafzimmern zu verbannen. Menschen, die mit ihren Vierbeinern in einem Zimmer schlafen, sind am nächsten Tag oft müde. Der Grund: Die tierischen Lieblinge schnarchen nachts.

Im Internet wird unter Bezug auf diese Aktivitätsphasen das "Remote Influencing" von Gerald O’Donnell, dem Begründer der "The Academy of Remote Viewing and Remote Influencing", beworben, was eine Mischung aus Humbug und Hokuspokus darstellt.

Untersucht man die Frequenzbereiche eines EEGs beim Menschen, dann findet man fünf verschiedene Formen von Gehirnaktivitäten:

• a-Aktivität = 8-13 Hz
• b-Aktivität = größer als 13 Hz
• Spindeln = 11-15 Hz
• Theta-Aktivität = 4 - weniger als 8 Hz
• Delta (d)-Aktivität = weniger als 4 Hz

Demnach kann man genau genommen fünf Stadien unterscheiden, wobei der Wachzustand sich durch a-Wellen auszeichnet (8-13 Hz) und Schlaf im physiologischen Sinne erst vorhanden ist, wenn keine a-Wellen mehr auftreten:

1. Übergang vom Wachen zum Schlafen
   a-Wellen (8-13 Hz) tauchen nicht mehr kontinuierlich auf, sondern erscheinen zunehmend gruppiert, welches den Übergang vom Wachen zum Schlafen anzeigt.
2. Einschlafstadium
   Im Einschlafstadium lassen sich niedrigamplitudige flache b-Wellen-Aktivität (über 13 Hz) und Theta-Wellen (4-7 Hz) beobachten. Gegen Ende dieser Phase zeigen sich Vertexzacken, die 170-180 msec. andauern und eine Amplitude von 100 mV aufweisen. Die Vertexzacken stellen psychophysiologisch den Einschlafmoment dar.
3. Leichter Schlaf
   In dieser Phase lassen sich niedrigamplitudige Wellen von 12-17 Hz sowie K-Komplexe und Spindelgruppen (11-15 Hz) nachweisen.
   Die K-Komplexe und Spindeln sind wenig erforscht. Diese lassen sich über die sensomotorischen Areale, daher auch sensomotorische Rhythmen genannt (SMR), ableiten. Die Spindeln (SMR) signalisieren eine Hemmung der sensomotorischen Areale. Die K-Komplexe kommen über eine starke innere Entladung der sensorischen Systeme zu stande. Sie tauchen irregulär in mehreren Sekundenabschnitten auf und kennzeichnen den leichten Schlaf. Siehe unten!
   
4. Mittleltiefer Schlaf
   In dieser Phase konnten noch gelegentlich Spindeln mit unregelmäßig auftauchenden hohen Wellen von 0,5-3 Hz und 300 mV (Delta-Wellen) aufgefunden werden.
5. Tiefschlafstadium
   In diesem Stadium läßt sich eine langsame Delta-Aktivität von 0,5-4 Hz nachweisen. In dieser Phase sind fast ausschließlich Delta-Wellen zu beobachten.

Neuere Forschungen (Tamminen et al., 2010) zeigen, dass je mehr Schlafspindeln eine Testpersonen pro Nacht durchläuft, desto erfolgreicher konnten sie am nächsten Tag neu gelernte Wörter mit dem Rest ihres bisherigen Wortwissens verbinden. Die Gehirnaktivität der Spindeln zeigt dabei an, dass neue Wörter vom Hippocampus als Kurzzeitspeicher in den Langzeitspeicher des Neokortex geschoben werden. Dieses Lernen im Schlaf ist dabei mehr ein aktiver Integrationsprozess und nicht bloß die Verfestigung von Gelerntem, wobei davon sowohl das semantische als auch das prozedurale Gedächtnis betroffen sind. Besonders günstig ist es, noch direkt vor dem Schlafengehen zu lernen, wobei es diese Verarbeitung im nächtlichen Schlaf auch dann gibt, wenn das Lernen schon am Vormittag erfolgt war. Wie die für das Lernen entscheidenden Schlafspindeln entstehen, ist noch kaum geklärt, man vermutet jedoch, dass die Synapsen im temporären Speicher und im Neocortex tagsüber bei Neugelerntem sensibel werden, was Netzwerke schafft, die im Schlaf die Aktivierung von Spindeln erleichtern.

Mittels Stimulation der Gehirnwellen das Lernen verbessern

Quelle:
Rötzer, F. (2009). Darpa will das Gedächtnis der Soldaten optimieren.
WWW: http://www.heise.de/tp/blogs/3/142902 (09-08-02)

Quelle:
Pogosyan Alek, Gaynor, Louise Doyle, Eusebio, Alexandre & Brown, Peter (2009). Boosting Cortical Activity at Beta-Band Frequencies Slows Movement in Humans. Current Biology,10.

Beta-Wellen werden im Gehirn dann gemessen, wenn tonische Kontraktionen (unbewusste Muskelanspannungen über eine längere Zeit, die den Körper im Wachzustand aufrecht halten) stattfinden, die aber auch im REM-Schlaf besonders aktiv sind. Die Beta-Aktivität fällt immer unmittelbar vor dem Ausführen einer bewussten Bewegung deutlich ab. Mittels transkranieller Wechselstromstimulation haben Alek Pogosyan et al. (2009) die Beta-Aktivität im Gehirn so stark verändert, dass ProbandInnen ihre Arme nur noch sehr viel langsamer bewegen konnten, wenn sie im Versuch mit einem Joystick einen Punkt auf dem Bildschirm steuern sollten, wobei sie etwa zehn Prozent länger benötigten, um die Verfolgung aufzunehmen. Allerdings wirkte die Reduktion des Tempos nur bei bewussten Bewegungen, denn die spontane Reaktionszeit der Probanden wurde nicht in gleicher Weise verändert.

Siehe dazu

Die REM-Phase und die Ontogenese des REM-Schlafes

Neben der Regeneration hat der Schlaf auch Einfluss auf den menschlichen Stoffwechsel. So wird im Nachtschlaf das appetitzügelnde Hormon Leptin freigesetzt, im Wachzustand das appetitanregende Hormon Ghrelin. Wird dieses Gleichgewicht durch zu wenig Nachtschlaf verschoben, kann das appetitzügelnde Leptin nicht seine Wirkung entfalten, was zu einer Gewichtszunahme führen kann. Durch diese appetitzügelnde Wirkung des Leptins ist der Körper in der Lage, ohne Schwierigkeiten über Nacht bis zu 12 Stunden ohne Nahrungsaufnahme auszukommen. Nach einer schlafarmen Nacht mit zu wenig Entspannung, haben manche Menschen Heißhungerattacken oder den Drang, viel öfter als gewohnt irgendetwas essen zu müssen.

Insgesamt 42 Prozent der deutschen Frauen und sogar 58 Prozent der Männer bringen zu viel auf die Waage. Besonders alarmierend ist der heftige Anstieg der Fettsucht bei Kindern und Jugendlichen. Mediziner führen die Probleme auf Bewegungsmangel und fehlerhafte Ernährung zurück. Bereits überraschend gute Erfolge lieferte eine neue Abnehmmethode. Die Diät "Schlank im Schlaf" hat das Ziel, den Schlaf als längste Fettverbrennungsphase zu nutzen. Allerdings geht es hier nicht nur um ausreichend Schlaf, sondern auch um die Nutzung des Biorhythmus tagsüber.

Der Schlaf hat auch eine Bedeutung für das Lernen und für die Speicherung von Gedächtnisinhalten. Der Prozess der Gedächtniskonsolidierung findet vor allem im Schlaf statt. Offensichtlich werden im Hippocampus sämtliche am Tag gesammelten Eindrücke, Erlebnisse und Informationen zwischengelagert, wobei der Hippocampus nur eine begrenzte Kapazität besitzt. Damit nicht alles gleich wieder vergessen wird, müssen die Erinnerungen in den Neokortex "überspielt" werden, denn dort sitzt das Langzeitgedächtnis. In der REM-Phase, in der zumeist geträumt wird, kommt es zur Festigung motorischer Fertigkeiten wie etwa dem Radfahren und im Non-REM-Schlaf, in den Leicht- und Tiefschlafphasen, werden deklarative Inhalte wie etwa am Tag erlernte Vokabeln verfestigt.

Im Schlaf wird auch das Immunsystem aktiviert, denn es nimmt darin die Zahl und Aktivität der natürlichen Abwehrzellen gegen Bakterien und Viren deutlich zu.

Schlaf ist übrigens auch für das Zusammenleben der Menschen wichtig: Ninad Gujar (Universität von Kalifornien, Berkeley) untersuchte den Einfluss von Schlaf auf die Gemütslage, indem 36 ProbandInnen an zwei Terminen unterschiedliche Emotionen in menschlichen Gesichtern einzustufen hatten, wobei eine Hälfte der TeilnehmerInnen vor einem der Durchgänge 60 bis 90 Minuten schlafen musste. Nach einem Schlaf reagierten die Probanden empfänglicher auf fröhliche Gesichtsausdrücke, während sie ohne Schlaf verstärkt auf negative Empfindungen wie Wut oder Angst achteten.

Schlafentzug

Wird man mehrere Nächte hintereinander (mindestens 4 Nächte) aus dem REM-Schlaf geweckt, erhöht sich der prozentuale REM-Anteil in den ungestörten Nächten von 20% auf 27% bis 29%. Diesen Effekt bezeichnet man als REM-rebound-Effekt. Dabei handelt es sich um eine kompensatorische REM-Erhöhung, die allerdings erst nach 4 Tagen Wachheit im Schlaf eintritt.

Fiß und Ellmann (1973) unternahmen folgendes Experiment:

1. Versuchspersonen schliefen 4 Nächte ungestört.
2. in den darauffolgenden 2 Nächten wurden die Probanden in den REM-Phasen geweckt
3. im Anschluß erhielten die Probnden eine Erholungsnacht.

Ergebnisse

Die REM-Phasen wurden unter Punkt 3 im Vergleich zu Punkt 1 kürzer. Der Non-REM-Schlaf stellte sich zu den Zeitpunkten ein, an denen unter Punkt 2 die Wecktermine lagen. Dieses wurde als konditionierte Vermeidungsreaktion interpretiert. Bei totaler Schlafdeprivation, d.h. Entzug von SWS und REM-Schlaf kommt es in der 1. Nacht zu einer Zunahme von SWS. In der 2. Nacht steigt der REM-Schlaf wieder. Allerdings wird nur ein kleiner Teil des SWS und des REM-Schlafes nachgeholt.

Aus Studien weiß man, dass nach 24 Stunden Schlafentzug die Reizschwelle sinkt, nach 64 Stunden Wahnvorstellungen auftreten. Irgendwann tritt dann der Tod ein. Mögliche Zwecke des Schlafes:

• psychisch: Erlebnisse der Wachphasen werden in Träumen verarbeitet, eingeordnet, unwichtige Informationen gelöscht.
• regenerativ: Organe können sich erholen.
• kalibrativ: Rhythmen der Körpersysteme, die bei Tag durcheinander geraten, werden auf Ausgangswerte (quasi auf null) zurückgestellt.
• adaptiv: Schlaf dient nicht primär der Erholung, sondern ist ein genetisches Programm zur Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts. So ruhen Raubkatzen nicht 17 Stunden am Tag, weil ihr Organismus das braucht, sondern um ihren Beutetieren genügend Erholungszeit zu gönnen.

Es ist das Logo des Ratgebers für Schlafstörungen (http://www.charite.de/dgsm/rat/welcome.html) und wurde dem folgenden Band entnommen:
Hobson, J. Allan (2000). Schlaf. Gehirnaktivität im Ruhezustand. Heidelberg: Spektrum Akad. Verlag.