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Wie beeinflusst schlechter Schlaf unsere Lernfähigkeit? Studie untersucht
Die meisten von uns wissen, dass eine gute Nachtruhe der Schlüssel für Glück und Produktivität ist, und umgekehrt kann eine Nacht mit schlechtem Schlaf negative Auswirkungen auf unsere Leistung während des Tages haben. Aber eine neue Studie schafft es, genau den Gehirnbereich zu finden, der für das Erlernen neuer Fähigkeiten verantwortlich ist, und zeigt, wie er von schlechter Schlafqualität beeinflusst werden kann.
Neue Forschung manipuliert die Tiefschlafphase und untersucht ihre Auswirkungen auf das Erlernen neuer Fähigkeiten.
Ein Forscherteam der Universität Zürich (UZH) und der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich, beide in der Schweiz, untersuchte die Auswirkungen einer gestörten Tiefschlafphase auf die Fähigkeit des Gehirns, Neues zu lernen.
Genauer gesagt, die neue Studie - in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikationen - betrachtet die Fähigkeit des Gehirns, sich zu ändern und sich an die Reize anzupassen, die es von der Umgebung oder Neuroplastizität im motorischen Kortex erhält und wie es durch den Tiefschlaf beeinflusst wird.
Der motorische Kortex ist der Gehirnbereich, der für die Entwicklung und Kontrolle motorischer Fähigkeiten verantwortlich ist. Die Tiefschlafphase - auch Langsamwellenschlaf genannt - ist der Schlüssel zur Gedächtnisbildung und -verarbeitung sowie zur Wiederherstellung des Gehirns nach einem Tag Aktivität.
Manipulieren der motorischen Kortex während des Tiefschlafs
An der Studie nahmen sechs Frauen und sieben Männer teil, die am Tag nach einer Nacht mit ungestörtem Schlaf und nach einer Nacht, in der ihr Tiefschlaf gestört war, motorische Aufgaben ausführen sollten.
Die Aufgaben umfassten das Erlernen einer Reihe von Fingerbewegungen, und die Forscher konnten genau den für das Lernen von Bewegung verantwortlichen Gehirnbereich lokalisieren.
Mit einem Elektroenzephalogramm beobachteten die Forscher die Gehirnaktivität der Teilnehmer während des Schlafens.
Am ersten Versuchstag - nach dem ersten Bewegungstraining - konnten die Teilnehmer ungestört schlafen.
In der zweiten Nacht manipulierten die Forscher jedoch die Schlafqualität der Teilnehmer. Sie waren in der Lage, sich auf den motorischen Kortex zu konzentrieren und ihren Tiefschlaf zu unterbrechen, und untersuchten so den Einfluss, den schlechter Schlaf auf die Neuroplastizität beim Üben neuer Bewegungen hat.
Die Teilnehmer wussten nicht, dass ihre Tiefschlafphase manipuliert worden war. Für sie war die Qualität ihres Schlafes bei beiden Gelegenheiten ungefähr gleich.
Schlechter Schlaf hält Synapsen aufrecht, blockiert die Lernfähigkeit des Gehirns
Als nächstes bewerteten die Forscher die Fähigkeit der Teilnehmer, neue Bewegungen zu lernen. Am Morgen war die Lernleistung der Probanden erwartungsgemäß am höchsten.
Im Laufe des Tages machten sie jedoch immer mehr Fehler. Auch das wurde erwartet.
Nach einer Nacht erholsamen Schlafes stieg die Lerneffizienz der Teilnehmer erneut an. Aber nach ihrer Nacht des manipulierten Schlafes verbesserte sich ihre Lerneffizienz nicht so deutlich. Am Morgen nach einer Nacht mit manipuliertem Schlaf war die Leistung der Teilnehmer so niedrig wie am Abend des Vortages.
Der Grund dafür liegt laut den Forschern darin, dass während des manipulierten Tiefschlafs die Synapsen der Neuronen nicht so "ruhten" wie normalerweise während des erholsamen Schlafes.
Während des Tages werden unsere Synapsen als Reaktion auf die Reize, die uns umgeben, angeregt. Im Schlaf stellen sich diese Synapsen jedoch wieder her und ihre Aktivität "normalisiert sich". Ohne diese restaurative Phase bleiben die Synapsen zu lange erregt. Ein solcher Zustand hemmt die Neuroplastizität, so dass das Erlernen neuer Dinge nicht mehr möglich ist.
"In der stark erregten Hirnregion war die Lerneffizienz gesättigt und konnte nicht mehr verändert werden, was das motorische Lernen hemmte", erklärt Co-Lead-Autorin Nicole Wenderoth, Professorin am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie an der ETH Zürich Zürich.
Um sicherzustellen, dass sie die rechte Gehirnregion für den Tiefschlaf verantwortlich machen, wiederholten die Forscher das Experiment, indem sie die gleiche Aufgabe zuweisen, aber eine andere Region des Gehirns manipulieren.
Dies hat zu keinen Veränderungen der Leistung der Teilnehmer geführt.
Dies ist das erste Mal, dass eine Studie den kausalen Zusammenhang zwischen Tiefschlaf und Lerneffizienz nachgewiesen hat.
Reto Huber, Professor an der Universitätskinderklinik Zürich und der Kinder- und Jugendpsychiatrie der UZH, kommentiert die Bedeutung der Studie:
"Wir haben eine Methode entwickelt, mit der wir die Schlaftiefe in einem bestimmten Teil des Gehirns reduzieren und damit den kausalen Zusammenhang zwischen Tiefschlaf und Lerneffizienz nachweisen können. [...] Auch im Schlaf manifestieren sich viele Krankheiten wie Epilepsie Wir hoffen, dass wir in der Lage sind, jene spezifischen Hirnregionen zu manipulieren, die in direktem Zusammenhang mit der Krankheit stehen. "
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