Aufräumen im Gedächtnis

Bereits vor hundert Jahren stellten amerikanische Wissenschaftler fest, dass Schlaf für das Lernen wichtig ist und der Gedächtnisbildung hilft. In Experimenten, die heute als Klassiker der Schlafforschung gelten, mussten Probanden sinnlose Silben lernen und nach verschiedenen Intervallen rezitieren. Bereits ein kurzer Schlaf erhöhte die Trefferquote signifikant. Seither sind die Versuche in beliebigen Variationen zigfach wiederholt worden und haben immer das Gleiche ergeben: Schlaf verbessert das Gedächtnis und die Konzentrationsfähigkeit.

Wie aber muss man sich das Geschehen im Gehirn vorstellen, wenn wir erschöpft ins Bett steigen und in einen fast bewusstlosen Zustand gleiten? Der Schlafforscher Reto Huber vom Universitäts-Kinderspital Zürich sagt es so: «Während des Schlafs räumt das Gehirn auf, entsorgt unwichtige Informationen und verfestigt Gelerntes.»

Tagsüber auf Hochtouren

Für die Verbesserung des Gedächtnisses gibt es viele experimentelle Hinweise. Tagsüber laufen die Nervenzellen auf Hochtouren und registrieren laufend das Geschehen vom Moment des Aufstehens bis zur Nachtruhe. Sie feuern, wenn wir eine Fremdsprache oder chemische Strukturformeln büffeln. Sie sind aktiv, wenn wir uns bewegen oder lesen. Die neuronalen Aktivitäten zeigen sich an der Verstärkung der Synapsen, die tagsüber grösser werden, Botenstoffe ansammeln und neue Andockstellen bilden.

«In der Nacht werden diese Strukturen zurückgebaut, die Zahl der Rezeptoren sinkt und die Synapsen schrumpfen», sagt Huber. Das Gehirn trennt Wichtiges von Unwichtigem und verschiebt Gelerntes vom Hippocampus an andere Orte des Gehirns ins Langzeitgedächtnis. Dadurch schafft es wieder Platz für neue Eindrücke und Erfahrungen.

Voraussetzung für erfolgreiches Lernen

Der Schlafforscher hält fest, dass diese Vorgänge überlebenswichtig sind. Würden sie fehlen, nähme die Kapazität des Gehirns rasch ab und wir wären nicht mehr aufnahme- und lebensfähig. Wie ein voller Speicher müsste das Gehirn auf Dauer vor neuen Eindrücken kapitulieren, lernen wäre nicht mehr möglich. «Genügend Schlaf ist eine Voraussetzung zum erfolgreichen Lernen», sagt Reto Huber.

Grosses Gesundheitsrisiko

Aus eigener Erfahrung wissen wohl die meisten, dass die Konzentrations- und Merkfähigkeit schon nach einer durchzechten Nacht rapide abnimmt. Mehrere Tage ohne Schlaf sind gefährlich, nach elf Tagen kann die Schlaflosigkeit tödlich enden. Auch wer konstant zu wenig schläft, riskiert nicht nur chronische Konzentrationsstörungen, sondern schadet der Gesundheit. Der Bluthochdruck steigt und damit das Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall. Die meisten Menschen ausser ausgeprägten Kurz- und Langschläfern brauchen siebeneinhalb Stunden Schlaf.

Lernen im Schlaf?

Was das Lernen betrifft, ist also davon abzuraten, Lernstoff in schlaflosen Nächten reinzupauken und übernächtigt bei Prüfungen anzutraben. Stattdessen sollte man den Stoff gut portionieren, jeweils darüber schlafen und gut ausgeruht an eine Klausur gehen. Dann ist die Konzentrationsfähigkeit am besten.

Weniger praktikabel ist es, im Schlaf zu lernen. Tatsächlich gibt es Versuche, in denen Probanden im Tiefschlaf Wortpaare präsentiert wurden. Obwohl sie diese nicht bewusst wahrnahmen, schnitten sie nachher in Gedächtnistests etwas besser ab. Der Lerneffekt sei allerdings klein, sagt Huber und weist darauf hin, dass dieser ganz verschwinde, wenn man wegen der Geräusche aufwache und den Erholungseffekt des Schlafs störe. Im Übrigen zeigt das Experiment, dass das Gehirn auch im Schlafzustand registrieren kann, was rundherum passiert. Biologen vermuten dahinter einen Schutzmechanismus gegen Bedrohungen, der sich im Lauf der Evolution herausgebildet hat.

Räumung während des Tiefschlafs

Die Räumungsarbeiten im Gedächtnis finden während den Tiefschlafphasen statt, in die wir nach der Einschlafphase ein erstes Mal eintauchen. Der Tiefschlaf zeichnet sich im EEG (Elektroenzephalogramm) durch langsame Wellen in der Hirnrinde aus. Die Nervenzellen alternieren langsam zwischen einem aktiven und inaktiven Zustand und reduzieren die Stärke der synaptischen Verbindungen. Auf eine Episode Tiefschlaf folgt der sogenannte Rapid-Eye-Movement oder REM-Schlaf, während dem die Nervenzellen wieder durchwegs aktiv sind. Der Zyklus von Tiefschlaf- und REM-Phase wiederholt sich jede Nacht etwa vier bis fünf Mal. Mit zunehmendem Alter verkürzen sich die Tiefschlafphasen, ebenso die Lernfähigkeit.

Selbst Fruchtfliegen schlafen

Die Reinigung der Nervenzell-Verbindungen während des Schlafs ist in der Schlafforschung auch als «synaptische Homöostase» bekannt. Was da im Detail biochemisch abgeht, wie das Gehirn Wichtiges von Unwichtigem trennt, ist eine der vielen offenen Fragen. «Die homöostatische Regulation im Schlaf ist der Preis für die Plastizität des Gehirns, das während den Wachphasen die synaptischen Verbindungen stärkt», sagt Reto Huber. Es handelt sich um einen grundlegenden Vorgang, der im Laufe der Evolution hervorging und im ganzen Tierreich verbreitet ist. Selbst Fruchtfliegen schlafen und reduzieren ihre Nervenzell-Aktivität, um lernfähig zu bleiben und neue Informationen aus der Umwelt aufzunehmen. Wie uns Menschen schützt der Schlaf auch Insekten vor dem Overload.

Dieser Artikel stammt aus dem UZH Magazin, Ausgabe Nr. 3, 2022.