Warum schlafen wir, und welche Theorien die Forschung prüft

Auf die Frage, warum schlafen wir, gibt es in der Schlafforschung bislang keine einzelne, allgemein anerkannte Antwort. Eine Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2005 zu Säugetieren hielt fest, dass die Funktionen des Schlafs weiterhin unklar sind ^[1]. Viele Modelle weisen dem Non-REM-Schlaf eine Rolle bei der Energieeinsparung sowie bei der Erholung des Nervensystems zu ^[1]. Zudem schlug die Übersichtsarbeit vor, dass der Schlaf ein effizientes Zeitfenster für die Erfüllung mehrerer Funktionen bieten könnte, wobei Unterschiede in der Ausprägung des Schlafs bei Säugetieren darauf hindeuten, dass sich diese Funktionen zwischen den Arten unterscheiden können ^[1]. Dieser Artikel beschreibt die untersuchten Erklärungsansätze und liefert keine Empfehlungen zur Schlafdauer oder zu Schlafzeiten.

Energieverbrauch mit und ohne Schlaf

Ein zentraler Ansatz untersucht den Zusammenhang zwischen Schlaf und dem täglichen Energieumsatz. In einer Laborstudie verbrachten sieben gesunde Erwachsene mit einem Durchschnittsalter von 22 Jahren mehrere Tage in einem Raumkalorimeter ^[2]. Nach einem Basistag mit 8 Stunden festgelegtem Schlaf folgten 40 Stunden ohne Schlaf sowie anschließend 8 Stunden Erholungsschlaf ^[2]. Im Vergleich zum Ausgangswert stieg der Energieverbrauch über 24 Stunden während der ersten 24 Stunden ohne Schlaf um etwa 7 Prozent an ^[2]. Während der Nacht ohne Schlaf lag der nächtliche Energieumsatz um rund 32 Prozent höher als in der Basisnacht ^[2].

In derselben Untersuchung zeigte sich in der Erholungsnacht ein um etwa 4 Prozent niedrigerer Energieverbrauch im Vergleich zur Basisnacht ^[2]. Unterschiede zwischen einzelnen Schlafstadien fielen gering aus, während Wachzeiten während der Schlafperiode mit einem höheren Energieverbrauch einhergingen ^[2]. Die Studienautoren folgerten, dass diese Daten die Hypothese stützen, wonach Schlaf der Einsparung von Energie dient ^[2].

Gedächtnisbildung im Nachtverlauf

Neben dem Stoffwechsel steht die Verarbeitung von Information im Fokus wissenschaftlicher Betrachtungen. Eine Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2013 hält fest, dass über ein Jahrhundert an Forschung nachgewiesen hat, dass Schlaf das Behalten von Gedächtnisinhalten begünstigt ^[3]. Heutige Theorien gehen davon aus, dass Gedächtnisinhalte während des Schlafs aktiv konsolidiert werden, indem zuvor aufgenommene Repräsentationen im Tiefschlaf reaktiviert werden, woraufhin der nachfolgende REM-Schlaf deren Stabilisierung unterstützen könnte ^[3].

CIBDOL · Gedächtnisbildung im Nachtverlauf

Wie sich verschiedene Schlafabschnitte auswirken, untersuchte ein Experiment aus dem Jahr 1997 an 20 gesunden Männern ^[4]. Im Vergleich zu einem gleich langen Zeitintervall im Wachzustand zeigte sich nach Schlafphasen generell ein besseres Erinnerungsvermögen ^[4]. Das Abrufen gelernter Wortpaare verbesserte sich stärker über ein frühes Schlafintervall, welches fünfmal so viel Tiefschlaf enthielt wie das spätere Intervall ^[4]. Eine manuelle Fertigkeit am Spiegel verbesserte sich hingegen deutlicher über das späte Schlafintervall, das doppelt so viel REM-Schlaf aufwies wie das frühe Intervall ^[4].

Die synaptische Homöostase-Hypothese

Einen neurobiologischen Erklärungsansatz formulierten Forschende im Jahr 2014 mit der synaptischen Homöostase-Hypothese, wonach Schlaf der Preis ist, den das Gehirn für seine Plastizität zahlt ^[5]. Nach dieser Hypothese erfordert das Lernen im Wachzustand die Verstärkung synaptischer Verbindungen im gesamten Gehirn, was den zellulären Bedarf an Energie und Nährstoffen erhöht ^[5]. Während des Schlafs führe spontane neuronale Aktivität dazu, dass die gesamte synaptische Stärke wieder normalisiert wird ^[5]. Die Autoren legten die theoretischen Grundlagen dar und verwiesen auf offene Fragen bezüglich Plastizität und Schlaf ^[5].

Dass plastische Veränderungen messbar mit Schlafmuster verknüpft sind, belegte eine Untersuchung an Menschen aus dem Jahr 2004 ^[6]. Nach einer Lernaufgabe, die bestimmte Hirnregionen beanspruchte, zeigte sich im darauffolgenden Schlaf ein lokaler Anstieg langsamer Wellen ^[6]. Dieser lokale Anstieg korrelierte mit besseren Leistungen bei der Wiederholung der Aufgabe nach dem Schlaf ^[6].

Flüssigkeitsbewegungen und Stoffwechselabbau

Ein weiterer Strang der Diskussion betrifft Flüssigkeitsströme im Hirngewebe. Eine Untersuchung an Mäusen aus dem Jahr 2013 ergab, dass sowohl natürlicher Schlaf als auch Narkose mit einer Vergrößerung des Zwischenzellraums um 60 Prozent einhergingen ^[7]. Dies ging einher mit einem verstärkten Austausch zwischen Liquor und Gewebeflüssigkeit sowie einem schnelleren Abtransport von Beta-Amyloid ^[7]. Die Autoren vermuteten, dass Erholungsfunktionen des Schlafs auf der Entfernung von Stoffwechselprodukten beruhen könnten, die sich während des Wachzustands im zentralen Nervensystem ansammeln ^[7].

Bei Menschen erfasste eine Bildgebungsstudie aus dem Jahr 2019 andere Vorgänge während des Non-REM-Schlafs ^[8]. Dabei wurde während des Non-REM-Schlafs ein gekoppeltes Muster aufgezeichnet, bei dem langsame neuronale Wellen von hämodynamischen Schwankungen gefolgt wurden, welche wiederum an Wellen des Liquorflusses im Gehirn gekoppelt waren ^[8]. Die Studie erfasste Hirnrhythmen, Hämodynamik und Flüssigkeitsbewegungen, maß jedoch keinen Abbau bestimmter Abfallstoffe ^[8].