Im Schlaf lernen

Vom Gehirn fürs Gehirn

Von allen Organen braucht das Gehirn den Schlaf am dringendsten

Warum schlafen wir? So einfach die Frage scheint, erschöpfend beantworten konnte die Wissenschaft sie bisher nicht. Sicher, der Körper erholt und regeneriert sich während des Schlafes: Nährstoffe werden umgelagert und verwertet, Hormone werden aktiv und das Immunsystem nutzt die Ruhepause, um den Körper gegen neue Angriffe von Krankheitserregern zu wappnen. Aber allein dafür müsste man nicht unbedingt sieben bis neun Stunden täglich das Bewusstsein verlieren. Schlafforscher sind sich inzwischen einig: Das Gehirn erzeugt den Schlaf, und das Gehirn ist auch das Organ, das ihn am meisten braucht.

Nachts wirft das Gehirn Ballast ab

Eine Forschergruppe von der Universität Wisconsin in den USA glaubt, das erklären zu können: Am Tag beziehungsweise bei Bewusstsein ist das Gehirn die ganze Zeit damit beschäftigt, Reize und Informationen aufzunehmen und zu verwerten - es kann gar nicht anders. Die Belastung, die die Nervenzellen dabei tragen müssen, wird im Tagesverlauf immer größer, aber sie lässt sich nicht ins Unendliche steigern. Sie muss also regelmäßig wieder auf ein Basisniveau zurückgefahren werden. Um das zu erreichen, verändert sich der Gehirnstoffwechsel, andere Gene als im Wachzustand werden im Gehirn aktiv und die Erregbarkeit der Nervenzellen verändert sich – all das geht nur im Schlaf.

Dem Lernen auf der Spur

Der Forscher nimmt eine Kernspinaufnahme zu Hilfe, um die Elektroden am Kopf der Versuchsperson genau zu platzieren: Die Region, in der das Lernen stattfindet, ist nur daumengroß

Das Gehirn wird im Schlaf aber nicht nur fit gemacht für die Informationsflut des kommenden Tages. Schon seit Mitte der 1920iger Jahre haben Psychologen und Hirnforscher immer wieder beobachtet, dass der Schlaf gut für Lernen und Gedächtnis ist. Die Wissenschaftler aus Wisconsin konnten nun erstmals zeigen, wie Lernen und Schlaf zusammenhängen: Schlafforscher Reto Huber ließ seine Probanden eine Bewegungsaufgabe einüben, bei der nur eine etwa daumengroße Region der Hirnrinde aktiv ist. Dort, und nur dort, fand der Lernprozess statt, und diese Region nahm der Forscher im darauf folgenden Nachtschlaf unter die Lupe.

In den ersten Versuchen schaffen es die Probanden kaum, die aufleuchtenden Punkte mit der falsch gehenden Maus zu treffen.

Erstmal sacken lassen

Die Maus-Bahnen einer Probandin im Test. Oben links: untrainiert; die Probandin verfehlt die Punkte häufig. Oben rechts: nach der Trainingseinheit am Abend ist die Trefferquote schon viel höher, unten: am nächsten Morgen hat sich die Leistung noch einmal verbessert

Die Aufgabe schien kinderleicht: Die Testpersonen mussten auf einem Bildschirm kreisförmig angeordnete Zielpunkte, die dort in zufälliger Reihenfolge aufleuchteten, mit der Maus schnell und gerade ansteuern und berühren. Was die Teilnehmer des Versuchs nicht wussten: Die Maus schummelte. Sie verschob – für die Probanden nicht wahrnehmbar – ihre Bewegungen immer wieder um 15 bis 60 Grad. Die ersten Versuche führten deshalb regelmäßig zu krummen und schiefen Mausbahnen. Mit der Zeit lernten die Probanden, ohne es zu merken – sie glichen unbewusst die Krümmung aus und wurden immer besser. Nach ein paar Trainingseinheiten schickten die Wissenschaftler ihre Probanden dann Schlafen. Dabei wurden ihre Gehirnwellen von einem EEG mit 256 Elektroden aufgezeichnet.

Schlaf dich schlau

Die Zunahme des Tiefschlafs im Gehirn der Testpersonen nach dem Lernexperiment: Dort, wo das Gehirn am Abend vorher gelernt hat, nimmt der Tiefschlaf am stärksten zu - je röter, desto mehr

An den aufgezeichneten Gehirnwellen konnte Reto Huber zeigen, wozu das Gehirn den Schlaf braucht: In der Region, in der am Abend der Lernprozess stattgefunden hatte, und nur dort, schlief das Gehirn in der darauf folgenden Nacht gezielt tiefer. Die für den Tiefschlaf charakteristischen Deltawellen waren dort signifikant größer als in den Nächten, in denen die Probanden nicht lernten. Überall sonst im Gehirn bleiben die Tiefschlafwellen unverändert. Das Gehirn brauchte also speziell nach dem Lernen tieferen Schlaf und holte ihn sich gezielt. Und nicht nur das – der Schlaf verbesserte auch den Lernerfolg: Am nächsten Morgen direkt nach dem Aufstehen wiederholten die Probanden die Aufgabe. Bei allen Probanden hatte sich die Leistung noch einmal verbessert, ohne weiteres Üben, einfach nur "im Schlaf".

Je tiefer desto besser

Kurz darauf zeigte eine Arbeitgruppe der Universität Lübeck unter der Leitung von Jan Born, dass Tiefe des Schlafs und Lernerfolg Hand in Hand gehen: Bei den Lübeckern mussten Medizinstudenten Vokabeln pauken und durften danach schlafen. Einer Versuchsgruppe verabreichten die Forscher während der Tiefschlafphasen einen sehr schwachen Gleichstrom, der die Tiefschlafwellen des Gehirns verstärkte. Am nächsten Morgen war diese Gruppe in ihren Vokabel-Kenntnissen noch besser als die Normal-Schläfer, die ebenfalls größere Erfolge erzielte.