ZEIT ONLINE: Herr Born, warum schläft der Mensch?

Jan Born: Wenn wir schlafen, ist der ganze Körper inaktiv und das Gehirn verliert das Bewusstsein. Der Schlaf ist sehr wahrscheinlich dazu da, damit sich das Gehirn reformiert. Und in diesem Prozess eben auch Gedächtnis bildet.

ZEIT ONLINE: Wir schlafen also auch, um zu lernen. Gibt es eine besondere Schlafphase, die dafür zuständig ist?

Born: Lange Zeit ist man davon ausgegangen, dass der REM-Schlaf, der Traumschlaf, wichtig für das Gedächtnis ist, da man annahm, dass in den Träumen frische Gedächtnisinhalte reprozessiert werden. Entscheidend für das Gedächtnis ist jedoch der Tiefschlaf, in der in der Regel gar nicht geträumt wird.

ZEIT ONLINE: Warum werden die Informationen nicht in der Wachphase gespeichert?

Born: Langfristig wird Wissen in denselben neuronalen Netzwerken gespeichert, in denen auch während der Wachphase akut Reize verarbeitet werden. Weil beide Prozesse, das heißt die langfristige Abspeicherung von Information sowie die akute Verarbeitung von Information, sich gegenseitig stören würden, wenn sie gleichzeitig in denselben Netzwerken stattfänden, geschieht die Langzeitabspeicherung von Information offline, also im Schlaf. 

ZEIT ONLINE: Was passiert im Schlaf genau?

Born: Die Gedächtnisbildung ist ein aktiver Prozess. Zunächst wird das, was tagsüber aufgenommen wird, in einem temporären Speicher, das ist zum Beispiel der Hippocampus, abgelegt. Im Schlaf werden die Informationen reaktiviert und diese Reaktivierung stimuliert dann den Transfer der Information in den Langzeitspeicher. Als Langzeitspeicher fungiert zum Beispiel der Neocortex. Aber: Nicht alles wird in den Langzeitspeicher übertragen. Sonst würde das Gehirn wahrscheinlich platzen. Wir nutzen den Schlaf, um gezielt bestimmte Informationen vom temporären in den Langzeitspeichern zu transferieren.

ZEIT ONLINE: Wie entscheidet das Hirn, welches Wissen es in das Langzeitgedächtnis transportiert?

Born: Bei Informationen, die etwa emotional gefärbt sind, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sie in den Langzeitspeicher transportiert werden. Das gilt aber auch für Informationen, für die quasi schon ein Vorwissen im Langzeitgedächtnis angelegt ist. Diese können dann leichter in das bestehende Vorwissen integriert werden. Ein Taxifahrer weiß zum Beispiel genau, wo welche Straße hinführt. Gibt es jetzt eine Baustelle, die eine Straße versperrt, wird diese Information sehr schnell in den Langzeitspeicher übertragen. Schnell heißt: in einer Nacht.

"Zuvor gelernte Vokabeln konnten die Probanden nach dem Schlafen perfekt"

ZEIT ONLINE: Wie untersuchen Sie die Gedächtnisbildung im Schlaf?

Born: Wir verwenden sehr verschiedene Ansätze. In unseren Humanversuchen lassen wir zum Beispiel Probanden Vokabeln lernen. Eine Gruppe darf danach schlafen, die andere nicht. Wenn wir dann das Wissen später, etwa nach Monaten abfragen und die Testpersonen dabei im Kernspintomografen untersuchen, zeigt sich, dass der Neocortex, also der Langzeitspeicher, bei den Schläfern während der Abfrage der Vokabeln deutlich aktiver ist als bei denjenigen, die nach dem Vokabellernen wach geblieben waren. Das zeigt: Das Wissen ist bei den Schläfern vom temporären Speicher in den Langzeitspeicher gewandert.

ZEIT ONLINE: Sie haben bei Versuchspersonen den Schlaf künstlich verstärkt. Was hat das bewirkt?

Born: Charakteristisch für den Tiefschlaf sind vor allem langsame Wellen, die im Elektroenzephalogramm (EEG) sichtbar werden. Wir haben nun Probanden während des Schlafes über Elektroden, die am Kopf befestigt waren, mit solchen langsam elektrischen Potenzialen stimuliert und dadurch den Schlaf künstlich vertieft. Die normalerweise auftretenden langsamen Wellen haben wir also noch verstärkt. Dadurch vertiefte sich auch die Gedächtnisbildung. Zuvor gelernte Vokabeln konnten die Probanden nach dem Schlafen perfekt.

ZEIT ONLINE: Gibt es eine Möglichkeit, die Tiefschlafphase zu erhöhen?

Born: Wer im Wachzustand viele Informationen tankt, schläft in der darauf folgenden Nacht tiefer. Das gilt nicht nur fürs Lernen, sondern auch für Eindrücke aus einer interessanten Umgebung. Natürlich hilft neben geistiger auch körperliche Anstrengung.

ZEIT ONLINE: Wie viel Schlaf ist für unser Gedächtnis die richtige Zeitspanne?

Born: Die Länge des Schlafs ist nur indirekt mit der Tiefe verbunden. In der Regel schläft man am Anfang der Nacht am tiefsten. Das heißt aber nicht, dass man den Schlaf verkürzen könnte, ohne die Kapazitäten des Gedächtnisses zu beschneiden. Damit das Gedächtnis funktioniert, ist auch ein ausreichend langer Schlaf wichtig. Denn wer chronisch zu wenig Schlaf bekommt, ist müde und kann weniger aufnehmen. Auch Alkohol oder Schlafmittel wirken sich eher negativ auf den Tiefschlaf aus.

ZEIT ONLINE: Im Alter schläft man weniger. Hat das auch Auswirkungen auf das Gedächtnis?

Born: Im Alter nimmt die Gedächtnisbildung ab, denn auch der Tiefschlaf ist weniger tief und die Tiefschlafphasen werden kürzer. Ältere Menschen haben zwar dadurch geringere Kapazitäten, etwas Neues in den Langzeitspeicher aufzunehmen. Allerdings besitzen sie im Vergleich zu jüngeren Menschen meist mehr Erfahrungen, also bereits Vorwissen im Langzeitspeicher, in das neue Informationen leichter integrierbar sind. Würde ich zum Beispiel jetzt neu anfangen, Spanisch zu lernen, fiele mir das extrem schwer. Höre ich aber neue Befunde zum Thema Schlaf- und Gedächtnis, kann ich mir die besser einprägen als meine Doktoranden. Denn diese Information passt bei mit besser in die schon bestehenden Schemata im Langzeitgedächtnis.

"Auch unser Immunsystem bildet im Schlaf ein Gedächtnis"

ZEIT ONLINE: Schlaf wirkt sich nicht nur auf die Gedächtnisbildung im Gehirn aus, oder?

Born: Unserer Hypothese ist, dass der Schlaf für die Gedächtnisbildung nicht nur im Gehirn verantwortlich ist, sondern auch im Immunsystem. Wie das Gehirn muss das Immunsystem ständig neue, aber auch immer wiederkehrende Angriffe von Antigenen abwehren und speichert dazu Informationen über diese Antigene. Dafür bildet das Immunsystem ein Gedächtnis.

ZEIT ONLINE: Wie wurde das untersucht?

Born: In einer noch nicht veröffentlichen Studie zeigt sich: Bei Menschen, die nach einer Impfung tief schlafen, ist der Anteil der Antikörper bezüglich des geimpften Antigens auch nach einem Jahr doppelt so hoch wie bei denjenigen, die nach der Impfung die Nacht wach lagen. Im Schlaf und insbesondere im Tiefschlaf werden Wachstumshormone und das Hormon Prolaktin freigesetzt. Diese Hormone haben einen besonderen immunstimulierenden Einfluss auf die Lymphozyten und auf das lymphatische Gewebe, die ein Teil des Immunsystems sind. Der Tiefschlaf spielt also auch für die immunologische Langzeitgedächtnisbildung eine entscheidende Rolle.

ZEIT ONLINE: Wo geht die Forschung hin?

Born: Je mehr man erkennt, wie wichtig der Schlaf für Gedächtnisprozesse ist, desto mehr kommt man dazu, ihn bei Kindern zu untersuchen, die ja sehr viel lernen müssen. Zwischen zwei und sechs Jahren sind Kinder in der Regel häufig krank. Das bedeutet: Das Immunsystem lernt in dieser Zeit extrem viel, gleichzeitig schlafen Kinder viel und tief. Unsere Forschung geht immer mehr dazu über, diese Prozesse an Kindern zu studieren. Ziel ist zum Beispiel herauszufinden, wie sich im Gehirn, aber auch im Immunsystem, während der frühen Kindheit für unterschiedliche Funktionen und Leistungen eigenständige Gedächtnissysteme herausbilden.

ZEIT ONLINE: Wie weit ist diese Forschung?

Born: Wir sind in der Aufbauphase. Mittlerweile haben wir ein Labor eingerichtet, wo wir uns speziell mit dem Schlaf von Kindern beschäftigen. Allerdings ist das nicht ganz einfach, besonders wenn es um Untersuchungen bei Kleinkindern und Babys geht.

Die Fragen stellte Maike Freund .