Worüber denkt das schlafende Gehirn nach?

Welche Rolle spielen positive Emotionen bei der Gedächtniskonsolidierung im Schlaf?

06.08.2021 Wir schlafen im Durchschnitt ein Drittel unserer Zeit. Aber was macht das Gehirn während dieser langen Stunden? Mithilfe eines Ansatzes der künstlichen Intelligenz, der die Gehirnaktivität während des Schlafs entschlüsseln kann, konnten Wissenschaftler der Universität Genf (UNIGE) einen Blick darauf werfen, woran wir während des Schlafs denken.

Durch die Kombination von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) und Elektroenzephalographie (EEG) konnte das Genfer Team nachweisen, dass das Sortieren der Tausenden von Informationen, die während des Tages verarbeitet werden, im Tiefschlaf stattfindet. In dieser Zeit kann das Gehirn, das keine äußeren Reize mehr empfängt, all diese Erinnerungen auswerten, um nur die nützlichsten zu behalten. Zu diesem Zweck stellt es einen internen Dialog zwischen seinen verschiedenen Regionen her. Die Verknüpfung einer Belohnung mit einer bestimmten Information regt das Gehirn außerdem dazu an, sich diese langfristig einzuprägen. Diese Ergebnisse, die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht werden, öffnen zum ersten Mal ein Fenster zum menschlichen Geist im Schlaf, sagen die Studienautoren.

Reaktivierung der tagsüber angelegten Gedächtnisspuren im Schlaf

In Ermangelung von Instrumenten, die die Gehirnaktivität übersetzen können, bleibt der Inhalt unserer schlafenden Gedanken unzugänglich. Wir wissen jedoch, dass der Schlaf eine wichtige Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung und der Bewältigung von Emotionen spielt: Wenn wir schlafen, reaktiviert unser Gehirn die tagsüber angelegten Gedächtnisspuren und hilft uns, unsere Emotionen zu regulieren.

Um herauszufinden, welche Hirnregionen während des Schlafs aktiviert werden, und um zu entschlüsseln, wie diese Regionen es uns ermöglichen, unser Gedächtnis zu konsolidieren, haben wir einen Decoder entwickelt, der in der Lage ist, die Aktivität des Gehirns im Tiefschlaf zu entschlüsseln und was sie bedeutet, behauptet Virginie Sterpenich, Forscherin im Labor von Professor Sophie Schwartz in der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften an der medizinischen Fakultät der UNIGE und Hauptautorin dieser Studie.

Die Forscher wollten insbesondere herausfinden, inwieweit positive Emotionen bei diesem Prozess eine Rolle spielen.

Während des Tiefschlafs sendet der Hippocampus – eine Struktur des Schläfenlappens, die vorübergehende Spuren der jüngsten Ereignisse speichert – die Informationen, die er während des Tages gespeichert hat, an die Großhirnrinde zurück. Es entsteht ein Dialog, der die Konsolidierung des Gedächtnisses durch Wiederholung der Tagesereignisse ermöglicht und somit die Verbindung zwischen den Neuronen stärkt.

Die Experimente

Für ihr Experiment untersuchten die Wissenschaftler Freiwillige am frühen Abend in einem MRT und ließen sie zwei Videospiele spielen – ein Gesichtserkennungsspiel ähnlich wie „Guess Who?“ und ein 3D-Labyrinth, aus dem der Ausgang gefunden werden muss. Diese Spiele wurden ausgewählt, weil sie sehr unterschiedliche Gehirnregionen aktivieren und daher auf den MRT-Bildern leichter zu unterscheiden sind. Außerdem wurden die Spiele ohne das Wissen der Probanden so manipuliert, dass nur eines der beiden Spiele gewonnen werden konnte (die Hälfte der Probanden gewann eines, die andere Hälfte das zweite), damit das Gehirn das gewonnene Spiel mit einer positiven Emotion assoziierte.

Anschließend schliefen die Probanden eine oder zwei Stunden lang im MRT – die Dauer eines Schlafzyklus – und ihre Gehirnaktivität wurde erneut aufgezeichnet. Wir kombinierten das EEG, das den Schlafzustand misst, mit der funktionellen MRT, die alle zwei Sekunden ein Bild der Hirnaktivität aufnimmt, und nutzten dann einen ’neuronalen Decoder‘, um festzustellen, ob die während der Spielphase beobachtete Hirnaktivität während des Schlafs spontan wieder auftrat, erklärt Sophie Schwartz.

Auch im Schlaf mag das Gehirn Belohnungen

Durch den Vergleich von MRT-Scans der Wach- und Schlafphasen stellten die Wissenschaftler fest, dass die Aktivierungsmuster des Gehirns während des Tiefschlafs denen während der Spielphase sehr ähnlich waren. Und ganz offensichtlich hat das Gehirn das gewonnene Spiel wiedererlebt und nicht das verlorene, indem es die Regionen reaktivierte, die im Wachzustand genutzt wurden. Sobald man sich schlafen legt, verändert sich die Gehirnaktivität.

Nach und nach begannen unsere Probanden, wieder an beide Spiele zu ‚denken‘, und dann fast ausschließlich an das gewonnene Spiel, als sie in den Tiefschlaf gingen, sagt Virginie Sterpenich.

Zwei Tage später führten die Probanden einen Gedächtnistest durch: Sie sollten zum einen alle Gesichter im Spiel wiedererkennen und zum anderen den Ausgangspunkt des Labyrinths finden. Auch hier waren die Gedächtnisleistungen umso besser, je mehr die mit dem Spiel verbundenen Gehirnregionen während des Schlafs aktiviert wurden. Das mit der Belohnung verbundene Gedächtnis ist also besser, wenn es im Schlaf spontan reaktiviert wird.

© psylex.de – Quellenangabe: Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-24357-5

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