Warum werden wir müde, je länger wir wach bleiben? Diese scheinbar einfache Frage hat die Schlafforschung lange beschäftigt. Nun berichtet ein Team um Professor Alex Schier vom Biozentrum der Universität Basel gemeinsam mit Forschenden des Beth Israel Deaconess Medical Center und der Auburn University von einem entscheidenden Fund: Im Gehirn von Mäusen haben sie Nervenzellen identifiziert, die bei anhaltendem Wachsein aktiv werden und den sogenannten Schlafdruck aktiv erzeugen. Die Studie ist im Fachjournal Nature erschienen und liefert einen der bislang deutlichsten Belege dafür, wie das Gehirn Wachzeit in Schlafbedürfnis übersetzt.
- Forschende der Universität Basel identifizierten im Mäusehirn zwei Nervenzell-Populationen, die den Schlafdruck steuern.
- Werden diese Zellen künstlich aktiviert, schlafen die Tiere zwei- bis dreimal so lange; werden sie gehemmt, rund 70 Prozent weniger.
- Bei etwa 17 Prozent der Mäuse mit gehemmten Neuronen war der Schlafmangel tödlich.
Ein altes Rätsel der Schlafforschung
Nach einem langen Tag oder einer durchwachten Nacht wird der Drang zu schlafen fast unwiderstehlich. Dieser wachsende Schlafdruck sorgt dafür, dass auf langes Wachsein ein tieferer und längerer Erholungsschlaf folgt. Im Gehirn regeln mehrere Nervenschaltkreise Schlaf und Wachheit – darunter Neuronen im Hypothalamus, die wie eine Schaltzentrale wirken. Doch was genau die zunehmende Müdigkeit antreibt, blieb bislang unklar.
Wie das Team die entscheidenden Zellen aufspürte
Um die beteiligten Hirnregionen einzugrenzen, verglichen die Forschenden die Aktivierungsmuster im Gehirn von Mäusen in drei Zuständen: im normalen Schlaf-Wach-Rhythmus, bei Schlafentzug und im anschließenden Erholungsschlaf. Sie verfolgten dabei, wie viel Protein die Zellen über das Gen Fos produzieren, das bei aktivierten Neuronen eingeschaltet wird. „Wir haben gesehen, dass ganz bestimmte Teile des Gehirns mit der Wachheit korrelierten“, sagt Will Joo, Erstautor der Studie.
In einer dieser Regionen, der median raphe im Hirnstamm, fanden die Forschenden zwei unterschiedliche Nervenzell-Populationen: GABAerge und serotonerge Neuronen. Beide wurden umso stärker aktiviert, je länger die Tiere wach blieben, und beruhigten sich wieder, sobald der Schlaf einsetzte.
Was geschieht, wenn man die Zellen an- und abschaltet
Um zu prüfen, ob diese Neuronen nur die Wachzeit widerspiegeln oder aktiv etwas bewirken, setzte das Team Viren ein, um genetische Schalter in die Zellen einzubringen. Wurden beide Populationen künstlich aktiviert, schliefen die Mäuse zwei- bis dreimal so lange wie Kontrolltiere und verbrachten mehr Zeit im Tiefschlaf – ähnlich dem Erholungsschlaf, den auch Menschen nach langem Wachsein zeigen.
Wurden die Neuronen dagegen gehemmt, schliefen die Tiere rund 70 Prozent weniger – etwa 6,5 Stunden zusätzlich wach pro Tag.
Bemerkenswert war, dass die meisten dieser Mäuse nicht die schweren Verhaltensstörungen zeigten, die sonst mit Schlafentzug einhergehen. Für rund 17 Prozent der Tiere war der Schlafmangel jedoch tödlich. „Diese Neuronen signalisieren nicht einfach nur, dass ein Tier wach war“, sagt Schier. „Sie sind entscheidend, um Schlaf zu fördern, und könnten Schlüsselkomponenten des neuronalen Schaltkreises sein, der den Schlafdruck erzeugt.“
Warum die Ergebnisse über die Mäuse hinaus bedeutsam sind
Die Arbeit reiht sich in eine wachsende Zahl von Studien ein, die zeigen, dass es eigene Schlafschaltkreise gibt, die durch Wachheit aktiviert werden und dennoch den Schlaf fördern. Chiara Cirelli von der University of Wisconsin–Madison nennt die Untersuchung eine „herausragende Studie“. Ob dieselben schlaffördernden Nervenzell-Populationen auch im menschlichen Gehirn existieren, ist bislang nicht bekannt. Sollte dies der Fall sein, könnten die Erkenntnisse neue Wege zur Behandlung mancher Schlafstörungen eröffnen – vorausgesetzt, man versteht, wie die Zellen mit anderen Hirnregionen kommunizieren. Bekannt ist bereits, dass Fortsätze dieser Neuronen aus der median raphe zum präoptischen Hypothalamus ziehen und beide Areale gemeinsam den Schlaf-Wach-Rhythmus steuern.
Künftige Studien sollen klären, wie diese Neuronen mit dem übrigen Gehirn zusammenspielen und wie der Schlafdruck auf molekularer Ebene entsteht. „Unsere Fähigkeit, das Schlafverhalten stabil zu verändern, erlaubt uns auch, Anpassungen an langanhaltenden Schlafmangel zu erforschen“, sagt Joo. Das könne eines Tages Ansätze aufzeigen, um Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlafentzug zu ermöglichen.
Kennen Sie das Gefühl, gegen die Müdigkeit anzukämpfen – oder würden Sie sich einen Schalter für weniger Schlafbedarf wünschen? Teilen Sie Ihre Gedanken zu dieser Forschung in den Kommentaren.
