Machen Sie neue Erinnerungen, aber behalten Sie die alten, mit ein wenig Hilfe von Elektroden

Schlafmangel ist mit allem verbunden, von unregelmäßigen Stimmungsschwankungen über Gewichtszunahme bis hin zu einer Schwächung des Immunsystems. Im Jahr 2007 erklärte die Weltgesundheitsorganisation die Schichtarbeit sogar zu einem "wahrscheinlichen Karzinogen", da sie die zirkadianen Rhythmen und Ruhemuster eines Individuums grundlegend stört.

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Matthew Walker, Professor für Neurowissenschaften und Psychologie und Direktor des Labors für Schlaf und Neurobildgebung an der University of California in Berkeley, sprach auf dem Festival "Future is Here" des Smithsonian Magazins über Schlaf und wie wichtig es für die körperliche und geistige Gesundheit einer Person ist Wochenende. Während seines Vortrags beschrieb er eine mutige Idee, die Fähigkeit älterer Menschen zu verbessern, Erinnerungen zu schaffen und zu bewahren, indem sie ihr Gehirn mit einer geringen Strömung stimulieren, während sie schlafen.

Tiefschlaf, eine Zeit, die als wichtig für die Gedächtnisbildung bekannt ist, wird mit zunehmendem Alter seltener und schwindet immer mehr, nachdem Menschen Mitte 30 sind. Durch Anbringen von zwei Elektroden an der Kopfhaut einer Person kann Walker einen Strom in den präfrontalen Bereich leiten und die langsamen Wellen des tiefen Schlafs simulieren, während der Träger schläft.

Diese Technik wird als transkranielle Gleichstromstimulation (transcranial direct current stimulation, tDCS) bezeichnet, und obwohl die dafür erforderlichen Geräte im Handel erhältlich sind, ist sie nicht von der FDA für den Einsatz unter medizinischen Bedingungen zugelassen. Die Geräte in ihrer jetzigen Form sind nicht intelligent genug, um zu wissen, wann ein Träger sich in einem tiefen, nicht schnellen Augenbewegungsschlaf befindet. Daher können sie in diesem Schlafstadium nicht selbstständig mit der Stimulation beginnen und sich synchronisieren die Wellen des Gehirns. "Derzeit müssen wir Wissenschaftler dies in einem Schlaflabor tun", sagt Walker. "Wir müssen den Schlaf eines Menschen messen und dann den Stimulator im gewünschten Stimulationsrhythmus einschalten, um eine positive Wirkung zu erzielen." Das heißt, er glaubt, dass diese Probleme in fünf bis acht Jahren gelöst sein werden und dass diese Geräte Menschen mit Alzheimer, Demenz, Schlaflosigkeit, Depressionen und Angstzuständen helfen könnten.

Matthew Walker hielt das Publikum beim "Future is Here" -Festival mit einem faszinierenden Gespräch über den Schlaf wach. (Richard Gewächshaus Fotografie)

Walkers Forschungen haben die zentrale Rolle des Schlafs untersucht, der dem Gehirn dabei hilft, Erinnerungen zu schaffen und zu bewahren sowie ein emotional ausgeglichenes Verhalten aufrechtzuerhalten. Wenn es darum geht, starke Erinnerungen aufzubauen, ist Schlaf ein notwendiger Faktor sowohl für ihre Bildung als auch für ihre Beibehaltung.

"Schlaf nach dem Lernen ist wichtig, um die Schaltfläche" Speichern "zu drücken", sagt Walker. "Es ist auch wichtig, bevor man lernt."

In einer Studie, die er durchführte, betrachtete Walker zwei Gruppen von Studenten: eine Kontrollgruppe, die eine normale volle Nachtruhe hatte, und eine experimentelle Gruppe, die gebeten wurde, die ganze Nacht wach zu bleiben. Nach den jeweiligen Nächten mussten die Schüler eine Reihe von Wörtern lernen, die positive, negative und neutrale Assoziationen enthielten. Nach zwei Tagen Erholungsschlaf wurden sie gebeten, einen Erkennungstest durchzuführen. Walker entdeckte, dass diejenigen, die nicht geschlafen hatten, 40 Prozent weniger als ihre gut ausgeruhten Kollegen behielten.

Walker überwachte den Hippocampus der Studienteilnehmer, den Teil des Gehirns, in dem Erinnerungen empfangen werden, mit einem Elektroenzephalogramm (EEG), das die elektrische Aktivität aufzeichnete, während ihnen diese neuen Informationen beigebracht wurden. Er stellte fest, dass die Personen mit Schlafmangel nur minimale Anzeichen von Gehirntätigkeiten zeigten, während ihre wachen Freunde viel mit Lernen zu tun hatten.

"Es ist, als hätte Schlafentzug den Posteingang des Gehirns geschlossen", sagt er. "Sie konnten keine neuen, eingehenden Erinnerungen akzeptieren."

Als es um emotionale Reaktionen ging, bemerkte Walker, dass die schlaflosen Teilnehmer immer volatiler wurden und zwischen spontanem Schwindel und explosivem Zorn pendelten. Bei der Messung ihrer Reaktionen stellte er fest, dass die müden Schüler einen "um weit über 60 Prozent erhöhten, verschärften Reaktivitätsgrad" aufwiesen.

"Ohne Schlaf sind Sie alle ein emotionales Gaspedal und keine Bremse", sagt er, ein Verhaltensmuster, das auch mit vielen psychiatrischen Störungen verbunden ist, darunter Depressionen, Angstzustände und posttraumatische Belastungsstörungen.

Warum also, fragte sich Walker, waren die Studenten, die schliefen, besser gerüstet, um Erinnerungen zu schaffen? Was genau haben sie durch das Schlafen gewonnen? Mit Hilfe von Elektroden maß er die Gehirnaktivität der Schüler während sie schliefen und erlebte "starke Ausbrüche der Gehirnaktivität", die in einem bestimmten Stadium des Tiefschlafes auftreten, das als langsame Wellenphase bekannt ist.

"Diese spektakulären Ausbrüche elektrischer Aktivität wirken wie ein Dateitransfermechanismus", sagt Walker, "und erfrischen und verbessern Lernen und Gedächtnis."

In einer anderen Studie entdeckten Walker, sein Berkeley-Kollege Bryce A. Mander und Forscher vom California Pacific Medical Center in San Francisco, der University of California in San Diego und dem Lawrence Berkeley National Laboratory einen Zusammenhang zwischen Schlaf, Altern und Gedächtnisverlust. Es ist seit langem zu beobachten, dass mit zunehmendem Alter die Erinnerungen von Menschen weniger scharf werden. Mit zunehmendem Alter nimmt auch die Schlafqualität ab. Mander und Walker stellten fest, dass physische Veränderungen im Gehirn, die mit dem Alter des Menschen einhergehen, die Schlafqualität beeinträchtigen. Diese Veränderungen im Schlaf beeinträchtigen dann das Langzeitgedächtnis.

Matt Walker spricht beim Future Is Here Festival 2015 des Smithsonian Magazins

Walker fragt sich, ob es möglich wäre, die "starken Ausbrüche der Gehirnaktivität" des Tiefschlafs zu replizieren oder zu verstärken, um Menschen wie Alzheimer-Kranken dabei zu helfen, ihre Gedächtnisbildung und -erhaltung zu verbessern. Mithilfe von am Kopf angebrachten Elektroden konnten die Wissenschaftler den präfrontalen Bereichen der Patienten einen geringen Strom zuführen und die langsamen Wellen des Tiefschlafes simulieren, während die Träger bereits ruhten.

"Unsere Hoffnung für die Zukunft ist, dass wir durch die Anwendung dieser erschwinglichen Technologie auf ältere Erwachsene und Demenzkranke eine gewisse Qualität der schlafenden Gehirnwellenaktivität verbessern und wiederherstellen können, um so das Lernen und das Gedächtnis zu retten", sagt Walker. "Schlaf ist ein behandelbares Ziel."