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Schlaf

Frühkindliche Funktionsverschiebung

Im Kleinkindalter verändert sich die Bedeutung des Schlafs. (Bild: dragana991/iStock)

Warum brauchen wir Schlaf und Babys so besonders viel davon? Forscher liefern nun neue Hinweise auf die Bedeutung des noch immer mysteriösen Ruhezustands. Aus ihren Analysen von umfangreichen Schlafdaten geht hervor, dass im Alter von etwa zweieinhalb Jahren die primäre Rolle des Schlafs vom Aufbau der Nervenverbindungen recht abrupt zur Pflege und Reparatur des Gehirns übergeht. Diese Funktionsverschiebung scheint es auch bei anderen Säugetieren in ähnlichen Entwicklungsstadien zu geben, sagen die Wissenschaftler.

Ohne geht’s nicht: Schlafentzug kann zu lebensbedrohlichen Zuständen führen und chronischer Schlafmangel macht Mensch und Tier krank, belegen viele Studien. Trotz der offensichtlich großen Bedeutung des Ruhezustands, der etwa ein Drittel unseres Lebens einnimmt, gibt es noch immer viele Unklarheiten über die genauen Funktionen des Schlafs und warum sich seine Merkmale im Lauf des Lebens verändern. Ein Grundprinzip ist allerdings klar: Während des Schlummers legt nur der Körper eine Ruhepause ein – das Gehirn aber nicht.

Dieser Unruhe im Kopf werden viele spezielle Bedeutungen zugeschrieben, grundsätzlich geht man aber von zwei Hauptfunktionen aus, die im Schlaf ablaufen: Die im Wachzustand entstandenen Belastungsschäden im Nervengewebe werden repariert und Abfallsubstanzen werden entsorgt. Zudem laufen neuronale Reorganisationsprozesse ab: Teils auf der Grundlage von Erfahrungen im Wachzustand werden neue Nervenverbindungen aufgebaut, die für das Lernen und weitere kognitive Fähigkeiten wichtig sind. Die relative Bedeutung dieser beiden vermuteten Grundfunktionen erscheinen bisher jedoch unklar. Die Veränderungen des Schlafverhaltens im Verlauf der Kindheit ließen allerdings bereits vermuten, dass sich während der Entwicklung die Schwerpunkte der Hirnfunktionen verlagern.

Fragender Blick auf die Unruhe im Kopf

Dieser Spur ist nun ein internationales Team von Forschern aus den Bereichen Neurowissenschaften, Biologie, Mathematik und Statistik nachgegangen. Sie haben im Rahmen ihrer Studie die bisher umfassendste statistische Analyse des Schlafs durchgeführt. Sie werteten dazu Daten aus mehr als 60 Schlafstudien mit Menschen und einigen Säugetieren aus. Die Daten schlossen Informationen über die Merkmale des Schlafs während der Entwicklung ein – so etwa Schlafdaten von Kindern im Alter von 0 bis 15 Jahren. Auf der Grundlage der Messgrößen zu den Hirnstoffwechselraten, Hirnvolumen und der Verweildauer in den verschiedenen Schlafphasen entwickelten die Forscher Modelle zu den Schlaffunktionen und deren Veränderungen im Laufe der Entwicklung.

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Wie sie berichten, lieferten ihre Ergebnisse weitere Hinweise auf die Rolle der sogenannten REM-Schlafphase, bei der sich die Augen bewegen, sowie der NREM-Schlafphase, bei der diese Aktivität nicht auftritt. Es zeichnet sich den Forschern zufolge in den Daten ab, dass der REM-Schlaf in erster Linie für die Reorganisation des Gehirns und Lernprozesse verantwortlich ist, die in der frühen Entwicklung dominieren. Während des NREM-Schlafs laufen hingegen die Reparatur- und Pflegefunktionen des Nervengewebes ab.

Ab wann die Wartungsarbeiten überwiegen

In den Studienergebnissen wird in diesem Zusammenhang nun eine starke und abrupte Verschiebung deutlich, berichten die Wissenschaftler: Im Alter von etwa 2,4 Jahren wechselt die Dominanz vom REM-Schlaf zum NREM-Schlaf – es kommt demnach zu einer Bedeutungsverschiebung des Schlafs von der neuronalen Reorganisation zur Wartung. Vermutlich ist damit auch der Rückgang des Bedarfs verbunden: Der Mensch muss weniger schlafen, da nicht mehr so viele neue Nervenverbindungen gebildet werden müssen.

Die Studienergebnisse verdeutlichen zudem, wie der REM-Schlafanteil mit der Zunahme der Hirngröße während der Entwicklung abnimmt. Während Neugeborene etwa 50 Prozent ihrer Schlafzeit im REM-Schlaf verbringen, sinkt dieser Anteil bis zum Alter von zehn Jahren auf etwa 25 Prozent und nimmt dann mit zunehmendem Alter immer weiter ab. Erwachsene, die älter als 50 Jahre sind, verbringen nur noch etwa 15 Prozent ihrer Schlafzeit im REM-Schlaf.

Der deutliche Kipppunkt bei der Verschiebung zwischen den Schlafphasen mit etwa zweieinhalb Jahren markiert offenbar die Hauptveränderung im Rahmen der Entwicklung des Schlafs, sagen die Forscher. „Ich war überrascht, wie deutlich diese Veränderung innerhalb kurzer Zeit ist und dass dieser Wechsel eintritt, wenn wir so jung sind“, sagt Co-Autor Van Savage von der University of California in Los Angeles.
Wie seine Kollegin Gina Poe hervorhebt, verdeutlichen die Ergebnisse allerdings auch eine Regel: „Babys sollte man während des REM-Schlafs nicht aufwecken, denn in dieser Phase laufen in ihren Gehirnen wichtige Arbeiten ab“, so Poe.

Die Wissenschaftler sehen in ihren Ergebnissen nun wichtige Hinweise für die Schlafforschung und Ansatzpunkte für weitere Untersuchungen. Ihre vorläufigen Ergebnisse zu den Auswertungen der Schlafdaten von Kaninchen, Ratten und Meerschweinchen legen nahe, dass es auch bei ihrer Entwicklung zu einem ähnlichen Übergang der Funktion des Schlafs wie beim Menschen kommt. Inwieweit es sich somit um ein generelles Prinzip handeln könnte, wollen die Forscher nun weiter ausloten. „Mich interessiert sehr, ob sich unsere Ergebnisse auch auf andere Säugetiere ausdehnen lassen“, sagt Erstautorin Junyu Cao von der University of Texas in Austin abschließend.

Quelle: University of California – Los Angeles, Santa Fe Institute, Fachartikel: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aba0398

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