Das Gehirn hört auch beim Schlafen zu

Erkenntnisse dank implantierter Elektroden im Gehirn

Die Frage, ob auditive Eingaben im Tiefschlaf noch analysiert und verarbeitet werden, beschäftigt Neurowissenschaftler seit vielen Jahren. Aber erst jetzt haben die israelischen Forscher diese Frage tatsächlich beantwortet – dank einer Gruppe von Patienten mit Epilepsie, die an der Studie beteiligt waren.

Das Problem war bisher, dass tief in das menschliche Gehirn implantierte Elektrodensensoren für das Sammeln von Daten benötigt wurden. Nur diese Art von Sensoren können tatsächlich anzeigen, genau welche Regionen des Gehirns im Schlaf aktiv sind. Diese Sensoren sammeln hochauflösende Überwachungsdaten, die auch die Aktivität einzelner Neuronen notieren, wenn sie als Reaktion auf bestimmte Reize feuerten.

Epileptiker meldeten sich freiwillig

„Aus verständlichen Gründen können Elektroden nicht nur für wissenschaftliche Zwecke in das Gehirn lebender Menschen implantiert werden“, erklärt Yuval Nir, einer der Hauptautoren der Studie. „Aber in dieser Studie konnten wir ein spezielles medizinisches Verfahren anwenden, bei dem Elektroden in das Gehirn von Epilepsiepatienten implantiert wurden, um die Aktivität in verschiedenen Teilen ihres Gehirns zu Diagnose- und Behandlungszwecken zu überwachen.“

Die Studienteilnehmer erklärten sich freiwillig bereit, den Neurowissenschaftlern bei den Untersuchungen zu helfen. Das Ziel war herauszufinden, wie unterschiedlich das Gehirn auditive Stimulation verarbeitet. Besonders interessiert waren die Wissenschaftler daran, zu sehen, wie dieser Prozess im wachen und im schlafenden Zustand abläuft.

8 Jahre lang Daten von über 700 Neuronen gesammelt

Dafür wurde eine Reihe von Geräuschen an den Betten der Teilnehmer abgespielt, während sie sich ausruhten und schliefen. Gleichzeitig wurde die elektrische Aktivität im Gehirn in verschiedenen Wach- und Schlafstadien verfolgt.

Im Laufe der 8 Jahre dauernden Studie sammelten Nir und Kollegen Daten von über 700 einzelnen Neuronen.

Hanna Hayat, die Forschungsleiterin, erklärte, dass Experten bisher offensichtlich einer falschen Annahme folgten. Vor der neuen Studie wurde angenommen, dass Schallsignale von den Ohren während des Schlafs schnell abklingen, sobald sie die Großhirnrinde des Gehirns erreichen. Die aktuelle Studie zeigte jetzt jedoch genau das Gegenteil.

Stärkere Reaktion des Gehirns im Schlaf als erwartet

„Als wir uns die Daten von den Elektroden ansahen, stellten wir überrascht fest, dass die Reaktion des Gehirns während des Schlafs viel stärker und umfassender war, als wir erwartet hatten“, sagte Hayat. „Die Stärke der Gehirnreaktion während des Schlafs war der während des Wachzustands beobachteten Reaktion ähnlich, bis auf ein spezifisches Merkmal, bei dem ein dramatischer Unterschied festgestellt wurde: das Aktivitätsniveau von Alpha-Beta-Wellen.“

Während Sie Ihre Träume erleben und sich vom wachen Bewusstsein verabschiedet haben, bleibt Ihr Gehirn also weiter auf der Hut. Es lauscht auf Geräusche und erkennt, ob etwas, das Sie hören, wichtig genug ist, um Sie aufzuwecken.

Tür geöffnet für Bewusstseinsforschung im Schlaf

Nir sagte, dass diese Daten eine Spur von Brotkrümeln zur Entschlüsselung uralter Geheimnisse liefern. Als Beispiel nannte sie die Frage, was Bewusstsein ist. „Was ist der ‚X-Faktor‘, die Gehirnaktivität, die einzigartig für das Bewusstsein ist und es uns ermöglicht, uns der Dinge bewusst zu sein, die um uns herum passieren, wenn wir wach sind, und verschwindet, wenn wir schlafen?“ fragte Nir. Er betonte, dass diese Studie die Tür für zukünftige Arbeiten öffnet, um diese Mechanismen tiefer zu erforschen.

„Zusätzlich haben wir, nachdem wir ein spezifisches Gehirnmerkmal identifiziert haben, das sich zwischen Bewusstseins- und Bewusstlosigkeitszuständen unterscheidet, jetzt ein eindeutiges quantitatives Maß – das erste seiner Art – um das Bewusstsein einer Person für eingehende Geräusche zu bewerten“, fügte Nir hinzu.

Wichtige Daten für Personen im Koma

Fortschrittliche Technologien zur nicht-invasiven Überwachung der Gehirnaktivität könnten dazu beitragen, den Bewusstseinszustand einer Person genauer zu messen – Daten, die besonders wichtig sind, wenn eine Person sediert ist, im Koma liegt oder mit Demenz lebt.

„In solchen Fällen könnten niedrige Alpha-Beta-Wellen als Reaktion auf Geräusche darauf hindeuten, dass eine Person, die als bewusstlos gilt, tatsächlich die Worte wahrnimmt und versteht, was um sie herum gesagt wird“, kommentierte Nir.

„Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse als Grundlage für die Entwicklung effektiver neuer Methoden zur Messung des Bewusstseinsgrades von Personen dienen, die sich angeblich in verschiedenen Zuständen der Bewusstlosigkeit befinden.“

Quelle:

Hayat, H., Marmelshtein, A., Krom, A.J. et al. Reduced neural feedback signaling despite robust neuron and gamma auditory responses during human sleep. Nat Neurosci 25, 935–943 (2022). https://doi.org/10.1038/s41593-022-01107-4 (https://www.nature.com/articles/s41593-022-01107-4)