Schlafforschung: Nachts im Labor - Warum wir schlafen müssen & dabei lernen können

Lernt der Mensch im Schlaf? Mit High-Tech-Methoden versuchen Wiener Forscher Eigenheiten und Sinn des nächtlichen Stillstands zu ergründen und den Ursachen der 88 verschiedenen Schlafstörungen auf die Spur zu kommen.

Acht Linien sind auf dem Monitor zu sehen. Sie zeichnen ein bizarres Muster: engmaschiges Zickzack, weitläufige Berg-und-Tal-Landschaften, Ebenen mit scharfen vertikalen Ausreißern. Vor dem Bildschirm sitzt Cornelia Sauter, 35. Seit zehn Jahren erforscht die Psychologin am Institut für Neurologie im Wiener AKH den Schlaf, liest in den Diagrammen, als hätte sie die Website ihrer Tageszeitung vor sich: „Hier haben wir einen Atemaussetzer“, sagt Sauter und blättert per Tastenklick weiter, „hier beginnt eine Phase reger Träume.“

Nächte aus dem Labor – jede davon zerstückelt in etwa 900 Einheiten von 30 Sekunden Schlaf – sind das Material, aus dem die Schlafforscher ihre Erkenntnisse gewinnen. An die zwei Stunden benötigt Sauter, um so ein digitalisiertes Schlafprotokoll mithilfe eines spezialisierten Computerprogramms zu analysieren. Die Aufzeichnungen geben ihr Informationen über die Hirntätigkeit des Schlafenden, über seine Atmung, die Stellung seines Körpers und die Bewegung seiner Augen, über Muskelaktivität und Sauerstoffsättigung. Mit modernsten High-Tech-Methoden versuchen Sauter und ihre Kollegen im Labor zu ergründen, was der biologische, der neurologische und der kognitionspsychologische Sinn des Schlafes ist und welche Auswirkungen es hat, wenn die Ruhephase gestört ist.

Damit die Daten fließen können, muss sich der Schlafpatient vor der Bettruhe gründlich verkabeln lassen: Elektroden werden an der Kopfhaut fixiert, unter den Augen, am Kinn, an Schlüssel- und Schienbein. Unter der Nase werden Sensoren angebracht, elastische Gürtel über den Bauch gezogen. Eine ganze Stunde dauert die Prozedur, bis jeder der bis zu 23 Kontakte richtig platziert ist. Neben dem Bett laufen die Kabel in einer Box zusammen, möglichst lose sind sie geführt, schließlich soll dem Patienten oder der Patientin trotz aller Elektronik noch das Wesentliche gelingen: das Schlafen.

Erholungsprozess, Regenerationsphase, nächtliche Auszeit. Der Mensch verschläft ein Drittel seines Lebens. 16 Stunden Schlaf pro Tag benötigen Neugeborene, elf Stunden Kinder, Erwachsene rund acht, ältere Menschen sechs. „Schlaf gut!“ lautet üblicherweise der letzte Gruß vor der Nachtruhe, „Gut geschlafen?“ die rituelle erste Frage nach dem morgendlichen Erwachen. Ist in den Stunden dazwischen alles glatt gegangen – nach wenigen Minuten im Bett hat sich der erste Leichtschlaf eingestellt, die fünf Schlafphasen haben sich mehrmals ohne Unterbrechung aneinander gereiht –, ist das Thema für gewöhnlich erledigt. Ein bemerkenswerter Traum wird vielleicht noch erinnert, bevor sich die Aufmerksamkeit dem Tagesgeschehen zuwendet.

Lebensthema. Anders, wenn es nicht klappen will mit der nächtlichen Ruhe: Dann gerät nicht selten auch alles andere aus dem Lot, der Tatendrang und die Gesundheit, die Sicherheit, der Optimismus, die Lebensfreude. Bleibt er aus, kann der Schlaf zum alles verdrängenden Lebensthema werden. Durchaus kein Randphänomen: Jeder dritte Mitteleuropäer schläft regelmäßig schlecht. Schlaftabletten gehören zu den meistkonsumierten Medikamenten. Die Weltgesundheitsorganisation zählt Schlafstörungen zu den größten medizinischen Herausforderungen der kommenden Jahrzehnte.

„Enormer Leidensdruck, wenig Verständnis von den Mitmenschen“, umreißt Brigitte Edlinger, 53, ihre Erfahrungen mit jahrelangem Schlafdefizit. „Du wirst immer müder, immer erschöpfter und unkonzentrierter, schaffst die Arbeit nicht mehr, bist verzweifelt“, beschreibt die Klagenfurterin, bei der vor zwei Jahren das so genannte Restless Legs Syndrom (RLS) diagnostiziert wurde, die zermürbende Routine durchwachter Nächte, die sie schließlich bis in die Depression führte.

Der Körper fordert den Schlaf mit Vehemenz ein – auch wenn etwa der Job das Wachbleiben gebietet: Nach 18 durchwachten Stunden werden die Lider schwer, die Gedanken träge. Nach 20 Stunden verschwimmen die Buchstaben auf dem Bildschirm, Sätze müssen mehrmals gelesen werden, bis ihr Inhalt ins Bewusstsein dringt. Sekundenlange Aussetzer werden jetzt immer wahrscheinlicher, ein Auto zu lenken ist riskant. Nach der ersten durchgemachten Nacht ist das Reaktionsvermögen genauso herabgesetzt wie bei einem Alkoholspiegel von 0,8 Promille. Nach der zweiten droht der Kollaps.

Nahrungsaufnahme, Sex und Schlaf sind im gesamten Tierreich Voraussetzungen für das Überleben einer Gattung – doch während die ersten beiden Aktivitäten extensiv erforscht werden, liegt in Bezug auf die regelmäßige nächtliche Ruhephase im wahrsten Sinn des Wortes noch vieles im Dunklen. Zweifelsfrei steht fest, dass im Schlaf notwendige Reparaturarbeiten an Zellen und Organen stattfinden, das Immunsystem aufrüstet. Warum aber kann diese Regeneration nicht vor sich gehen, während wir Musik hören, ein gutes Buch lesen oder uns die x-te Wiederholung einer amerikanischen Fernsehserie zu Gemüte führen? Warum müssen wir acht Stunden täglich in einem völlig veränderten Bewusstseinszustand zubringen, der im Vergleich zu den vielfältigen Möglichkeiten des Wachzustandes aufs Erste doch ziemlich uninteressant wirkt?

Der römische Dichter Ovid deutete den Schlaf vor rund 2000 Jahren als „Abbild des Todes“ – und lag damit völlig falsch. „Es ist ein höchst aktiver Zustand“, betont Schlafforscherin Sauter und verweist auf die Diagramme auf ihrem Monitor. Dort zeigt das Kurvenbild der Hirnstromwellen die fünf verschiedenen Schlafstadien, die nach einem genauen Muster aufeinander folgen: zwei Phasen Leichtschlaf, zwei Phasen Tiefschlaf und der nach den regen Augenbewegungen (Rapid Eye Movement) benannte REM-Schlaf, der uns die meisten Träume beschert (siehe Kasten). Vier bis fünf solcher Zyklen werden in einer Nacht durchlaufen, in den ersten überwiegen die besonders erholsamen Tiefschlafphasen, in den späteren die REM-Stadien – was erklärt, wieso die Träume in den Morgenstunden besonders intensiv sind. Von Ruhe und Passivität kann keine Rede sein – ausgeschaltet ist lediglich die Kontrollinstanz des Wachbewusstseins.

Viele Spekulationen gibt es über Sinn und Zweck des nächtlichen Knock-outs – endgültige Antworten konnten bisher nicht gefunden werden. Von der Natur programmierte Energiesparmaßnahme? Kein Organ verbraucht mehr Energie als das – im Schlaf hochaktive – Gehirn. Erholungsphase für die Muskulatur? Herz- und Atmungsmuskeln arbeiten weiter. Fest steht, dass Hormone und Enzyme, die der Körper untertags verbraucht, in der Nacht reproduziert werden. Allerdings: Einige dieser Schwankungen unterliegen dem 24-stündigen Biorhythmus – unabhängig davon, ob Schlaf eintritt oder nicht.

Klug durch Schlaf? „Schlafentzug macht dumm“, proklamierte der Begründer der modernen Schlafmedizin, William C. Dement, der an der kalifornischen Stanford-Universität forscht und lehrt. Aufmerksamkeit, Reaktionsvermögen, logisches Denken und Wortschatz leiden mit zunehmender Müdigkeit. Eine Nacht durchzumachen, um den Termin für eine Projektabgabe einzuhalten oder um noch den ganzen Prüfungsstoff durchzupauken, ist nur in den seltensten Fällen eine gute Idee. Und nach zwei durchwachten Nächten ist die kognitive Kapazität um ganze 60 Prozent gesunken.

Ist der Umkehrschluss zulässig? Macht Schlaf klug? Es sieht ganz danach aus: Einig sind sich die Experten jedenfalls in der Überzeugung, dass das Gehirn von einer ausreichenden Menge Schlaf profitiert. Während der Nachtruhe werden Langzeiterinnerungen verfestigt. Das Gehirn, so scheint es, ist nächtens damit beschäftigt, die tagsüber eingegangenen Informationen zu verarbeiten, zu ordnen und einzuspeichern. Ein Problem erst einmal gründlich zu überschlafen, wie der Volksmund empfiehlt, könnte also aus neurobiologischer Sicht durchaus Sinn machen. So rückt der Zusammenhang zwischen Schlaf und Gedächtnis, zwischen Schlaf und Lernen zunehmend in den Mittelpunkt der Schlafforschung.

Auch das Team um Josef Zeitlhofer am Institut für Neurologie des Wiener AKH, zu dem Psychologin Sauter gehört, forscht in diese Richtung. Im Rahmen des so genannten Mittagsschlaf-Projekts – an dem auch das Institut für Psychiatrie der Wiener Universitätsklinik und die Abteilung für Physiologische Psychologie der Universität Salzburg beteiligt sind – werden knapp 100 Studenten im Alter zwischen 20 und 30 Jahren vor zwei Lernaufgaben gestellt. Eine Gruppe muss vorgedruckte Figuren spiegelverkehrt nachzeichnen. Die andere soll sich 160 Wortpaare einprägen, wobei die beiden jeweiligen Wörter keinen sinnmäßigen Zusammenhang aufweisen – etwa „Apfel – Haus“.

Nach zwei Lerndurchgängen von je einer halben Stunde wird der Lernerfolg abgefragt. Danach zieht sich die Hälfte der Versuchspersonen zu einem 90-minütigen Mittagsschläfchen zurück. Die anderen dürfen sich ausruhen, müssen aber wach bleiben. Am Nachmittag wird das Gelernte neuerlich geprüft.

Die Endergebnisse der Studie werden im Herbst präsentiert. Erste Zwischenergebnisse sind beeindruckend: Jene Spiegelzeichner, die ein Schläfchen halten durften, erreichten anschließend eine 50-prozentige Leistungssteigerung. Versuchspersonen, denen nur Ruhe ohne Schlaf gegönnt war, verbesserten sich nicht.

„Spannend wird, ob sich bei den Wortpaaren auch eine deutliche Verbesserung erreichen lässt“, erklärt Sauter. Das Lernen von spiegelverkehrtem Zeichnen und das von Wortpaaren sind unterschiedliche Formen der Wissensaneignung. Ersteres zählt zum prozeduralen Lernen, bei dem es um das Einprägen von Bewegungsmustern und körperlichen Abläufen geht. Das Bewusstsein ist dabei weit gehend ausgeschaltet. Beim Rad- oder Autofahren wird auf prozedurales Wissen zurückgegriffen. Dass sich solche Lernleistungen vor allem durch REM-Schlaf steigern lassen, haben Experimente in den vergangenen Jahren bereits mehrfach belegt. Es scheint geradezu, als würde das Gehirn über Nacht weiterüben.

Ein Indiz dafür ist der unter Computerspielern bekannte Tetris-Effekt: Wer tagsüber stundenlang dem Spiel mit den herabsinkenden Würfeln frönt, wird diese auch beim Einschlafen vor seinem geistigen Auge schlichten. Der Schlafforscher Robert Stickgold von der Harvard-Universität weckte Tetris-Junkies aus dem Leichtschlaf: Auch sie waren im Geist noch mit den fallenden Bausteinen beschäftigt.

Lernprozesse. Das Einprägen von Wortpaaren dagegen gehört zum deklarativen Lernen. Die neuen Erkenntnisse müssen mit bereits vorhandenem Wissen verknüpft werden – ein besonders komplexer Lernprozess. Die These der Wiener und Salzburger Schlafforscher: Sowohl früher Tiefschlaf als auch REM-Schlaf ist zur Gedächtnisverfestigung notwendig. Bei deklarativem Lernen der Wortpaare spielt der Tiefschlaf eine wichtigere Rolle als der REM-Schlaf. Unterschiedliche Schlafstadien sind für die unterschiedlichen Lernprozesse von Bedeutung.

Wie aber wirken sich diese Erkenntnisse auf die Praxis aus? Sollte in der Diskussion um die Ganztagsschule die Forderung nach einem gemeinsamen Mittagsschlaf eingebracht werden? Sollen die Schulaufgaben besser kurz vor dem Schlafengehen erledigt werden? Schlafforscher sind sich jedenfalls einig, dass der Schulbeginn um 8 Uhr früh mit dem Biorhythmus der Kinder kollidiert.

Der regelmäßige Mittagsschlaf käme auch Erwachsenen zugute. Ein Nickerchen von maximal 30 Minuten erhöht nicht nur Reaktions- und Konzentrationsfähigkeit beträchtlich, sondern verbessert auch die Stimmung. Während die Bewohner mediterraner Länder wegen der Anpassung an mitteleuropäische Arbeitszeiten immer öfter auf ihre Siesta verzichten müssen, ist in den USA vereinzelt ein Trend zum so genannten Power-Nap (Kraftschläfchen) zu orten. Handliche Nap-Sets mit Matte und Polster sind bereits auf dem Markt. Auch im leistungsorientierten Japan wird zunehmend auf den Mittagsschlaf gesetzt: In mobilen Nap-Shops können Schlafbedürftige eine Röhre für die kurze Rast mieten.

„Der Schlaf ist ein Zustand des Gleichgewichts, eine Art Ungeheuer, in dem der Körper verschwindet“ – so sah es der katalanische Surrealist Salvador Dalí. In Wirklichkeit aber scheint eher der Schlaf aufgefressen zu werden, von den unendlichen Verlockungen und den mannigfaltigen Krankheitsbildern der städtischen Zivilisation. Jeder vierte Österreicher kämpft mit Ein- oder Durchschlafproblemen, die Dunkelziffer ist vermutlich deutlich höher. 17 Prozent aller Kinder schlafen regelmäßig schlecht. 88 verschiedene Schlafstörungen sind bekannt, darunter so unterschiedliche Phänomene wie die obstruktive Schlafapnoe (siehe Kasten auf Seite 114), Zähneknirschen, alkoholinduzierte Schlafprobleme, Panikstörungen und nächtliche Beinkrämpfe. Auch Depressionen, Angst- oder Belastungsstörungen lassen viele Menschen in der Nacht nicht zur Ruhe kommen.

Vier Jahre lang stellte sich Brigitte Edlinger einer Untersuchung nach der anderen, bis ihr Hausarzt schließlich die Ursache ihrer Qual erkannte. Seither bekämpft sie die Symptome des Restless Leg Syndrom (RLS) – unerträgliches Ziehen und Kribbeln in den Beinen – mit Medikamenten und findet dadurch in der Nacht zumindest wieder leichten Schlaf. Doch die Lebens- und Schlafqualität vergangener Jahre hat sie nie wieder erreicht. Ihre Arbeit im Sekretariat eines Krankenhauses musste sie aufgeben, eine Frühpension bekommt sie nicht. Obwohl das öffentliche Bewusstein über das schlafraubende RLS in den vergangenen Jahren gestiegen ist, erkennt die Sozialversicherung die Arbeitsunfähigkeit der Frau nicht an.

Edlinger leitet mittlerweile eine Selbsthilfegruppe für Menschen, die am gleichen Leiden erkrankt sind wie sie selbst. 60 RLS-Patienten kommen dort regelmäßig zusammen; möglicherweise 800.000 Österreicher, schätzt der Grazer Schlafforscher Manfred Walzl, sind österreichweit von der Krankheit betroffen. Viele kämpfen jahrzehntelang mit der Schlaflosigkeit, ohne zu wissen, woran sie eigentlich leiden.

Das ist für Schlafschwierigkeiten geradezu symptomatisch. „Wir müssen messen, bevor wir behandeln, genauso wie wir es bei Diabetes oder Bluthochdruck tun“, vergleicht der Psychiater Bernd Saletu, Pionier der österreichischen Schlafforschung und Leiter des Schlaflabors am Institut für Psychiatrie im Wiener AKH. „Um zu wissen, was wir verschreiben, brauchen wir Daten.“ Diese sammelt der passionierte Wissenschafter auch nach über 20-jähriger Beschäftigung mit dem Schlaf noch immer mit Begeisterung. „Die Zusammenhänge, die wir derzeit entdecken, sind ungeheuer aufregend“, schwärmt er. Kummer bereitet ihm dagegen die enorme Schere, die sich in seinem Fach zwischen Bedarf und Möglichkeiten auftut: Für 25 Prozent der Bevölkerung – die geschätzte Quote der in Österreich unter Schlafstörung Leidenden – gibt es bundesweit gerade 16 akkreditierte Schlaflabors. Wer sich heute um einen Platz in einem der beiden Betten in Saletus Schlaflabor bemüht, wird sich bis Februar gedulden müssen.

Folge: Schlafstörungen werden oft falsch behandelt. „Nehmen Sie eine Angststörung und eine Depression“, erläutert Saletu. „Beide Patienten schlafen schlecht, beide fühlen sich nicht wohl. Die Schlafarchitektur aber ist in den beiden Fällen völlig unterschiedlich gestört.“ Bei der Depression zeigt sich ein Mangel an Tiefschlaf, bei der Angststörung zu viel davon. Je nach konkretem Fall müssen unterschiedliche Psychopharmaka verabreicht werden, die jeweils unterschiedliche Schlafphasen beeinflussen. In der Praxis werde aber zunächst „wie wild drauflosbehandelt“, bedauert Saletu, der die Schlafforschung zur Familienangelegenheit gemacht hat: Seine Frau, Gerda Saletu-Zyhlarz, forscht am selben Institut wie er, gemeinsam haben sie vor drei Jahren ein umfassendes Handbuch des Schlafs verfasst. Sohn Alexander steuert als Zahnmediziner Know-how zur Schlafforschung bei, Sohn Michael als Neurologe.

„Die Beschäftigung mit dem Schlaf nimmt stark zu“, freut sich der Psychiater, das Interesse von Patienten und Patientinnen sei mit einem Mal enorm. Umso dringlicher wird sein, dass auch die Ärzteschaft das Problemfeld zur Kenntnis nimmt. Künftige Medizinergenerationen werden sich mit dem Forschungsgebiet Schlaf sowie den gewonnenen Erkenntnissen jedenfalls befassen müssen: Seit dem vergangenen Wintersemester ist Saletus Vorlesung im Curriculum der Medizinischen Universität Wien als Pflichtvorlesung verankert.

Übermüdung. Die Folgen der nicht oder falsch behandelten Schlafstörungen sind nicht nur für Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit der Betroffenen drama-tisch: Während jedes Kind über das erhöhte Sicherheitsrisiko bei Alkoholkonsum Bescheid weiß, besteht kaum Bewusstsein dafür, wie riskant es ist, sich übermüdet durchs Leben zu bewegen. Jeder dritte Autounfall wird durch Übermüdung ausgelöst, bei jedem vierten tödlichen Unfall ist Schlafmangel im Spiel (siehe Interview auf Seite 116). Ändern würden das routinemäßige Schläfrigkeitskontrollen, ähnlich den Alkotests – bloß sind die dafür notwendigen pupillometrischen Messungen deutlich komplizierter als das Blasen in den Alkomat. Ein erstes Pilotprojekt der Pupillenkontrolle von Fahrzeuglenkern soll ab Herbst in Oberösterreich starten.

Nicht nur so mancher Crash auf der Autobahn ist auf Übermüdung zurückzuführen. Viele durch menschliches Versagen ausgelöste Unfälle mit oftmals gravierenden Folgen nahmen während der Nachtschicht ihren Lauf: Der Reaktorunfall von Tschernobyl wurde kurz vor halb zwei Uhr nachts ausgelöst, etwa um die gleiche Uhrzeit explodierte die Chemiefabrik im indischen Bhopal, der Unfall im amerikanischen Atomkraftwerk Three Mile Island erreignete sich um vier Uhr früh.

Die Schichtarbeit, nicht mehr wegzudenken aus der Rund-um-die-Uhr-Gesellschaft des globalisierten Zeitalters, spielt dem menschlichen Biorhythmus besonders übel mit. Betroffen sind immerhin zehn Prozent der arbeitenden Bevölkerung: Industriearbeiter, Krankenhauspersonal, Zugsführer, Piloten. Anders als beim Bäcker, der tagaus, tagein um zwei Uhr aufstehen muss, bringen die ständig wechselnden Arbeitsschichten die innere Uhr völlig durcheinander, vermerkt Schlafforscher Walzl. Manche Menschen gewöhnen sich nie an die wechselnden Arbeitszeiten, können den verpassten Schlaf kaum nachholen und leiden beständig unter Müdigkeit. Die Betriebe, so der Appell des Schlafexperten, sollten bei der Erstellung der Dienstpläne unbedingt die Eigenheiten des menschlichen Biorhythmus berücksichtigen: Leichter zu ertragen sind die wechselnden Schichten bei Vorwärtsrotation – auf den Spätdienst sollte die Frühschicht, auf diese die Nachtschicht und schließlich der freie Tag folgen.

Die Pharmakologie hofft indes schon auf Mittel, welche die innere Uhr verstellen können: So wie Melatonin-Präparate das schlafauslösende Hormon in den Blutkreislauf befördern und damit Müdigkeit erzeugen können, sollten diese neuen Präparate den gegenteiligen Effekt erzielen und den Körper damit am Schläfrigwerden hindern. Das sensible Uhrwerk des Menschen medikamentös zu manipulieren ist allerdings ein riskantes Unterfangen. Andere Versuche der Schlafforschung zielen darauf ab, Schichtarbeitern mit extrem hellem, dem Sonnenlicht nachempfundenem Licht über die Spätschicht zu helfen.

„Vier Stunden schläft der Mann, fünf die Frau, sechs ein Idiot“, soll Napoleon geprahlt haben. Der Überlieferung zufolge soll der Eroberer dann aber auch beim heimlichen Power-Nap erwischt worden sein. Die schlechte Nachricht: Wie viel Schlaf jeder Mensch braucht, dürfte genetisch programmiert sein – und damit kaum veränderbar. Es gibt Menschen, die tatsächlich mit vier Stunden Schlaf auskommen. Lernen oder üben kann man das nicht.

Beruhigend. So wird unsere innere Uhr allabendlich auf die Probe gestellt: Wer etwa entgegen aller guten Vorsätze einfach sitzen bleibt vor dem Computer, an der Bar oder wenn um 23 Uhr die Harald-Schmidt-Show anläuft, der büßt am nächsten Tag mit Müdigkeit und – so lassen die jüngsten Erkenntnisse der Schlafforschung vermuten – mit mangelnder Brillanz.

Beruhigend daran mag sein, dass Schlafforscher Saletu das für völlig normal hält. „Man will doch was haben vom Leben“, resümiert er gelassen, „und den meisten Spaß gibt’s eben am Abend.“

Von Irene Jancsy