Schlaf-Spindeln sind Mikroereignisse im menschlichen Gehirn, die wiederkehrend im Schlaf auftreten und etwa eine Sekunde lang dauern. Wenn eine Schlafspindel – sie zeigen ein spindelförmiges Muster im Elektroenzelphalogramm – auftritt, ist das Gehirn für Informationen von außen fast vollständig gesperrt, d.h., ein zu dieser Zeit auftretendes Geräusch löst keine Gehirnreaktion aus. Ertönt jedoch das Signal nur Sekundenbruchteile vor dem Auftreten der Schlaf-Spindeln, zeigt sich eine ähnliche Gehirnreaktion wie in wachem Zustand. Das bedeutet, dass die Wahrnehmung der Umwelt vom Gehirn gesteuert wird, wobei man annimmt, dass sich das Gehirn in dieser Zeit mit sich selber beschäftigt ist und etwa Neues speichert oder ins Gedächtnis einordnet. Man vermutet daher, Schlafspindeln als Rhythmusgeber im Schlaf, denn nach neueren Untersuchungen (Lecci et al., 2017) schaltet sich während des Schlafes das Bewusstsein ziemlich genau alle 25 Sekunden ein und wieder aus. Dieser zuerst an Mäusen entdeckte Befund wurde experimentell folgendermaßen untersucht: bei schlafenden Mäusen stellte man vor den Käfigen Lautsprecher auf und beschallte die Tiere mit einem kurzen Störgeräusch, wobei in etwa der Hälfte aller Fälle die Mäuse sofort auf wachten, während die andere Hälfte weiterschlief. Als Ursache entdeckte man, dass im Schlaf offenbar ein uralter innerer Rhythmus wirksam ist, den vermutlich alle Säugetiere besitzen. Während des Non-REM-Schlafes laufen Spindelwellen über die Großhirnrinde, wobei diese jeweils 25 Sekunden anschwellen und dann im gleichen Rhythmus wieder ab chwellen, d. h., in diesem Takt befindet sich auch das Bewusstsein, das für 25 Sekunden für äußere Reize empfänglich ist und dann für 25 Sekunden offline geht. Wie Experimente zeigten, gilt das nicht nur für Mäuse, sondern auch für Menschen, und auch das Herz passt sich diesem Rhythmus an und schlägt in der empfindsamen Schafphase schneller, d. h., es antizipiert, dass der Körper im Notfall aufwachen und aktiv werden muss. Wo allerdings diese Verbindung zwischen Herz und Gehirn zu finden ist, konnte noch nicht entdeckt werden, außer dass dadurch die Vermutung bestätigt werden konnte, dass sich Schlafstörungen negativ auf das Herz auswirken.
Schlafspindeln begleiten auch die nächtliche Informationsverarbeitung, wobei diese Gehirnstrommuster bei Kommunikationsvorgängen zwischen Gehirnregionen entstehen und die ganze Nacht über zu beobachten sind, und zwar zwölf bis fünfzehn Schlafspindeln pro Sekunde. Steigt der nächtliche Verarbeitungsaufwand, wirkt sich das auf das Muster der Schlafspindeln aus, denn hat man tagsüber viel gelernt, verändern sich die Morphologie und die Struktur der Schlafspindeln, d. h., sie werden mehr und dauern auch etwas länger. Dies ist zwar nur ein kleiner Effekt, aber er hilft dem Gehirn, die Informationen besser zu konsolidieren. Generell gilt, dass Menschen, deren EEG besonders viele Spindeln zeigt, im Schlaf weniger leicht gestört werden können, und auch ihre Gedächtnisleistung und ihre allgemeine Intelligenz sind meist höher. Dieses Verhalten könnte genetische Ursprünge haben aber auch aus frühkindlicher Stimulation resultieren.
In einem Experiment (Studte et al. 2015) konnte gezeigt werden, dass bereits ein kurzer Schlaf von 45 bis 60 Minuten das Gedächtnis um den Faktor fünf gegenüber Probanden, die nicht geschlafen hatten, verbessert. Eine Kontrollgruppe, die DVDs betrachtet hat, konnte sich deutlich schlechter an zuvor gelernten Wortpaare erinnern als die Versuchsgruppe, die nach dem Power Nap genauso gute Erinnerungsleistungen wie vor dem Schlaf zeigte, also unmittelbar danach, nachdem die Begriffe gelernt worden waren. Schlafspindeln spielen dabei eine wichtige Rolle bei der Konsolidierung von Erinnerungen während des Schlafs, wobei man nach dieser Studie nun annimmt, dass genau in diesen Phasen besonders jene Inhalte, die kurz vor dem Power Nap gelernt wurden, bevorzugt konsolidiert werden. Das bedeutet, dass neu erlernte Dinge im Gedächtnis in dieser Zeit mit einem Etikett versehen werden, durch das man sie später leichter wieder findet.
Neurobiofeedbacktraining mit Schlafspindeln
Nach Ansicht von Experten befinden sich Menschen mit Schlaflosigkeit in einem Zustand des Hyperarousal, also der Übererregung. Medikamente dämpfen häufig einfach die nächtlichen Gehirnaktivitäten und somit auch hilfreiche Funktionen wie die Konsolidierung von Gedächtnisinhalten, sodass tags darauf der Abruf schwer fällt. Mit einem Neurofeedbacktraining zur Verbesserung der Schlafqualität nutzt man die Schlafspindeln, also jene in EEG-Messungen erkennbare Muster, die durch ein rasches Auf und Ab der Hirnstromaktivität gekennzeichnet sind und besonders im Leichtschlafstadium auftreten. In einer Pilotstudie (Schabus et.al., 2014) an Menschen mit Schlafstörungen zwischen 19 und 50 Jahren wurden dabei die Gehirnschwingungen im Wachzustand auf einen Frequenzbereich zwischen 12 und 15 Hertz trainiert, also den sensomotorischen Rhythmus, denn dieser Frequenzbereich ist auch für den Leichtschlaf typisch und zeigt sich insbesondere während des Einschlafens als Schlafspindeln. In zehn Lerneinheiten konnten die Probanden und Probandinnen ihren eigenen sensomotorischen Rhythmus (gemessen mit EEG-Elektroden) am Computerbildschirm beobachten und steuern lernen. Als Aufgabenstellung sollten sie eine Kompassnadel am Bildschirm allein durch die Kraft der mentalen Entspannung auf einen grünen Punkt lenken. Sie bekamen immer dann positives visuelles Feedback, wenn sie diesen Punkt, also den Frequenzbereich zwischen 12 und 15 Hertz, erreichten. Durch das Training gelang es, bei 16 von 24 leicht beeinträchtigten Probanden und Probandinnen den sensomotorischen Rhythmus im Wachzustand und die Schlafspindeln zu verstärken. Jene, die gut auf das Training ansprachen, wiesen eine verbesserte Schlafqualität auf, wobei diese sowohl durch Self-Monitoring-Methoden erhoben, wie zum Beispiel Schlaftagebücher, als auch im Schlaflabor gemessen wurden. Alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer suchten das Schlaflabor insgesamt 21 Mal auf, wodurch die Effekte genau untersucht werden konnten. So konnten auch positive Effekte auf die Konsolidierung von Gedächtnisinhalten beim Erlernen und Wiedergeben von 80 Wortpaaren festgestellt werden, aber auch bei der subjektiven Schlafqualität der Schlafgestörten, die diese Art von Biofeedbacktraining erfolgreich absolvierten, zeigte sich eine Verbesserung, jedoch ebenso in einer reinen Placebo-Bedingung. Alletrdings sprachen Betroffene mit länger andauernder oder stärker ausgeprägter Schlaflosigkeit auf das Gehirnwellentraining nicht an und zeigten auch keine positiven Veränderungen von Schlaf oder Gedächtnis.
Literatur
Abel, M., Haller, V., Köck, H., Pötschke, S., Heib, D., Schabus, M. & Bäuml, K. H. T. (2019). Sleep reduces the testing effect-But not after corrective feedback and prolonged retention interval. Journal of Experimental Psychology: Learning Memory and Cognition, 45, 272-287.
Lecci, Sandro, Fernandez, Laura M. J., Weber, Frederik D., Cardis, Romain, Chatton, Jean-Yves, Born, Jan & Lüthi, Anita (2017). Coordinated infraslow neural and cardiac oscillations mark fragility and offline periods in mammalian sleep. Science Advances, 3, doi: 10.1126/sciadv.1602026.
Schabus, M. et.al. (2014). Enhancing sleep quality and memory in insomnia using instrumental sensorimotor rhythm conditioning. Biological Psychology 126–134.
Studte, S., Bridger, E. & Mecklinger, A. (2015). Nap sleep preserves associative but not item memory performance. Neurobiology of Learning and Memory, 120, 84–93.