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Wie Schlaf das räumliche Gedächtnis fördert

Die Schlafphase, in der wir träumen, spielt eine wichtige Rolle für das Gedächtnis. Warum das so ist, war bislang unklar. Zum ersten Mal konnte eine internationale Forschergruppe mit Berner Beteiligung einen kausalen Zusammenhang zwischen dieser Schlafphase und der räumlichen Erinnerung nachweisen.

Wenn unser Gehirn neue Informationen erhält, werden diese auf verschiedene Arten gespeichert – zum Beispiel als räumliche Erinnerung – und später wieder abgerufen, etwa für die räumliche Orientierung in einer Stadt. Seit Jahrzehnten wird vermutet, dass eine bestimmte Schlafphase, die sogenannte REM (Rapid Eye Movement)-Phase, in der wir träumen, direkt an der Entstehung von solchen Gedächtnisleistungen beteiligt ist.

«Hunderte von Studien haben bereits versucht, einen kausalen Zusammenhang zwischen REM-Schlaf und Erinnerung herzustellen», sagt Prof. Antoine Adamantidis, Gruppenleiter Neurologie des Departements Klinische Forschung der Universität Bern und Schlaf-Wach-Epilepsie-Zentrum des Inselspitals Bern. «Bisher konnte jedoch die Aktivität von Nervenzellen während des REM-Schlafes mittels traditioneller Methoden nicht isoliert untersucht werden.»

Dies ist nun dank einer neuen Technologie erstmals gelungen. Zusammen mit Forschenden um den Psychiatrieprofessor Sylvain Williams des Douglas Mental Health University Institute und der McGill University in Montreal, Kanada, beschreibt Adamantidis einen Mechanismus im Mausmodell, der essenziell ist für die räumliche Erinnerung. Die Studie wurde nun im Journal «Science» publiziert.

«GPS» des Gehirns beeinflusst

Für ihre Studie setzten die Forschenden die Optogenetik ein – eine relativ neue Technik, die es erlaubt, genetisch veränderte Nervenzellen im Gehirn mittels Licht «fernzusteuern». Im Visier hatten sie dabei insbesondere eine Formation von Nervenzellen, welche den Hippocampus regulieren, eine Gehirnregion, die im Wachzustand eine zentrale Rolle spielt für das räumliche Gedächtnis und die deshalb als «GPS-System» des Gehirns bezeichnet wird.

Nachdem die Forschergruppe Mäuse so trainiert hatte, dass sie eine räumliche Orientierungs-Aufgabe lösen konnten, beobachteten sie sie im Schlaf. Mittels Lichtpulsen unterdrückten sie die für die räumliche Gedächtnisleistung zuständigen Nervenzellen während der REM-Phase. Am nächsten Tag testeten die Forschenden, ob die Mäuse sich an die Aufgabe vom Vortag erinnerten, und stellten fest, dass deren räumliche Orientierung signifikant schwächer war. «Als wir die Aktivität derselben Nervenzellen ausserhalb der REM-Phase unterdrückten, hatte dies keinen Effekt auf das Gedächtnis», sagt Adamantidis. «Dies zeigt, dass die REM-Phase für die räumliche Erinnerung nötig ist».

Bedeutend für Therapie von Schlaf- und Gedächtnisstörungen

Laut den Forschenden wäre es nun interessant zu wissen, ob und wie die Aktivität von Nervenzellen in der REM- und Tiefschlafphase koordiniert werden, um unterschiedliche Arten von Gedächtnis zu generieren. Die Ergebnisse der Studie können auch für die Behandlung von Schlafstörungen von Bedeutung sein, da diese heute zu den häufigsten Gesundheitsproblemen zählen. Schlafmangel verursacht zahllose Auto- oder Arbeitsunfälle und wird mit mehreren Erkrankungen des Gehirns in Verbindung gebracht – darunter die Alzheimer-Krankheit. «Auffallend ist, dass die REM-Phase in solchen Krankheiten oft massiv gestört ist», sagt Adamantidis. «Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass eine unterbrochene REM-Phase offenbar direkt zu einem Gedächtnisverlust führt, wie sie etwa bei Alzheimer auftritt.»

Die Forschenden sind überzeugt, dass ein besseres Verständnis der REM-Phase von grossem gesellschaftlichem Interesse ist und dazu beitragen kann, Schlafstörungen und damit verbundene Neurodegenerationen besser zu behandeln.

Angaben zur Publikation:

Richard Boyce, Stephen D. Glasgow, Sylvain Williams and Antoine Adamantidis: Causal Evidence for the Role of REM Sleep Theta Rhythm in Contextual Memory Consolidation. Science, 12. Mai 2016 (In Press)

 

13.05.2016