Schlaf hilft beim Lernen, darin ist sich die Wissenschaft einig. Wie genau er das tut, ist aber nach wie vor umstritten. Forscher um Wen-Biao Gan von der New York University haben nun an Mäusen untersucht, wie sich Schlaf auf die Bildung von neuen Verknüpfungen im Gehirn auswirkt und welche Schlafphase für das Lernen besonders wichtig ist.

Dazu brachten sie Mäusen bei, auf einem rotierenden Stab zu laufen. Der Kopf der Tiere war währenddessen unter einem Mikroskop fixiert, so dass die Wissenschaftler die Nervenzellen durch ein kleines Fenster im Schädel beobachten konnten. Einige der Mäuse durften nach einer rund einstündigen Trainingseinheit schlafen, andere wurden in den folgenden sieben Stunden wach gehalten.

Im Vergleich zu ihren ausgeschlafenen Artgenossen bildeten diese Tiere wesentlich weniger Dornenfortsätze an den Nervenzellen – ein Maß für neue Verknüpfungen durch Synapsen. Selbst eine zusätzliche Trainingseinheit während des Schlafentzugs half nichts. Dementsprechend schlechtere Leistungen erbrachten die schlaflosen Mäuse, als sie erneut den Geschicklichkeitstest absolvierten.

Wiederholung im Schlaf

Das Team konnte auch nachweisen, dass sich während des Schlafs genau die Hirnbereiche erneut regten, die am Lernen beteiligt gewesen waren. Unterdrückten die Forscher diese Aktivität mit Hilfe von Medikamenten, verhinderte dies die Bildung neuer Synapsen. Offenbar entstehen diese tatsächlich dadurch, dass das Gehirn Lerninhalte im Schlaf rekapituliert.

Der besonders traumintensive REM-Schlaf ist dazu jedoch nicht notwendig: Bei einigen Mäusen überwachten die Forscher per EEG die Hirnaktivität im Schlaf und stießen die Tiere jedes Mal leicht an, sobald sich eine REM-Phase anbahnte. Obwohl diesen Mäusen folglich der REM-Schlaf fehlte, entstanden an den Nervenzellen in ihrem Gehirn ähnlich viele Dornenfortsätze wie bei Tieren, die alle Schlafphasen durchlaufen durften.

Löschen oder neu bilden?

Frühere Forschungen hatten nahegelegt, dass im Schlaf weniger die Neubildung von Synapsen als vielmehr das Löschen zum Lernen beiträgt – so schaffe das Gehirn Platz für Neues. Wie das Team um Gan anmerkt, ging den entsprechenden Versuchen jedoch kein direktes Training voran. Denkbar wäre somit, dass Verknüpfungen von älteren Erinnerungen zu Gunsten von neuen gelockert werden.