Erstmals zeigt eine Studie an Mäusen, die in der Fachzeitschrift eLife veröffentlicht wird, dass fünf Stunden Schlafentzug zu einem Verlust der Konnektivität zwischen Neuronen im Hippocampus führt, einer Region des Gehirns, die mit Lernen und Gedächtnis in Verbindung gebracht wird.
„Es ist klar, dass Schlaf eine wichtige Rolle für das Gedächtnis spielt – wir wissen, dass ein Nickerchen uns hilft, wichtige Erinnerungen zu behalten. Aber wie Schlafentzug die Funktion des Hippocampus und das Gedächtnis beeinträchtigt, ist weniger offensichtlich“, sagt Erstautor Robbert Havekes, PhD, Assistenzprofessor am Groningen Institute for Evolutionary Life Sciences.
Es wurde vorgeschlagen, dass Veränderungen in der Konnektivität zwischen Synapsen – Strukturen, die es Neuronen ermöglichen, Signale aneinander weiterzugeben – das Gedächtnis beeinflussen können. Um dies weiter zu untersuchen, untersuchten die Forscher die Auswirkungen kurzer Schlafentzugsperioden auf die Struktur von Dendriten, den verzweigten Fortsätzen von Nervenzellen, entlang derer Impulse von anderen synaptischen Zellen empfangen werden, im Mäusegehirn.
Zunächst nutzten sie die Golgi-Silberfärbemethode, um die Länge der Dendriten und die Anzahl der dendritischen Dornen im Hippocampus der Maus nach fünf Stunden Schlafentzug zu visualisieren, einer Schlafentzugsperiode, von der bekannt ist, dass sie die Gedächtniskonsolidierung beeinträchtigt. Ihre Analysen zeigten, dass Schlafentzug die Länge und die Stacheldichte der Dendriten, die zu den Neuronen in der CA1-Region des Hippocampus gehören, signifikant reduziert.
Sie wiederholten das Schlafentzugsexperiment, ließen die Mäuse danach aber drei Stunden lang ungestört schlafen. Diese Zeitspanne wurde aufgrund früherer Arbeiten der Wissenschaftler gewählt, die zeigten, dass drei Stunden ausreichen, um durch Schlafmangel verursachte Defizite auszugleichen. Die Auswirkungen des fünfstündigen Schlafentzugs wurden bei den Mäusen wieder rückgängig gemacht, so dass ihre dendritischen Strukturen denen ähnelten, die bei den Mäusen beobachtet wurden, die geschlafen hatten.
Die Forscher untersuchten dann, was während des Schlafentzugs auf molekularer Ebene passierte. „Wir waren neugierig, ob die strukturellen Veränderungen im Hippocampus mit einer erhöhten Aktivität des Proteins Cofilin zusammenhängen könnten, da dieses die Schrumpfung und den Verlust von dendritischen Stacheln verursachen kann“, sagt Havekes.
„Unsere weiteren Studien zeigten, dass die molekularen Mechanismen, die den negativen Auswirkungen des Schlafentzugs zugrunde liegen, tatsächlich auf Cofilin abzielen. Die Blockierung dieses Proteins in Hippocampus-Neuronen von Mäusen mit Schlafentzug verhinderte nicht nur den Verlust der neuronalen Konnektivität, sondern machte auch die Gedächtnisprozesse widerstandsfähiger gegen Schlafverlust. Die Mäuse mit Schlafentzug lernten genauso gut wie Probanden ohne Schlafentzug.“
Ted Abel, PhD, Brush Family Professor of Biology an der University of Pennsylvania und Seniorautor der Studie, erklärt: „Schlafmangel ist ein häufiges Problem in unserer modernen 24/7-Gesellschaft und hat schwerwiegende Folgen für die Gesundheit, das allgemeine Wohlbefinden und die Gehirnfunktion.
„Trotz jahrzehntelanger Forschung sind die Gründe, warum Schlafverlust die Gehirnfunktion negativ beeinflusst, unbekannt geblieben. Unsere neue Beschreibung eines Weges, über den Schlafentzug die Gedächtniskonsolidierung beeinflusst, unterstreicht die Bedeutung der Fähigkeit des neuronalen Zellnetzwerks, sich an Schlafverlust anzupassen. Was vielleicht am auffälligsten ist, ist, dass diese neuronalen Verbindungen mit mehreren Stunden Erholungsschlaf wiederhergestellt werden. Wenn die Probanden also die Chance haben, den dringend benötigten Schlaf nachzuholen, bauen sie ihr Gehirn schnell um.“