Im Schlaf wechseln wir jede Nacht zwischen zwei sehr unterschiedlichen Schlafzuständen. Wenn wir einschlafen, treten wir in den Nicht-REM-Schlaf (Non-REM = Non-Rapid Eye Movement) ein, in dem unsere Atmung langsam und regelmäßig ist und wir unsere Gliedmaßen und Augen nur minimal bewegen. Ungefähr 90 Minuten später treten wir jedoch in den REM-Schlaf (Rapid Eye Movement) ein. Dies ist ein paradoxer Zustand, in dem unsere Atmung schnell und unregelmäßig wird, unsere Gliedmaßen zucken und unsere Augen sich schnell bewegen. Im REM-Schlaf ist unser Gehirn hochaktiv, aber wir werden auch gelähmt und verlieren die Fähigkeit zur Thermoregulation oder zur Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur. „Dieser Verlust der Thermoregulation im REM-Schlaf ist einer der merkwürdigsten Aspekte des Schlafs, zumal wir über fein abgestimmte Mechanismen verfügen, die unsere Körpertemperatur im Wachzustand oder im Nicht-REM-Schlaf kontrollieren“, sagt Markus Schmidt vom Departement für biomedizinische Forschung (DBMR) der Universität Bern und der Abteilung für Neurologie des Inselspitals, Universitätsspital Bern. Die Ergebnisse bestätigen einerseits eine von Schmidt, dem Hauptautor der Studie, früher aufgestellte Hypothese, andererseits bedeuten sie einen Durchbruch für die Schlafmedizin. Die Arbeit wurde in Current Biology veröffentlicht und von den Herausgebern mit einem Kommentar hervorgehoben.
Ein Kontrollmechanismus, der Energie spart
Die Notwendigkeit, die Körpertemperatur konstant zu halten, ist unsere teuerste biologische Funktion. Keuchen, Piloerektion, Schwitzen oder Frösteln sind allesamt energieaufwendige Körperreaktionen. In seiner Hypothese schlug Markus Schmidt vor, dass der REM-Schlaf eine Verhaltensstrategie ist, die Energieressourcen von der kostspieligen thermoregulatorischen Verteidigung weg und stattdessen zum Gehirn hin verlagert, um viele Gehirnfunktionen zu verbessern. Nach dieser Hypothese der Energieallokation im Schlaf haben Säugetiere Mechanismen entwickelt, um den REM-Schlaf zu erhöhen, wenn die Notwendigkeit, unsere Körpertemperatur zu verteidigen, minimal ist, oder um den REM-Schlaf zu opfern, wenn uns kalt ist. „Meine Hypothese sagt voraus, dass wir über neuronale Mechanismen verfügen sollten, um die Ausprägung des REM-Schlafs in Abhängigkeit von unserer Raumtemperatur dynamisch zu modulieren“, sagt Schmidt. Neurowissenschaftler des DBMR der Universität Bern und der Neurologischen Klinik des Inselspitals Bern haben nun seine Hypothese bestätigt und Neuronen im Hypothalamus gefunden, die den REM-Schlaf spezifisch erhöhen, wenn die Raumtemperatur „genau richtig“ ist.“
REM-Schlaf fördernde Neuronen
Die Forscher entdeckten, dass eine kleine Population von Neuronen im Hypothalamus, die sogenannten Melanin-konzentrierenden Hormon-Neuronen (MCH-Neuronen), eine entscheidende Rolle dabei spielen, wie wir die Ausprägung des REM-Schlafs in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (oder Raumtemperatur) modulieren. Die Forscher wiesen nach, dass Mäuse den REM-Schlaf dynamisch erhöhen, wenn die Raumtemperatur bis zum oberen Ende ihrer Komfortzone erwärmt wird, ähnlich wie es für den menschlichen Schlaf nachgewiesen wurde. Gentechnisch veränderte Mäuse, denen der Rezeptor für MCH fehlt, sind jedoch nicht mehr in der Lage, den REM-Schlaf während der Erwärmung zu erhöhen, als ob sie für die Erwärmungstemperatur blind wären. Die Autoren verwendeten optogenetische Techniken, um die MCH-Neuronen mit Hilfe eines Laserlichts, das zeitlich an die Erwärmungsphasen gekoppelt ist, gezielt an- oder abzuschalten. Ihre Arbeit bestätigt die Notwendigkeit des MCH-Systems, den REM-Schlaf zu erhöhen, wenn die Notwendigkeit zur Kontrolle der Körpertemperatur minimiert wird.
Der Durchbruch für die Schlafmedizin
Dies ist das erste Mal, dass ein Bereich des Gehirns gefunden wurde, der den REM-Schlaf in Abhängigkeit von der Raumtemperatur kontrolliert. „Unsere Entdeckung dieser Neuronen hat große Auswirkungen auf die Kontrolle des REM-Schlafs“, sagt Schmidt. „Sie zeigt, dass die Menge und der Zeitpunkt des REM-Schlafs fein auf unsere unmittelbare Umgebung abgestimmt sind, wenn wir uns nicht thermoregulieren müssen. Sie bestätigt auch, wie Traumschlaf und der Verlust der Wärmeregulierung eng miteinander verknüpft sind.“
Der REM-Schlaf spielt bekanntermaßen eine wichtige Rolle bei vielen Gehirnfunktionen wie der Gedächtniskonsolidierung. Der REM-Schlaf macht etwa ein Viertel unserer gesamten Schlafzeit aus. „Diese neuen Daten deuten darauf hin, dass die Funktion des REM-Schlafs darin besteht, wichtige Gehirnfunktionen speziell zu Zeiten zu aktivieren, in denen wir keine Energie für die Wärmeregulierung aufwenden müssen, um so die Nutzung der Energieressourcen zu optimieren“, sagt Schmidt.