Gehirn verändert neuronale Netzwerke

Foto: Netzwerk-Veränderungen

Netzwerk-Veränderungen über den
Zeit­raum von 26 Minuten. Die Aus-
dehnung des „Default Mode Netz-
werkes" (rot) und des gegenläufigen
Netzwerkes (ACN, blau);© MPI für
Psychiatrie

So wird der Hippokampus, eine für Gedächtnisprozesse wichtige Region, bereits im leichten Schlaf aus dem Netzwerk ausgekoppelt. Der Frontallappen, wichtig für höhere Steuerungsprozesse, wird mit zunehmender Schlaftiefe sogar ganz aus dem Netzwerk ausgeschlossen. Hingegen nehmen Verbindungen zum neuronalen Aufmerksamkeitsnetzwerk nur teilweise ab – möglicherweise, um auf alarmierende Außenreize noch reagieren zu können.

Diese Netzwerkänderungen in Hirnregionen, die mit selbstreflektorischem Verhalten, planendem Handeln und Selbstwahrnehmung assoziiert sind, könnten die Ursache für unseren Bewusstseinsverlust im Schlaf sein.

Äußerlich betrachtet ist der Schlaf für den Menschen ein passiver Vorgang. Doch für das Gehirn und den ganzen Organismus ist es lediglich ein Zustand mit veränderter Aktivität. Denn das Gehirn ist im Schlaf zwar weniger aktiv, stellt seine Aktivität jedoch nicht völlig ein. Aktive Nervenzellen stehen dabei organisatorisch in verschiedenen Netzwerken miteinander in Verbindung.

Wissenschaftler können diese Netzwerke anhand langsamer (<0.1 Hz), spontan auftretender Signalschwankungen mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanz-tomografie nachweisen.
Von den zahlreichen gleichzeitig aktiven Ruhenetzwerken des menschlichen Gehirns untersuchten die Max-Planck-Forscher das so genannte „Default Mode Netzwerk“ und ein im spontanen Zeitverlauf gegenläufiges Netzwerk. Beide Netzwerke sind im Wachzustand eng aneinandergekoppelt und stehen für verschiedene Aufmerksamkeitsprozesse.

Das „Default Mode Netzwerk“ unterstützt eher nach innen gerichtete Aufmerksamkeitsvorgänge, das gegenläufige Netzwerk eher die Verarbeitung von Außenreizen. Ohne zusätzliche Stimulation verhalten sie sich zeitlich gegenläufig – hohe Messsignale des einen Netzwerks treten meist während niedriger Signale des anderen Netzwerkes auf, und umgekehrt.

Die Münchner Wissenschaftler entdeckten, dass sich beide Netzwerke während des Einschlafprozesses selbst verändern und auch unterschiedlich miteinander interagierten. Das „Default Mode Netzwerk“ verliert je nach Schlafstadium einen Teil seiner anatomischen Verknüpfungen. Vor allem Teile der Hippokampus-Formation lösen sich bereits im leichten Schlaf aus dem Netzwerk. Der präfrontale Kortex besitzt mit zu¬nehmender Schlaftiefe ebenfalls weniger Verbindungen zum Netzwerk.

Reduziert, jedoch bis in den Tiefschlaf nachweisbar, zeigten sich auch Areale im posterioren Cingulum und im Precuneus, einem Teil des parietalen Kortex. Diese Hirnregionen zählen zu den am dichtesten verknüpften Arealen im Gehirn. Sie stehen in Zusammenhang mit Wachheit und Bewusstsein, und können beispielsweise durch Medikamente in ihrer Aktivität beeinflusst werden. Die geringere Aktivität im „Default Mode Netzwerk“ während des Schlafes erklärt, warum wir im Schlaf zu keiner bewussten Wahrnehmung fähig sind.

Das Gegen-Netzwerk wiederum wird ab Schlafstadium 2 von seiner streng gegenläufigen Aktivität entkoppelt, bleibt jedoch über alle Schlafphasen vorhanden – ein wichtiger Hinweis darauf, dass vermutlich erst eine ausreichende Synchronisierung zwischen verschiedenen Netzwerken komplexere Funktionen ermöglicht. So kann das Gehirn einfache Weckreize immer noch verarbeiten.

MEDICA.de; Quelle: Max-Planck-Gesellschaft