Schlaf- Und Wachrhythmus

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92 SCHLAF- UND WACHRHYTHMUS A) WECHSEL VON WACHEN UND SCHLAFEN Der Wechsel von Wachen und Schlafen * beruht auf einem endogenen (vom Körper selbst generierten) Rhythmus * 1922 Curt RICHTER entdeckt diese endogenen Zyklen von Aktivität und Nichtaktivität, aber bis 1950 Vorherrschen des Behaviorismus -> alles Verhalten = Reaktion auf einen Stimulus, daher: Wach-/Schlafrhythmus hängt zusammen mit Wechsel von Tag und Nacht, Temperaturunterschieden, etc. * Dann in Tierversuchen Bestätigung für endogene Zyklen (ca. 24 Stunden, unabhängig von Lichtverhältnissen, Temperatur, Lärm, usw.) => Verhalten entsteht im Körper selbst, unabhängig von äußeren Reizen. BEISPIEL: Würde Tier nur auf Stimuli aus Umwelt reagieren -> wenig Überlebenschancen; vgl Zugvögel; Eichhörnchen (treffen Vorbereitungen für Winter, lange bevor er kommt -> kann daher keine Reaktion auf einen äußeren Reiz sein!) 1. ENDOGENE ZYKLEN ALS VORBEREITUNG FÜR EXTERNE VERÄNDERUNGEN Zugvögel verfügen über einen „Internen Kalender“: Versuch mit Grasmücke (= willow warbler) von GWINNER (1986): setzt Vogel einem Rhythmus von 12 Stunden hell und 12 Stunden dunkel über einen längeren Zeitraum aus -> dies löste Migrationsunruhe für die nächsten drei Jahre aus (jeden Frühling und Herbst). -> ist Zeichen für endogenen circannualen Rhythmus. Ähnlich funktioniert der endogene circadiane Rhythmus: Je später der Abend, desto schläfriger wird man; je näher aber der Morgen kommt, desto wacher fühlt man sich, ohne geschlafen zu haben! Grund = innere Uhr mit einer etwa 24 Stunden Periodik. Von Spezies, Umgebung, usw. abhängig, ob länger oder kürzer (= free running circle -> vergleichbar mit Uhr, die jeden Tag um z.B. 2 Minuten hinten bleibt -> muß von Zeit zu Zeit nachgestellt werden). Säugetiere (inklusive Menschen) haben circadianen Rhythmus bei Wachen und Schlafen, Essen und Trinken, Körpertemperatur, Hormonausschüttung, Gähnhäufigkeit, usw. Beispiel: Körpertemperatur: bei Mensch normal 37°C; Schwankungen während eines Tages von 36,5°C (während des Schlafens bis 37,2°C (am Abend) -> alle diese Zyklen sind synchronisiert, hängen ab von einer übergeordneten inneren Uhr. 93 Festsetzen und Zurückstellen des Zyklus: Meist ist das Licht der kritische Faktor, um die biologische Uhr täglich wiedereinzustellen. Free running circle dauert bei einem Individuum z.B. 24 Stunden und 9 Minuten -> muß täglich nachgestellt werden. Der einstellende Stimulus wird Zeitgeber genannt. * Mögliche Zeitgeber sind: z.B. Licht, Ebbe und Flut bei Meeresbewohnern, etc. * Wenn Licht nicht verfügbar (Astronauten im Weltall, Blinde,...) -> soziale Interaktion (z.B. immer zur gleichen Zeit Mittagessen), Geräusche, Temperaturveränderungen können neue Zeitgeber * werden. Sind nicht-visuelle Zeitgeber (variieren von Person zu Person -> bei Blinden untersucht, einer hatte z.B. 24 ½ Stunden Rhythmus). Versuche, die biologische Uhr zu verändern (wäre z.B. notwendig für Leben auf einem anderen Planeten mit 20-Stunden-Tag oder 30-StundenTag) 1. Zwei Freiwillige waren für einen Monat in einer Höhle (in Mammoth Cave / Kentucky, 1963). Temperatur (12°C) und Luftfeuchtigkeit (100%) waren konstant. Künstlich vorgegebener Rhythmus betrug 28 Stunden Tag und 9 Stunden Nacht. Nach einem Monat war die Anpassung noch immer nicht möglich 2. ebenfalls Höhlenexperiment: 12 Leute für 3 Wochen in höhlenartiger Umgebung. Einigten sich darauf, immer um 7.45 Uhr aufzustehen und um 11.45 Uhr schlafenzugehen. Wußten aber nicht, daß der Wecker einmal schneller und einmal langsamer ging -> ständig unterschiedlicher Rhythmus. Anpassung war ebenfalls kaum möglich. Fazit: Mensch findet es grundsätzlich schwierig, sich an anderen Rhythmus als 24 Stunden anzupassen. 2. EINSTELLEN DER BIOLOGISCHEN UHR Innere biologische Uhr -> ein Tag ist nicht exakt 24 Stunden, sondern 24 ½ - 24 ¾ Stunden -> vgl. Wochenende (kein Diktat von Arbeitswelt und dergl., mehr Freiheit, auf biolog. Uhr zu hören): wir neigen dazu, später schlafen zu gehen und später aufzuwachen. Daher: am Montagmorgen, wenn Wecker 7.00 Uhr zeigt, ist es laut unserer biolog. Uhr erst 5.00 Uhr! Jet Lag hieß früher „boat lag“, weil Transatlantik-Reisende ebenfalls diese Erfahrung machten * Reise gegen Westen: ist kein Problem (weil innere biolog. Uhr langsamer geht als normale Uhr -> Tag also länger als 24 Stunden) -> man bleibt länger auf, geht später ins Bett und schläft am Morgen länger * Reise gegen Osten: bringt einen durcheinander (weil man früher schlafen geht und früher aufwacht). Beispiel: 6 Zeitzonen nach Osten bedeutet, aufwachen zu müssen, wenn es laut innerer Uhr mitten in der Nacht ist, und schlafen zu gehen, wenn es „später Nachmittag“ ist. Versuch zeigte, daß es 11 Tage dauert, bis sich Rhythmus wieder eingependelt hat. 94 Schichtarbeit und Nachtarbeit Schlafdauer hängt davon ab, wann man ins Bett geht. Am kürzesten schläft man, wenn man am Morgen oder am frühen Nachmittag ins Bett geht. Am längsten schläft man, wenn man sich am Abend oder bis zur ersten Hälfte der Nacht niederlegt. Nachtarbeiter arbeiten meist weniger effizient als Tagarbeiter, haben auch mehr Unfälle. Nachtarbeitern gelingt die Umgewöhnung oft nicht. Man fühlt sich in der Nacht schläfrig, kann aber tagsüber nicht schlafen (Körpertemperatur bleibt während des Tages am höchsten, obwohl sie während des Schlafes am niedrigsten sein sollte). Sind Nachtarbeiter aber während der Arbeit starkem Licht ausgesetzt (7000-12000 lux), dann hilft das bei Umstellung. Wichtig für Schlafen bzw. Wachsein ist die Körpertemperatur: * Tagsüber ist Körpertemperatur hoch, gegen Abend sinkt sie -> man wird müde. * Ist bei Nacht niedrig und steigt gegen Morgen wieder an -> aufwachen. Bei starker Beleuchtung während Nachtarbeit wird erreicht, daß sich der Zyklus umkehrt. * Die Temperaturspitzen werden dann in der Nacht erreicht -> man ist wach und aktiv. * Ein Temperaturtal folgt am Tag -> man ist müde und hat keine Schlafprobleme. 3. LAGE UND FUNKTIONSMECHANISMUS DER BIOLOGISCHEN UHR Störungen der biologischen Uhr Ist gegen Störungen so gut wie unempfindlich (entdeckt von RICHTER): Drogen, Wasser- oder Nahrungsdeprivation, Alkohol, Narkose, Versetzen in Winterschlaf, etc. bleiben fast wirkungslos. Wird Versuchstier blind / taub gemacht -> circadianer Rhythmus bleibt intakt, obwohl er etwas in Unordnung gerät durch den Verlust an Zeitgebern. * E-Schocks konnten Aktiviertheit eines VTs für ca. 1 Woche unterdrücken, nicht aber die biolog. Uhr stören. Nach 1 Woche Desaktiviertheit nahm VT seinen circadianen Rhythmus wieder auf wie vor dem E-Schock. * Hamster z.B. senken während des Winterschlafes ihre Körpertemperatur, biolog. Uhr = davon nicht betroffen. * Manche Substanzen, wie Coffein, diverse Stimulantien oder Barbiturate können als Zeitgeber fungieren, am 24-Stunden-Rhythmus ändern sie aber nichts. Rolle des Suprachiasmatischen Nucleus (SCN) = wesentlich für den circadianen Rhythmus, hyperempfindlich auf Licht, Verbindung zur Zirbeldrüse Der sicherste Weg, um biolog. Uhr zu stören, ist Verletzung des SCN Suprachiasmatischer Nucleus liegt im Bereich des Hypothalamus, oberhalb des Chiasma opticum. Sehnerv schickt hierher Impulse direkt von der Retina (Netzhaut). Bei Verletzung -> Licht kann nicht mehr als Zeitgeber fungieren und die biolog. Uhr nachstellen. Aktivitätsmuster werden dann inkonsistent und reagieren nicht mehr auf Muster aus der Umwelt (hell/dunkel). Aktivitätslevel ist dann stärker abhängig von anderen, neuen Stimuli (vgl. Tiere: Käfigsäuberung, Futterplan,...; bei Tieren ist der SCN allein verantwortlich für das Funktionieren der biolog. Uhr). 95 Der SCN generiert aber auch eigenständig einen Rhythmus: Neuronen produzieren nämlich ein Impulsmuster, das der Circadianen Periodik (= circadianer Rhythmus) folgt. Wie das genau geht, weiß man aber noch nicht. 4. DIE FUNKTION DES SCHLAFS SCN u.a.. Mechanismen = verantwortlich für biolog. Uhr, aber nicht für den Schlaf selbst. a) Erholungs- und Restaurierungstheorie des Schlafes Funktion des Schlafes = den Körper zu befähigen, sich nach den Anstrengungen des Tages zu regenerieren. * Annahme, daß Schlaf Restaurationsfunktion im Gehirn bewirkt; in anderen Organen scheint das nicht der Fall zu sein, bzw. nicht nötig zu sein (hier passieren die meisten Vorgänge im Wachsein). * Gewisses Schlafmaß ist notwendig, um Erholung des Gehirns zu ermöglichen (HORNE 1988). * Bei Schlafentzug länger als eine Woche -> Halluzinationen, Handtremor, Konzentrationsstörungen, Schwindel, Irritabilität. Beispiel: Ratte > Schlafentzug hat bis zum Tod geführt, eventuell aber nicht mit Menschen gleichzusetzen, da der Ratte die Motivation der Freiwilligkeit fehlte und die ständigen Stimuli zum Wachbleiben als streß empfunden wurden -> in Wirklichkeit führte also eventuell Streß zu Tod. * Anstrengungen untertags sind so gut wie unerheblich für Schlafdauer. * Durchschnittliche Schlafdauer, um ausgeschlafen zu sein = 7-8 Stunden, manche Menschen kommen aber auch mit 6 Stunden aus. b) Evolutionäre Theorie des Schlafbedarfs (KLEITMAN / WEBB) Funktion des Schlafes = Energie zu sparen zu Zeiten von relativer Ineffektivität * Schlafdauer ist nicht abhängig von Aktivitäten des vergangenen Tages -> Funktion des Schlafes = ähnlich der Funktion des Winterschlafes (Absinken der Herzfrequenz, Atemfrequenz, Gehirnaktivität und Stoffwechsel auf Niveau, das gerade notwendig ist, damit Körper nicht erfriert) * Hindert man z.B. ein Eichhörnchen am Winterschlaf -> selbe Folgen wie wenn man Menschen am Schlafen hindert. Funktion des Winterschlafes ist nicht Erholung von anstrengendem Sommer, sondern Energieersparnis in einer feindlichen Umwelt (entspricht Primärfunktion des Schlafes -> Energieersparnis in einer Zeit, in der wir ohnehin ineffektiv wären) 96 Schlafgewohnheiten einzelner Tierarten hängen ab von: * wieviel Zeit während des Tages für Futtersuche verbraucht wird (= Jäger) * wie sicher die Art vor Raubtieren ist (= Beute) -> Pferde, Kühe u.a. Grasfresser brauchen relativ wenig Schlaf -> Katzen u.a. Raubtiere (nur 1 Mahlzeit pro Tag) schlafen viel -> Arten, die häufig gejagt werden, wie Hasen, Schafe, Ziegen, etc. schlafen wenig und nicht allzu tief Kritik an dieser Theorie: Tiere wie Schafe und Ziegen dürften überhaupt nicht schlafen, weil sie während des Schlafes ständig in Lebensgefahr sind; aber sie schlafen trotzdem -> jeder Körper braucht also den Schlaf, um zu überleben Nicht bestätigt bisher: Art, die in unveränderter Umgebung entstanden ist, ist nicht an bestimmte Tageszeit gebunden, zu der sie schlafen muß, aber sie muß schlafen (Beispiel: Tiefseefische, Höhlenfische -> Umgebung - wenig Licht, wenig Temperaturunterschiede) Winterschlaf * Bei Kleinsäugern wie Fledermäuse und Eichhörnchen; Bären schlafen meiste Zeit im Winter, aber: keine Senkung der Körpertemperatur, daher streng nach Definition eigentlich kein Winterschlaf. * Hamster halten manchmal Winterschlaf (vgl. Haustierhamster); Winterschlaf verzögert Alterungsprozeß -> Hamster, die schlafen, leben länger. * Während des Winterschlafs -> Ausschüttung von Substanzen, die Stoffwechsel und Körpertemperatur senken. Vgl. dazu Versuche, wo winterschlafenden Eichhörnchen Substanz aus Hirn entnommen und nichtwinterschlafenden Ratten injiziert wurde -> Stoffwechselverlangsamung und Körpertemperaturabsenkung bei Ratten. * Winterschlafende Tiere erwachen im Frühling, ca. um die Zeit, wenn wieder ausreichend Nahrung vorhanden ist. Männliche Eichhörnchen wachen früher auf als weibliche -> wegen der Revierkämpfe. Weil Männchen früher aufwachen (zu Zeit, wo noch nicht genug Nahrung vorhanden ist) -> müssen im Herbst viel Gewicht zulegen, um zu überleben. 97 B) SCHLAF UND TRÄUMEN EEG -> Sichtbarmachung der Gehirnaktivität durch Ableitung von Elektroden an Kopfoberfläche. Zeigt Durchschnitt aller Neuronenpotentiale; sichtbar an Steigungen oder Senkungen, wenn eine Anzahl von Zellen synchron feuert. Ist eine Hälfte der Zellen aktiv, die andere passiv -> gerade Linie. Spielt wichtige Rolle auch in der Schlafforschung. 1. SCHLAFPHASEN: a ) Alpha-Wellen: entspanntes Wachsein, Frequenz = 8-12/sec b) Theta-Wellen: Schlafphase I; unregelmäßig; zackenförmige niedrige Volt-Hirnwellen, 4-7/sec c) Schlafspindeln und K-Komplex: Schlafphase II * Schlafspindeln: plötzlich auftretende 12 bis 14 Hz Wellen, die wenigstens ½ Sekunde dauern * K-Komplex: sind scharfe, negative Wellen mit hoher Amplitude, gefolgt von einer langsameren, kleineren positiven Welle. Plötzliche Reize evozieren K-Komplexe auch während anderer Schlafstadien d) Slow Wave-Schlaf: Schlafphasen III und IV; langsame Wellen mit großer Amplitude Von Schlafstufe 1 - 4: stetiges Abnehmen der Herzfrequenz, Atemfrequenz, Gehirnaktivität; Zunahme der langsamen Wellen mit großer Amplitude. Langsame Wellen: neuronale Aktivität = weitgehend synchronisiert; Inputs aus Umwelt an Cortex = weitgehend reduziert. 2. PARADOXER SCHLAF ODER REM-SCHLAF: Nach Einschlafen -> Schlafstadium I. Im Lauf der Nacht kann man dahin zurückkehren, üblicherweise aber: a) von Michel JOUVET an der Katze zum ersten Mal zufällig entdeckt: paradoxer Schlaf deswegen, weil in dieser Schlafphase komplette Muskelentspannung, zugleich aber sehr hoher Level an Gehirnaktivitäten -> in gewisser Hinsicht der tiefste, in anderer Hinsicht wieder der leichteste Schlaf. b) unabhängig davon zur gleichen Zeit in den USA: KLEITMAN entdeckt zufällig REM-Schlaf. Er wollte eigentlich simple Annahme untersuchen, daß eine Person nämlich dann eingeschlafen wäre, wenn Augenbewegungen aufhören. Entdeckte dabei aber immer wiederkehrende Perioden von Augenbewegungen während des Schlafes = rapid eye movements (REM) * Auch Im REM-Schlaf zeigt EEG unregelmäßig niedrige Volt-Wellen -> bemerkenswert hohe Gehirnaktivität, Atmung und Herz schneller als in Stufe I-IV (entspricht leichtem Schlaf). * Dabei aber komplette Muskelentspannung (entspricht tiefem Schlaf). * Typisch auch noch = Gesichts- und Fingerzucken Polysomnograph: = Kombination von EEG und Aufzeichnung der Augenbewegungen N-REM = non-REM-Schlaf = alle anderen als REM-Schlafstadien 98 Schlafzyklus bei störungsfreiem Schlaf: * Zuerst ein Durchwandern der Stufen I - IV, nach diesen 60-90 Minuten beginnt ein * stufenweises Zurückwandern von IV durch III zu II, im Anschluß daran beginnt der * REM-Schlaf. * Dann wiederholt sich die ganze Sequenz; jeder dieser Zyklen dauert etwa 90 bis 100 Minuten. Am Anfang der Nacht -> Vorherrschen von Stadium III und IV. Gegen Morgen hin wird Stadium IV kürzer, REM hingegen dauert länger. Wenn Störungen eintreten (z.B. durch Lärm) -> jederzeit Zurückwandern in ein früheres Stadium möglich, Verlängerung eines Stadiums oder Aufwachen. REM-Schlaf und Träumen Der Zusammenhang ist zwar nicht perfekt, Träumen ist aber mit REM-Schlaf zu assoziieren. Leute, die in slow-wave-Phasen geweckt werden, berichten kaum von Träumen. Werden sie aber in einer REM-Phase geweckt, dann hatten sie meist Träume (gilt auch für Personen, die glaubten, nicht zu träumen!). Ein Traum dauert wahrscheinlich ca. so lang wie eine REM-Phase (bis zu 15 Minuten). 3. DIE FUNKTIONEN DES REM-SCHLAFES Durchschnittsperson schläft ca. 1/3 des Lebens (ca. 1/5 davon = REM-Schlaf). REM-Schlaf = ca. 600 Stunden/Jahr Individuelle und artspezifische Unterschiede bezüglich des REM-Schlafes Fast alle Säugetiere und Vögel zeigen REM-Schlaf -> ist Teil unseres evolutionären Erbes auffallendes, durchgehendes Muster: 1. die Arten, die am meisten schlafen, haben auch den größten Anteil an REM-Schlaf (z.B. Katzen -> schlafen ca. 16 Stunden/Jahr. Wenig-Schläfer = Hasen, Meerschweinchen, Schafe. 2. Auch Kinder (egal welcher Spezies) haben mehr REM als Erwachsene. Erwachsene, die 9 und mehr Stunden schlafen -> höchster REM-Anteil Fazit: Je mehr geschlafen wird, desto mehr REM. Man nimmt außerdem an, daß etwa die Hälfte des REM-Schlafes optional ist (=> wir könnten gut mit weniger auskommen) 99 Die Effekte von REM-Deprivation auf Menschen Je länger REM-Deprivation dauert, desto häufiger „versuchen“ die Personen in REM zu kommen. Versuch von William DEMENT (1960): VPn (im Schlaflabor) wurden bei jeder beginnenden REM-Phase geweckt. 1. Nacht : 12x geweckt; 7. Nacht: mußten schon 26x geweckt werden, um nicht in REM zu fallen Folgen: Je länger das Deprivationsexperiment dauerte, desto gereizter wurde die VP; zunehmende Konzentrationsmängel; auch Appetit- und Gewichtszunahme! Wenn wieder ungestörtes Schlafen möglich: statt der üblichen 19% REM-Anteil pro Nacht -> 29% Merke: Alkohol unterdrückt REM-Schlaf! Die Effekte der Deprivation des paradoxen Schlafes auf nicht-humane Lebewesen Experiment: Katzen wurden für 70 Tage am paradoxen Schlaf gehindert. Wurden auf kleine Inseln gesetzt, die von Wasser umgeben waren. Jedes Mal, wenn Katze einschläft und totale Muskelentspannung eintritt, rutscht sie ins Wasser und wacht auf. Das Tier wird auf diese Art gehindert, in paradoxen Schlaf zu fallen. Auch hier war festzustellen: Je länger kein paradoxer Schlaf möglich ist, desto häufiger „versucht“ das Tier in paradoxe Schlafphasen zu kommen. REM und Lernen: * Es scheint auch, daß sowohl paradoxer Schlaf als auch REM-Schlaf Erinnerungen festigt. * Wenn man Neues lernt, dann steigert sich generell die REM-Schlafzeit. * Bei REM-Deprivation wird Gelerntes gestört. 100 4. EINE BIOLOGISCHE PERSPEKTIVE DES TRÄUMENS FREUD: Enthemmung unbewußter (verbotener) seelischer Inhalte, die aus dem Es aufsteigen (unbewußte Wünsche, etc.) Einige neue Theorien: 1. Activating-synthesis-hypothesis: => Gehirn bildet Träume aus spontanen Hirnaktivitäten, die während des Schlafs auftreten Während des Schlafes sind verschiedene Teile des Gehirns aktiviert, entweder durch zufällige Spontanaktivität oder durch Stimuli im Raum. Das Gehirn macht eine Art Geschichte daraus, um sich aus der Aktivität einen Reim zu machen. CRICK: Traum hat Entsorgungsfunktion -> Überschüssiges entfernen! 2. etwas andere Version dieser Theorie: Gehirn wäre an sich bereit für Infoaufnahme während REM, aber die Umgebung bietet nicht genügend Stimulation -> das Individuum verarbeitet die im Gehirn gespeicherte Info, indem es den Fluß der Gedanken und Vorstellungen als reale Welt behandelt. SENOI-VOUK (Malaysia): Träume gelten als verinnerlichtes Verhalten. Ihre Beherrschung ist erlernbar -> Traum für sich arbeiten lassen (z.B. für Problemlösen) * Etwaige externe Stimuli werden zusätzlich in den Traum eingebaut (tropfender Wasserhahn, Telefon, etc.). * Dazu kommen noch interne Stimuli: Aktivitätsausbrüche passieren spontan in verschiedenen Kortexregionen (auditorische, visuelle, motorische Regionen und untergeordnete Areale). Zuletzt noch vestibuläre Eindrücke: vielleicht weil wir beim Schlafen nicht aufrecht sind wie sonst -> Träume vom Fliegen, Fallen oder Schweben Nicht erklärbar mit dieser Theorie: Warum kehren manche Träume immer wieder? Über die Evolution des REM-Schlafes: * Fähigkeit zum REM-Schlaf = entstanden im Zuge der Evolution, zunächst bei Reptilien -> fast alle Säugetiere, Vögel und auch einige Reptilien können das (z.B. Wüstenschildkröte) * einziges Säugetier ohne REM-Schlaf = Ameisenigel -> eines der primitivsten noch heute vorkommenden Säugetiere -> vielleicht hatten Ur-Säugetiere auch keinen REM-Schlaf? * Fische und Amphibien -> haben Schlafperioden, können aber ganz leicht geweckt werden. Haben keine 2 unterschiedliche Schlafstadien (also REM und NREM), sondern nur 1 -> entspricht unserem NREM * 101 C) GEHIRNFUNKTIONEN IM SCHLAF UND IHRE STÖRUNGEN CERVEAU ISOLÉ : = Schnitt durchs Mittelhirn -> abgetrennt werden Vorderhirn und Teil des Mittelhirns vom übrigen Mittelhirn, Brückenhirn, Medulla und Rückenmark -> Tier, bei dem das durchgeführt wird, fällt in Dauerschlaf: Im EEG keine Zeichen für Wachheit für 1 Woche, später nur kurze Perioden des Wachseins. Erklärung: Der meiste sensorische Input erreicht Nervensystem auf Ebenen unterhalb dieses Schnittes -> durch Cerveau-isolé-Schnitt wird Gehirn vom sensorischen Input abgetrennt. 1. DER WACHZUSTAND UND DAS AUFSTEIGENDE RETIKULÄRE AKTIVIERUNGSSYSTEM (ARAS) MORUZZI und MAGOUN entdeckten, daß Wachheit nicht von sensorischen Bahnen anhängt, sondern vom ARAS. ARAS sind zusammenhängende Neuronen im Bereich der Medulla zum Vorderhirn. ARAS = weitgestreutes Gebiet: Ausläufer bis in den Thalamus und den Hypothalamus, vielleicht sogar bis zum Cortex. ARAS: einzelne Neuronen = vielfach miteinander verbunden, in Form eines Netzes. Neuronen verfügen über lange, weit verzweigte Dendriten; multisynaptische Schnittstellen und spiralenförmige Axone. Hirnnerven senden ebenfalls hierher Impulse zusätzlich zu Impulsen zu eigentlichen Effektoren. Ist ein Teil der Formatio reticularis (Stammhirnregion) FORMATIO RETICULARIS: bewirkt die Steuerung der Bewußtseinslage, zu ihr gelangen Informationen des afferenten und des efferenten Erregungsschenkels -> somit bestimmen Wahrnehmung (afferent) und Verhalten (efferent) das Aktivierungssystem mit. Das ARAS kann aber auch eigenständig Aktivierung erzeugen -> Reizung des ARAS kann schlafenden aufwecken und umgekehrt. Unterschied des ARAS zu sensorischem System: * z.B. Nucleus geniculatum laterale im Thalamus empfängt Impulse großteils von der Retina und sendet weiter an occipitalen Cortex. * ARAS projiziert auf weit auseinanderliegende Teile des Gehirns -> kann so weite Bereiche des cerebralen Cortex aktivieren -> ermöglicht Reaktion auf jegliche stärkere Stimulation (Geräusch, Laut, Berührung, Schmerz), kontrolliert Wachsein und Schlaf. 102 2. PHYSIOLOGISCHE FUNKTION DES SCHLAFS UND DES REM-SCHLAFES: Schlafinduzierende Areale * Schnitt durchs Mittelhirn = Isolieren des Gehirns vom Input = cérveau isolé -> Dauerschlaf * Schnitt etwas versetzt, demoliert Schlafzentrum -> Verlängerung des Wachzustandes Es gibt nicht nur ein Schlafzentrum (genannt Raphe System), sondern mehrere. a) Raphe System: * ca. in der Mitte des Hirnstammes. Schüttet Neurotransmitter Serotonin aus. * Zerstörung: 1 oder mehrere Tage hindurch wach, dann aber wieder Schlaf. * Die meisten Zellen des Raphe Systems sind im Wachzustand aktiver als im Schlaf, teilweise inaktiv während REM -> Heute glaubt man, daß Raphe System REM-Schlaf verhindert. b) andere Areale im Gehirn, die am Schlaf beteiligt sind: * Hypothalamus, Thalamus und Hirnstamm. * Stimulation hier -> Schlafbereitschaft erhöht; * bei Beschädigung -> Abnahme der Schlafbereitschaft Biochemie des Schlafs a) Stoffe im Blut: z.B. Prostaglandin D2 (dockt vor allem an Rezeptoren im Vorderhirn an) * induziert Schlaf und senkt die Körpertemperatur * Schlaf und Prostaglandin D2: es besteht ein Zusammenhang mit dem Immunsystem: bei Infektionen und Krankheit -> Zunahme von Prostaglandin D2 -> Folge: mehr Schlaf b) Factor S (= kleines Glykopeptid) -> kann aus Nervensystem oder Blut von schlafenden Tieren gewonnen werden -> erzeugt Schlaf, wenn es wachen Tieren injiziert wird => Neuronale Mechanismen = verantwortlich für Einschlafen. => Hormone = verantwortlich für Aufrechterhaltung des Schlafes. REM-induzierende Areale * Michel JOUVET (1960) stellt fest, daß bestimmte Bereiche des Gehirns (vermutlich im Hirnstamm) verantwortlich für REM-Schlaf sind. * REM-Schlaf beginnt mit bestimmten Hirnwellen mit großer Amplitude zuerst im Brückenhirn, dann im Geniculatum laterale des Thalamus und schließlich im okzipitalen Cortex. => Diese Potentiale heißen PGO-Wellen; während des gesamten REM-Schlafes feststellbar; gehen einher mit Rapid-Eye-Movements. * Bei REM-Deprivation -> PGO-Wellen treten schon in Schlafstadien II bis IV auf und sogar im Wachstadium; gehen oft einher mit seltsamem Verhalten (wie bei Halluzinationen). Darf VT dann wieder ungestört schlafen -> REM-Perioden zeigen besonders viele PGO-Wellen 103 Biochemie des REM-Schlafes * Neurotransmitter aus den Zellen des Pons (= Acethylcholine) aktivieren Teile des Hypothalamus -> diese aktivieren dann den cerebralen Cortex. Dabei entstehen PGO-Wellen. * Wird Carbachol in Pons injiziert -> rasches Herbeiführen des REM-Stadiums * Gleichzeitig mit Acethylcholin setzen Neuronen des Pons auch den Neurotransmitter Glutamat frei -> Botschaft an absteigende Teile der Formatio reticularis -> Botschaft an motorische Neuronen im Rückenmark -> Muskeln sind während REM-Schlaf inaktiv. 3. SCHLAFABNORMITÄTEN Wieviel Schlaf braucht der Mensch: * = individuell verschieden. Durchschnitt = 7-8 Stunden, manche kommen mit 6 Stunden aus. * Schlaf = ausreichend, wenn man sich am nächsten Tag gut ausgeruht fühlt. Wer ständig schläfrig ist während des Tages, schläft während der Nacht zu wenig oder nicht gut. * 8-15% der Bevölkerung = davon betroffen (chronische Schlafstörungen) * Besonders auffällig = Leute, die lang oder zu unregelmäßigen Zeiten arbeiten, bzw. Leute mit psychiatrischen Problemen (wie Schizophrenie, Depressionen, Drogenmißbrauch). Nicht genügend Schlaf -> Ursache für viele Unfälle! a) Insomnia 3 Arten von Schlaflosigkeit: * Einschlafstörungen (onset insomnia) * Durchschlafstörungen (maintainance insomnia) * zu frühes Erwachen (termination insomnia) Ursachen: Dauerlärm, Sorgen, Streß, Drogen, schlechte Umgebungstemperatur, unbequemer/ungewohnter Ort, dem eigenen Rhythmus nicht entsprechend schlafen zu gehen (vgl. circadiane Periodik) -> wichtig, bevor Medikament eingenommen werden = Abklärung der Ursachen! Circadiane Periodik der Körpertemperatur: eventuelle Phasenverschiebungen können zu Schlafstörungen führen: * zu hohe Temperatur zum Schlafengehen -> onset insomnia = phasedelayed * zu niedrige Temperatur -> termination insomnia = phaseadvanced REM-Schlaf: hauptsächlich während sich Temperaturkurve hebt -> 2. Hälfte des Nachtschlafs. Bei termination insomnia: REM-Phase gleich nach dem Einschlafen. Bei Depressionen: oft termination insomnia; REM-Phase früher als bei Nicht-Depressiven 104 b) Schlaf Apnea * = eine Spezialursache für Schlaflosigkeit; Unfähigkeit, während des Schlafes regelmäßig zu atmen * Unregelmäßiges Atmen ist während des REM-Schlafes häufig und in bestimmtem Rahmen (ca. 10 sec. ohne Atmen) normal. Wenn aber mindestens 1 Minute oder mehr -> Erwachen und Luftholen -> insomnia. Ist meist nicht einmal bewußt; Person kann glauben, 8 Stunden oder mehr geschlafen zu haben, in Wirklichkeit war es aber nur knapp die Hälfte. * Es werden immer wieder REM-Phasen gestört, weil man ja in jeder REM-Phase aufwacht. Folge: Man fühlt sich am Morgen nicht ausgeruht, obwohl man ausreichend geschlafen zu haben glaubt. Ursachen: Fettleibigkeit (va. Männer = betroffen -> haben oft Probleme, Schlafposition zu finden, die einfaches Atmen ermöglicht), Atmungszentrum im Gehirn defekt (va. bei alten Menschen) c) Mißbrauch von Schlaftabletten = ebenfalls eine Ursache von Schlafstörungen! * Die meisten Schlaftabletten enthalten Tranquilizer: Norepinephrine, Histamine, Dopamine. Erzielt wird ein Herabsetzen der synaptischen Stimulation, diese Stoffe tendieren aber als Neurotransmitter wiederum dazu, Aufgewecktheit zu verstärken! Als Einschlafhilfe gebraucht: können abhängig machen, sodaß Einschlafen ohne Tabletten nicht mehr möglich ist -> es entsteht eine Spirale, aus der man nur sehr schwer wieder herauskommt. * Short acting tranquilizers: z.B. Midazolam und Triazolam; hören schon vor dem Morgen zu wirken auf -> man ist am nächsten Tag nicht schläfrig, sind daher sehr beliebt. Nachteil: können zu früh zu wirken aufhören -> Folge: Entzugserscheinungen noch während der Nacht, Unmöglichkeit wieder einzuschlafen * Bestimmte Schlaftabletten können auf die biologische Uhr phaseadvanced oder phasedelayed wirken. Hängt davon ab, wann Person die Schlaftablette einnimmt. Dies trifft besonders dann zu, wenn man den Jet Lag durch Schlaftabletten bekämpfen möchte. Verschlimmerung der Schlafstörungen, abhängig davon, wann sie genommen werden und in welcher Richtung man fliegt. d) Periodische Bewegungen während des Schlafs * Meist zusammen mit Insomnia, meist während des NREM-Schlafs; * im Alter häufiger als in der Jugend (sehr selten vor dem 30. Lebensjahr). * Es handelt sich um ein wiederholtes, nicht freiwilliges Bewegen der Beine / Arme: etwa alle 20-30 sec kommt ein Zucken; kann über Stunden gehen, auch bis zum aus dem Bett Fallen führen. * Milde bis mäßige Bewegungen sind normal. e) Narcolepsie: = häufige, unerwartete Phasen von Schläfrigkeit während des Tages. Kann vererbt sein; 1:1000 Betroffene 105 Symptome: (müssen aber nicht alle auftreten) * Schlafattacken untertags (plötzliche oder allmähliche) * manchmal auch Kataplexie (= plötzliche Muskelschwäche, verbunden mit starken Emotionen, wie Ärger, Angst,..., während Betroffener wach bleibt * Schlafparalyse: = Unmöglichkeit, sich zu bewegen, beim Einschlafen oder Aufwachen; tritt häufig auf * Hypnagogische Halluzinationen: = traumähnliche Erfahrungen, von der Realität nicht zu trennen; treten oft beim Einschlafen auf Alle diese Symptome werden interpretiert als Auftreten eines REM-Schlaf ähnlichen Zustandes während des Wachseins. REM-Schlaf wird ja assoziiert mit Muskelschwäche, Lähmung und Träumen vgl. REM-Schlaf: In bestimmten Arealen der Medulla werden Zellen aktiv währen REM-Schlaf -> senden Botschaft zu Rückenmark, um Bewegungen zu unterdrücken. Bei Schlafparalyse werden dieselben Zellen aktiv -> es kann mit Drogen gegen dieses Leiden vorgegangen werden, und zwar mit Amphetaminen. Diese haben leider aber auch die Nebenwirkung, den REM-Schlaf zu unterdrücken. Werden nicht gerne verschrieben wegen Nebenwirkungen und Abhängigkeit . f) Night Terrors, Reden im Schlaf, Schlafwandeln: Night Terrors: = Alpträume in REM-Phasen. Zum Unterschied von Alpträumen geht es hier um eine weit massivere Angst; führt meist zum Aufwachen unter lautem Schreien; passiert in NREM-Phasen, häufiger bei Kindern. Reden im Schlaf: in REM- und NREM-Phasen Schlafwandeln: meist bei Kindern von 2-5 Jahren, meist zu Beginn der Nacht in den Stufen III und IV; meist innerhalb einer Familie vererbt. Gründe sind nicht bekannt; ist meist harmlos; Schlafwandler aufzuwecken ist nicht gefährlich (trotz gegenteiliger Volksmeinung); fühlt sich meist nur sehr verwirrt. g) REM-Verhaltensstörung * Person bewegt sich unruhig während REM, agiert offensichtlich gewalttätige Träume aus. Traum und Bewegung korrespondieren (Ausschlag mit Fuß im Traum -> Träumender schlägt im Bett aus) * mögliche Erklärung: Gehirnareale im Brücken- und Mittelhirn, die die Muskelbewegung hemmen sollen, könnten defekt sein -> mangelnde Motorneuronen-Hemmung.