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Hirnforschung: Lehrreicher hoher Wellengang

Lernen im Schlaf ist kein Traum - gerade in traumlosen Phasen der Nacht scheint das Wesentliche eines Tages erfolgreich im Gehirn umgewälzt zu werden. Der Beweis hierfür stand allerdings bislang noch aus.
Schlaf
Im altgriechischen Götterhimmel hatte er die Planstelle des Schlafverantwortlichen inne: der Gott Hypnos. Sein klassisch-hellenischer Aufgabenbereich war dabei eher verschleiernd, denn ganz Bruder von Thanatos, dem Gott des Todes, brachte Hypnos in den Augen der Menschen der Antike vor allem nächtliches Vergessen. Daran hat sich in postantiken Zeiten allerdings einiges geändert, seit moderne Wissenschaftler ganz konträre Vorstellungen von Hypnos' Funktion entwickelten: Schlaf, so die in mittlerweile etablierte Meinung, fördert das genaue Gegenteil des Vergessens – er vertieft vielmehr allnächtlich alles am Tage neu Erlernte.

Dafür existieren eine Hand voll wissenschaftlicher Belege: Nach einem ausgiebigen Nachtschlaf zeigen Menschen in Experimenten, bei denen es etwa auf eine gute Hand-Augen-Koordination ankommt, stets bessere Leistungen als nach ebenso langen, aber schlaflosen Erholungspausen. Verantwortlich machen die Forscher dafür besonders eine der unterscheidbaren, zyklisch wiederholten Abschnitte des menschlichen Schlafes: Die Tiefschlafphase des traumlosen, langsamwelligen Schlafes (nicht-REM-Schlaf oder kurz NREM). Endgültige Beweise dafür, dass gerade der NREM-Schlaf die Konsolidierung von am Tag zuvor erlernten Fähigkeiten fördert, existierten indes bislang nicht.

Solche Beweise tatsächlich zu finden, hatten sich Reto Huber von der Universität von Wisconsin und seine Kollegen womöglich zunächst nicht träumen lassen. Ihre Experimente begannen so auch recht konventionell: Sie baten einige Freiwillige, in einem simplen Videospiel einen mausgesteuerten Cursor vom Zentrum des Bildschirms aus in Richtung zufällig aufflackernde Punkte zu bewegen. Dabei bauten sie nach einer ersten Trainingsperiode für eine Testgruppe allerdings ein verstecktes, von den Probanden nicht bewusst wahrnehmbares Handikap ein, indem sie die Cursorsteuerung subtil beeinflussten. Die Cursorbewegungen wichen daraufhin um wenige Winkelgrade von der nach den vorherigen Versuchen eigentlich erwarteten Richtung ab. Dadurch verschlechterte sich natürlich zunächst die Treffergenauigkeit der Kandidaten – bis sie in einem motorischen, unbewussten Lernprozess ihre Steuerung wieder an die geänderten Bedingungen anpassten.

EEG-Messung | Die dreidimensionale Darstellung zeigt die Position der 256 Elektroden, mit denen das EEG während des Schlafs aufgezeichnet wurde. Sechs Elektroden im Bereich des rechten parietalen Kortex (weiße Punkte) registrierten nach Lernphasen höhere NREM-Amplituden.
Einige der Probanden vollzogen diese Anpassung recht schnell, andere taten sich etwas schwerer. Jedenfalls aber ließ sich ihre Leistung und die der nicht gehandikapt trainierenden Kandidaten – wie schon erwartet – durch eine Schlafruhephase über Nacht stets steigern. Während dieser nächtlichen Ruhe beobachteten Huber und seine Kollegen nun das langsame Oszillieren der NREM-Wellen im Gehirn aller Testteilnehmer mit Hilfe eines Elektroenzephalogramms (EEG). Genau unter die Lupe nahmen sie dabei jene Region im parietalen Kortex der rechten Gehirnhälfte, die durch Aufgaben wie den durchgeführten Videotest bekanntermaßen besonders beansprucht wird.

Mit unerwartetem Ergebnis: Genau in jener Region beobachteten die Forscher tatsächlich höhere Amplituden der NREM-Wellen bei jenen Kandidaten, die durch das eingeschummelte Handikap zum intensiven Umlernen während des Test gezwungenen worden waren. Die deutlichste NREM-Wellen-Verstärkung zeigte sich dabei an jenen Probanden, die zunächst am schwersten mit der Umstellung der Cursorsteuerung zu kämpfen gehabt hatten. Und noch erstaunlicher: Wie die Datenauswertung nach einem weiteren Testtag ergab, korrelierte der Grad der NREM-Wellenverstärkung einzelner Kandidaten mit ihrer Leistungssteigerung in den nach dem Schlaf wiederholten Tests.

Damit stehe fest, so Huber, dass die Vertiefung von Lerninhalten tatsächlich lokal in den an den erlernten Aufgaben beteiligten Gehirnregionen mit intensivierter NREM-Wellenaktivität einhergeht. Der Neurobiologe Mircea Steride von der Laval-Universität hält es für schier unglaublich, dass dies tatsächlich demonstriert werden konnte. Offenbar hat Hypnos hier ein paar Schleier vor seiner Trickkiste ganz unerwartet fallen lassen müssen. Eines aber gilt seit antiken Zeiten bis heute weiterhin: Vor dem Lernvertiefen im Schlaf muss leider immer noch zuerst das Lernen kommen.

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