Schlaf – charakterisiert durch spezifisches Verhalten und unterschiedliche Hirnströme im EEG

Der Schlaf unterscheidet sich bekanntermaßen vom Wachzustand. Um den Schlaf bei einzelnen Lebewesen besser zu verstehen, bewerten wir das spezifische Verhalten im Schlaf und die Gehirnströme im Elektroenzephalogramm, dem EEG.

Schlafverhalten – Mensch und Tier unterschiedlich

Das Schlafverhalten ist zunächst einmal durch eine Bewegungslosigkeit bzw. Bewegungsarmut gekennzeichnet. Wir reagieren im Schlaf auf Ansprache nur schwerlich, da die Reizschwellen, z.B. für Geräusche, heraufgesetzt sind. Der Körper möchte sich im Schlaf einfach nicht stören lassen.

Allerdings ist der Nachtschlaf auch rasch reversibel. Wenn der Reiz stark genug ist, dann wachen wir auf und sind sehr schnell geistig und körperlich leistungsbereit. Das ist für alle Lebewesen sinnvoll. Vor allen Dingen dann, wenn das Risiko einer körperlichen Bedrohung, z.B. durch Raubtiere, besteht. Ihr Nachtschlaf unterscheidet sich dabei deutlich vom Koma oder vom echten Winterschlaf. In diesen Fällen ist das Lebewesen kaum noch zu wecken und völlig schutzlos.

Es gibt je nach Tierart spezielle Körperhaltungen, die den Schlaf einleiten bzw. unterhalten, z.B. das Liegen beim Menschen. Die Fledermaus hingegen bevorzugt z.B. die senkrechte Position. In der Regel hat das Lebewesen einen bevorzugten Ruheplatz, der sicher und geschützt ist. Vor dem Schlafen haben die meisten Lebewesen Rituale, wie z.B. das Gähnen oder das Drehen in eine bestimmte Seitenlage, welche den Schlaf einleitet.

Unter stabilen Bedingungen ist der Schlaf Teil des zirkadianen 24 Stunden Rhythmus. Sie werden ungefähr zur selben Zeit müde und wachen zur selben Zeit auf. Tagaktive Lebewesen schlafen in der Nacht, nachaktive Tiere am Tag. Schläft das Lebewesen zu wenig, dann tritt vermehrt Müdigkeit auf und es wird ein kompensatorischer Schlafversuch unternommen.

Verschiedene Schlafphasen im Elektroenzephalogramm

Mit dem Elektroenzephalogramm, dem EEG, kann man die Gehirnströme messen. Wir unterscheiden hier grundsätzlich einen sog. orthodoxen Schlaf, in der Folge N I bis N III und den paradoxen Schlaf. Paradox wird er deshalb genannt, weil Ihr Körper zwar komplett still liegt, andere Körperfunktionen aber hochaktiv sind, z.B. in Form von schnellen Augenbewegungen. Diese schnelle Bewegung der Augen nennen wir auch Rapid Eye Movement und die Schlafphase entsprechend den REM-Schlaf.

Gemeinsam bilden der Non-REM-Schlaf und der REM-Schlaf einen sogenannten ultradianen Zyklus. Ultradian bedeutet, dass hier alle Schlafphasen durchlaufen werden. Ein solcher Zyklus dauert 70-90 Minuten und es kommen 4-5 Phasen pro Nacht vor.

Die verschiedenen Schlafphasen sind durch unterschiedliche Hirnströme gekennzeichnet. Hirnströme treten als elektrische Wellen auf, ähnlich wie bei der Meeresbrandung, die Sie am Strand beobachten. Im EEG unterscheiden wir unterschiedliche Amplituden, d.h. Höhen der Wellen und Oszillationen, d.h. wie häufig eine Welle pro Sekunde auftritt. Die Einheit für elektrische Hirnströme sind für die Amplitude Mikrovolt (µV) und für die Oszillation Hertz (Hz).

EEG – der Wachzustand

Im Wachzustand beträgt die Amplitude, also der elektrische Ausschlag der elektrischen Hirnströme, weniger als 30 µV. Die Schwingungen, die sogenannten Oszillationen, betragen mehr als 12 Hz. Wir nennen diese Hirnströme Beta-Wellen.

EEG – leichter Schlaf N1

Beim leichten Schlaf steigt die Amplitude im EEG auf 50-100 µV an, die Oszillationen betragen 4-8 Hz und wir nennen sie Theta-Wellen. Im leichten Schlaf sinkt Ihre Körpertemperatur und die Muskulatur entspannt sich. Dieser Zustand wird manchmal gar nicht als Schlaf wahrgenommen und ist durch eine leichte Erweckbarkeit gekennzeichnet. Der leichte Schlaf nimmt bei einem ultradianen Zyklus 5-10 Minuten ein und in Summe 5% des Nachtschlafes.

EEG – mitteltiefer Schlaf N2

Hier beträgt die Amplitude 50-150 µV und die Oszillationen liegen weiterhin bei 4-8 Hz. Wir sehen weiterhin die Thetawellen sowie zusätzlich spezielle elektrische Phänomene, die sog. Schlafspindeln und K-Komplexe. Sie sind in diesem Zustand immer noch relativ leicht zu wecken. Pro ultradianen Zyklus macht der mitteltiefe Schlaf 30-45 Minuten aus, was 45% des Nachtschlafes entspricht.

EEG – Tiefschlaf N3

Wir unterscheiden hier im EEG zwei Komponenten, einmal mit 100-150 µV und Oszillationen von 2-4 Hz, sowie Amplituden von 100-200 µV und Oszillationen von 0,5-2 Hz. In beiden Fällen spricht man von einem Gemisch aus Theta- und Delta-Wellen. In diesem Zustand sind Sie nur noch sehr schwer aufzuwecken. Diese Phase beträgt 10-40 Minuten eines ultradianen Rhythmus und macht 25% der Schlafzeit aus. Diese Tiefschlafphasen erreichen Sie vor allem in der frühen Schlafzeit um Mitternacht.

EEG – paradoxer oder sogenannter REM-Schlaf

Im EEG sehen wir nun wieder Thetawellen mit niedrigen Amplituden von 30 µV, sowie Oszillationen von mehr als 12 Hz und sogenannte Betawellen, so wie wir es eigentlich aus dem Wachzustand kennen. Der REM-Schlaf ist gekennzeichnet durch eine hohe mentale und vegetative Aktivität in Verbindung mit einer vollen muskulären Relaxation. Die muskuläre Relaxation ist deswegen wichtig, weil während des REM-Schlafs sehr lebhafte Träume auftreten. Sollten Sie diese ausleben, dann würden Sie sich selbst oder andere verletzen. Die muskuläre Relaxation verhindert dies.

Aus Herz-Kreislauf-Sicht ist interessant, dass die sogenannten vegetativen Prozesse wie Herzschlag, Atmung oder auch Körpertemperatur von ihrer zentralen Steuerung, im Hypothalamus im Gehirn, im REM-Schlaf fast vollständig entkoppelt sind. So kommt es zu Herzrasen, schnellem Atmen und Temperaturanstieg.

Den REM-Schlaf können Sie manchmal recht gut bei Ihrem Lebenspartner bzw. Ihrer Lebenspartnerin erkennen am geänderten Atemverhalten mit tieferen und schnelleren Atemzügen. Wenn Sie dann noch die Möglichkeit haben, bei abgedunkelter Beleuchtung die Augen zu beobachten, dann können Sie sehen, wie sich diese sehr schnell hin und her bewegen.

Eine solche REM-Schlafphase als Teil eines ultradianen Rhythmus beträgt 30-40 Minuten und macht 25% des Nachtschlafs aus. Der REM-Schlaf tritt eher in der späten Schlafzeit, also auch gegen Morgen, auf.

Unterschiedliche Schlafphasen – unterschiedliche Funktionen

Welche Bedeutung die einzelnen Schlafphasen für den Menschen haben, ist sicherlich noch nicht endgültig wissenschaftlich geklärt. Den Non-REM Schlafphasen wird im Allgemeinen eine größere Bedeutung für die Regeneration des Energiestoffwechsels zugeschrieben.

Nach heutigem Wissensstand ist der REM-Schlaf von besonderer Relevanz für die Verarbeitung von Informationen. Stellen Sie sich vor, den ganzen Tag erleben Sie mit hoher Geschwindigkeit Dinge, die Sie wie Notizen auf Ihrem geistigen Schreibtisch liegen lassen. Wenn Sie so wollen, dann bringt der REM-Schlaf Ordnung in Ihre geistige Zettelwirtschaft; über Erlebtes wird im Schlaf nachgedacht, die Inhalte werden sortiert und dann abgespeichert, so dass Sie später wieder darauf zurückgreifen können.

Viele von uns haben schon einmal erlebt, dass sie morgens mit einer Problemlösung wach geworden sind, nachdem am Vortag das Problem trotz großer Anstrengung nicht lösbar war. Dieses Phänomen zeigt Ihnen besonders deutlich, dass diese sog. kognitiven Prozesse im Schlaf für Ihre geistige Gesundheit sehr wichtig sind.

Kann ich verlorenen Schlaf aufholen? – Nein!

Wenn Sie immer wieder ein Schlafdefizit entwickeln, z.B. indem Sie an 5 Tagen in der Woche 6 Stunden und weniger schlafen, dann leidet vor allen Dingen die Funktion des REM-Schlafs und damit Ihre geistige Leistungsfähigkeit. Das hat 3 Gründe.

Erstens: Zu kurzer Schlaf geht auf Kosten des REM-Schlafs, weil REM-Schlaf erst vermehrt in der späten Schlafzeit vorkommt.

Zweitens: Wenn Sie wieder länger schlafen können, z.B. jeweils 8 Stunden am Samstag und Sonntag, dann wird Ihr Körper erst versuchen das Schlafdefizit für den Non-REM Schlaf auszugleichen; der REM-Schlaf kommt wieder zu kurz.

Drittens: Wenn sich geistige Inhalte über 5 Tage angestaut haben, dann ist a) die Masse zu hoch und b) viele Inhalte sind verblasst, sodass eine adäquate Verarbeitung von Erlebtem nicht mehr erfolgen kann.

Kurzum, Schlaf und vor allen Dingen den REM-Schlaf können Sie nicht aufholen. Folglich müssen Sie für eine gute geistige und körperliche Gesundheit am Tag möglichst in jeder Nacht 7-8 Stunden schlafen, damit Sie alle Schlafphasen im ausreichenden Maß durchlaufen.

• Boyce R  et al. Curr Opin Neurobiol. 2017 Jun; 44: 167-177
• Lyamin OI et al. Curr Opin Neurobiol. 2017 Jun; 44: 144-151

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