Wie wacht das Gehirn aus dem Schlaf auf? Eine Studie, in der über 1.000 Aufwachphasen untersucht wurden, hat genau gezeigt, wie das Gehirn beim Übergang in den Wachzustand aktiv wird. Dieses Wissen könnte dabei helfen, die Schlaftrunkenheit zu bewältigen, die viele Menschen verspüren, wenn sie die Schlummertaste drücken.
Aufnahmen von Menschen, die aus der REM-Schlafphase aufwachten, zeigten, dass zunächst die Bereiche im vorderen Gehirn aktiv werden, die mit exekutiven Funktionen und Entscheidungsfindung in Verbindung stehen. Anschließend breitet sich eine Welle der Wachheit nach hinten aus und endet in einem Bereich, der mit dem Sehen zusammenhängt.
Die Ergebnisse könnten unsere Vorstellung vom Aufwachen verändern. Sie zeigen, dass Einschlafen und Aufwachen keine einfach umgekehrten Prozesse sind. Vielmehr scheint das Aufwachen eine geordnete Aktivierungswelle zu sein, die sich von vorne nach hinten durch das Gehirn bewegt. Das Einschlafen scheint dagegen weniger linear und eher allmählich zu verlaufen.
Schlafende Gehirn-Signatur
Ein waches Gehirn zeigt ein typisches Muster elektrischer Aktivität, das von Sensoren auf der Kopfhaut aufgezeichnet werden kann. Es ähnelt einer gezackten Linie aus kleinen, dicht gepackten Spitzen und Tälern. Dieses Muster ähnelt dem während des REM-Schlafs, in dem lebhafte Träume auftreten. In dieser Phase gibt es jedoch keine Bewegungen der Skelettmuskulatur. Die Spitzen sind in den meisten Phasen des Nicht-REM-Schlafs, der von leichtem bis zu sehr tiefem Schlaf reicht, höher.
Der Wissenschaft war bereits bekannt, dass die abgeschwächte Signatur zu unterschiedlichen Zeiten in verschiedenen Hirnregionen auftritt. Mithilfe der üblichen Bildgebungsverfahren war es jedoch nicht möglich, diese Muster auf einer genauen Zeitskala zu untersuchen.
Um besser zu verstehen, was beim Aufwachen im Gehirn passiert, hat die Neurowissenschaftlerin Francesca Siclari vom „Netherlands Institute for Neuroscience” in Amsterdam gemeinsam mit ihrem Team 20 Personen beim Aufwachen beobachtet. Die Gehirnaktivität jedes Teilnehmers wurde mithilfe von 256 Sensoren, die auf der Kopfhaut angebracht waren, aufgezeichnet. Einige der Probanden sind von selbst aufgewacht, andere wurden von einem Wecker geweckt. Mithilfe der Sensoren konnten die Wissenschaftler die Gehirnaktivität im Sekundentakt analysieren. Anschließend rekonstruierten sie mithilfe mathematischer Algorithmen und Modelle, an welcher Stelle des Gehirns diese Aktivität stattfindet.
Die Schlummertaste drücken
Die Forscher haben herausgefunden, dass sich die neuronale Aktivität, die das Aufwachen kennzeichnet, von vorne nach hinten ausbreitet, wenn jemand aus dem REM-Schlaf erwacht. Im Nicht-REM-Schlaf hingegen taucht dieses Muster zuerst an einem zentralen „Hotspot“ tief im Gehirn auf und breitet sich dann ebenso von vorne nach hinten aus. Diese Abweichung könnte erklären, warum sich die Teilnehmer nach dem Aufwachen aus dem Nicht-REM-Schlaf weniger müde fühlten als nach dem Aufwachen aus dem REM-Schlaf. Warum dieses Muster diesen Effekt hat, ist allerdings noch nicht ganz klar.
Überraschend war, wie gleichmäßig dieses Muster bei jedem Aufwachen auftrat und wie es mit den subjektiven Messwerten, wie etwa der Schlafphase oder der Art des Aufwachens, zusammenhing.
