Der neuste Stand der Forschung hat einige Antworten darauf, wie unser Hirn in den Schlafzustand wechselt. Obwohl dieses Wissen vielleicht nicht hilft, nachts schneller einzuschlafen, kann es dabei helfen, die Prozesse unserer zirkadianen Rhythmen, besser zu verstehen. Weiterhin kann dieses Wissen dabei helfen Schlafstörungen zu erkennen und verständlicher zu machen.
Ein Modell, das zur Erklärung des Einschlafens verwendet wird, ist das Flip-Flop-Schaltmodell. Das Gehirn ist im Wesentlichen ein elektrisches System aus Schaltkreisen, die zwischen Wachzustand und Schlaf wechseln. Dabei werden Neuronen effektiv ein- und ausgeschaltet, um Schlaf oder Aktivität zu hemmen. Sie halten uns in Wachphasen bei Bewusstsein und helfen Nachts den Schlafzustand zu halten.
Den meisten Menschen hilft dieser Schalter in wichtigen Situationen Wach zu bleiben, bspw. beim Autofahren oder beim Bedienen schwerer Maschinen. Bei Menschen mit Narkolepsie oder chronischer Erschöpfung funktioniert dieser Schalter jedoch nicht richtig. Dadurch gehen sie spontan in den Schlaf über, auch wenn sie lieber bei Bewusstsein bleiben würden. Wissenschaftler nennen diesen Übergang zwischen Schlaf und Bewusstsein “Sleep State Switching“.
Der Flip-Flop-Schalter
In diesem Abschnitt gehen wir näher darauf ein, wie der „Kippschalter“ des Gehirns zwischen den Schlafzuständen wechselt.
Schlaf und Wachzustand sind gegensätzliche Modi – man kann nicht gleichzeitig schlafen und wach sein, weil ein Zustand den anderen effektiv hemmt. Deshalb verwenden Wissenschaftler den Begriff “Flip-Flop-Schalter”, ein Ausdruck, der eine elektrische Rückkopplungsschleife mit gegenläufigen Stromkreisen beschreibt. Flip-Flop-Schaltungen vermeiden Übergangszustände, d.h. sie sind entweder ein- oder ausgeschaltet.
Obwohl es manchmal so aussieht, als würde das Einschlafen ewig dauern, bewegen wir uns tatsächlich innerhalb weniger Sekunden zwischen Wachzustand und Schlaf, sowie innerhalb der verschiedenen Phasen des Schlafes.
Die an diesem Schalter beteiligten Neuronen befinden sich tief im Gehirn. Orexin ist ein Neurotransmitter, der im Hypothalamus produziert wird und die Erregung und Wachsamkeit reguliert. Neurotransmitter sind die Botenstoffe des Gehirns, die die Erhaltung des Wachzustandes signalisieren.
Das Gehirn bleibt so lange wach, bis ein Schalter umgelegt wird, der den Nucleus praeopticus lateralis (ein kleines Kerngebiet des Hypothalamus) stimuliert, mit der Sekretion der Neurotransmitter GABA und Galanin zu beginnen. Diese Botenstoffe beruhigen das Gehirn und induzieren Müdigkeit, indem sie Orexin-Neurotransmitter hemmen.
Umschalten in andere Schlafphasen
Das Umschalten des Schlafzustandes hilft zu erklären, wie wir uns zwischen verschiedenen Phasen des Schlafes bewegen. Neuere Forschungen deuten darauf hin, dass der zuständige Schalter sich in einem Bereich in der Nähe der Hirnbasis befindet, der als Mesopontine-Tegmentum bezeichnet wird. Dort regulieren Neuronen den Wechsel zwischen dem REM- und NREM-Schlafes. In diesem Modell beinhalten beide virtuellen Schalter Neuronen, die den Neurotransmitter GABA produzieren. Der Schalter, der REM-Schlaf aktiviert, enthält auch glutamaterge Neuronen.