Die Analysen von Elektroenzephalogrammen (kurz EEG) helfen ein wenig, die geheimnisvollen Vorgänge während des Schlafs aufzudecken. Durch das Anbringen von Elektroden auf die Kopfhaut des Schlafenden lassen sich die rhythmischen Entladungen von Neuronen durch das thalamokortikale System als Muster aufzeichnen. Unser Hirn emittiert verschiedene Arten von Gehirnwellen während der einzelnen Schlafphasen. Schlafspindeln und K-Komplexe stellen zwei dieser elektromagnetischen Wellen dar.
Was sind Schlafspindeln?
Schlafspindeln sind plötzliche Ausbrüche oszillierender Gehirnaktivität, die im retikulären Kern des Thalamus erzeugt werden und in Stufe N2 (Leichtschlaf) der Schlafphasen auftreten.
Diese Gehirnwellen werden wegen des auftretenden Musters auf dem EEG Schlafspindeln genannt. Es sind Spannungsdifferenzschwankungen vieler Wellen in einem kurzen Zeitraum. Forscher glauben, dass Schlafspindeln Zeiträume darstellen, in denen das Gehirn die mentale Verarbeitung hemmt, um die Person in einem ruhigen Zustand zu halten. So kann der Schlafzyklus ungestört fortgesetzt werden und die Person kann in die nächste Stufe des Tiefschlafes übergehen. Schlafspindeln treten bei Säuglingen erstmalig in einem Alter von 6 Wochen auf. Typischerweise gehen Schlafspindeln Muskelzuckungen voraus.
Schlafspindeln und K-Komplex-Gehirnströme im Stadium 2 des leichten Schlafes
Schlafspindeln werden auch Sigma-Bänder oder Sigma-Wellen genannt. Die elektrische Aktivität die zu Spindeln führt, tritt sowohl global (über einen Großteil des Gehirns) als auch lokal (nur in Teilen des Gehirns) auf. Im Gehirn sind die thalamischen und kortikothalamischen Netzwerke an der elektrischen Aktivität beteiligt, die eine Spindel auf einem EEG erzeugt.
Physiologen versuchen zwischen verschiedenen Arten von Spindeln zu unterscheiden. Schnelle Spindeln (13-15 Hz) treten im zentroparietalen Teil des Gehirns auf, während das frontale Gehirn langsame Wellen produziert (11-13 Hz). Eine erhöhte Spindelaktivität tritt am Anfang und Ende des leichten Schlafes auf.
Was sind K-Komplexe?
Wie die Schlafspindeln, definieren auch die K-Komplexe die Gehirnwellen des Schlafes der Stufe N2. Sie unterscheiden sich von den Schlafspindeln in ihrer Form. Im Gegensatz zum schnellen Aktivitätsausbruch der durch Schlafspindeln dargestellt wird, sind K-Komplexe große Wellen, die als Reaktion auf äußere Reize im Schlaf auftreten.
K-Komplexe haben zwei angenommen Funktionen:
1. Die Unterdrückung der kortikalen Erregung als Reaktion auf Reize, die das schlafende Gehirn nicht als Gefahr bewertet.
2. Die Unterstützung der Festigung der Informationen im Gedächtnis.
Abnormale K-Komplex-Aktivität ist mit Epilepsie, Restless-Legs-Syndrom (RLS) und obstruktiver Schlafapnoe verbunden. Beispielsweise erleben RLS-Patienten ein höheres Volumen an K-Komplexen, die typischerweise unmittelbar vor den Beinbewegungen auftreten. Diese erhöhte K-Komplex-Aktivität kann zu einem weniger erholsamen Schlaf führen.
Schlafspindeln und Schlafqualität
Wir verbringen fast die Hälfte der Nacht in der Stufe N2 des Schlafes (45 %). Während dieser Phase sinkt unsere Körpertemperatur und unsere Herzfrequenz verlangsamt sich. Der Körper bereitet sich auf den erholsamen Tiefschlaf vor.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Personen mit einer erhöhten Anzahl an Schlafspindeln ein höheres Maß an Toleranz gegenüber Lärm haben. Dies könnte darauf hindeuten, dass Menschen mit einer starken Spindelaktivität potenziell besseren Schlaf genießen.
Diese Theorie passt auch zu den Veränderungen in der Schlafarchitektur, die Menschen im Alter erleben. Mit zunehmendem Alter produzieren man weniger Spindeln, sodass der Schlaf eher unterbrochen wird, bevor Sie in den Tiefschlaf fallen. Da das Gehirn nicht die erforderliche Menge an Schlafspindeln produziert, um einen erholsamen Zustand aufrechtzuerhalten, erleben ältere Menschen eine geringere Schlafqualität.
Melatonin scheint das Auftreten von Schlafspindeln zu fördern, was erklären kann, warum viele Menschen es als Schlafmittel besonders effektiv empfinden.
Schlafspindeln und Intelligenz
Die Spindeln signalisieren einen Informationsfluss zwischen dem Hippocampus und dem Neocortex. Die Häufigkeit der Spindeln scheint zu signalisieren, wie aktiv das Gehirn ist und dient als physiologischer Index für Intelligenz. Eine Studie zeigt, dass die Frequenz der Schlafspindel in Nächten, die auf Lernphasen folgen, steigt. Am nächsten Tag lässt sich eine erhöhte Leistungsfähigkeit bezüglich der neu erlernten Aufgabe feststellen.
Deswegen sind sich Wissenschaftler einig, dass die Spindeln einen Transfer von Informationen vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis darstellen. Wie Informationen im Gehirn gespeichert werden, ist immer noch ein großes Rätsel, aber zumindest liefern EEG’s erste Hinweise. Dieser Prozess der Umschichtung der Informationen könnte die Ursache für die Verschlechterung der kognitiven Fähigkeiten bei Schlafmangel sein. Das Kurzzeitgedächtnis ist überladen und das Gehirn schafft es nicht mehr, Informationen effektiv zu verarbeiten.