Im Schlaf lernen – Wie das Gehirn wichtige Informationen speichert
Eine neue Studie zeigt, wie Menschen im Schlaf lernen und wie Schlafphasen dies fördern. Zwei unterschiedliche Schlafphasen während des Tiefschlafs scheinen beim Lernen eine wichtige, komplementäre Rolle zu spielen. Die eine verbessert die Gesamtleistung, während die andere das stabilisiert, was die schlafende Person am Vortag gelernt hat.
Wie können Menschen im Schlaf lernen?
Wissenschaftler wissen also seit langem, dass ein guter Schlaf Wunder für die Fähigkeit bewirkt, neue Kenntnisse zu erlernen. Was weniger klar war, ist jedoch die Rolle der verschiedenen Schlafstadien. Insbesondere gab es Kontroversen über die relativen Beiträge des Schlafes mit schnellen Augenbewegungen (REM), wenn die meisten Träume auftreten, und des Nicht-REM-Schlafes, der größtenteils traumlos ist. Eine Studie von Psychologen des Instituts für kognitive, sprachliche und psychologische Wissenschaften der Brown University liefert wichtige Hinweise, die zur Lösung der Debatte beitragen könnten. Ihr Experiment konzentriert sich vor allem auf visuelles Lernen. Es legt nahe, dass nicht die eine Stufe für das Erlernen neuer Fähigkeiten als die andere wichtig ist, sondern sowohl eine wesentliche als auch eine komplementäre Rolle der neurochemischen Verarbeitung spielt.
Das Team fand heraus, dass Nicht-REM-Phase zwar die Leistung neu erworbener Fähigkeiten durch Wiederherstellung der Flexibilität verbessert, der REM-Schlaf diese Verbesserungen jedoch stabilisiert. Außerdem verhindert diese Schlafphase, dass die neuen Informationen durch nachfolgendes Lernen überschrieben werden. Der meiste REM-Schlaf tritt in den letzten Stunden des Schlafes so auf, dass der Befund die Wichtigkeit verstärkt, diese späteren Stadien nicht zu verkürzen. Wenn Menschen nachts schlafen, gibt es viele Schlafzyklen. Der REM-Schlaf tritt mindestens drei-, vier-, fünfmal auf, insbesondere im späteren Teil der Nacht. Darüber hinaus brauchen Menschen viel REM-Schlaf, damit sie sich besser an das Gelernte erinnern können. Deshalb sollte dieser Schlaf ununterbrochen stattfinden.
Vorteile des Schlafs fürs Lernen
Psychologen haben zuvor zwei unterschiedliche Vorteile des Schlafes für das Lernen identifiziert. Der erste Vorteil bezeichnen sie oft als „Offline-Leistungssteigerung“. Dieser besteht darin, dass sich das vor dem Schlafengehen erworbene Lernen nach dem Schlafen ohne zusätzliches Training verbessert. Der zweite Vorteil, der als Widerstandsfähigkeit gegen Störungen gilt, schützt die vor dem Schlafengehen erlernten Fähigkeiten vor Störungen oder Überschreibungen durch nachfolgendes Lernen nach dem Aufwachen. Um beide Vorteile zu nutzen, gibt es einen Kompromiss zwischen Flexibilität und Stabilität. Das Lernen während des Tages beinhaltet die Bildung neuer Synapsen, die die elektrischen Verbindungen zwischen Nervenzellen darstellen. Dementsprechend hängt die Stärkung bestehender Synapsen von wiederholter Verwendung ab. Während Menschen im Schlaf lernen, scheint das Gehirn seine Operationen zu rationalisieren, um effizienter zu arbeiten.
Einer führenden Hypothese zufolge reaktiviert das Gehirn Synapsen, die im Laufe des Tages stärker oder dann alle wahllos schwächer werden. Dies stellt die Flexibilität oder Plastizität der lokalen Verbindungen und breiteren Netzwerke des Gehirns wieder her, um die Gesamtleistung zu verbessern. Gleichzeitig muss das Gehirn im Schlaf wichtige Synapsen stabilisieren, um zu verhindern, dass das, was am Vortag gelernt wurde, durch neue Lernerfahrungen beseitigt wird.
Die Forscher verwendeten Elektroden, die an die Augenlider und die Kopfhaut der Probanden geklebt waren. Somit konnten sie feststellen, wann die Probanden in verschiedene Schlafstadien eintraten. Sie verwendeten außerdem auch eine Technik namens Magnetresonanzspektroskopie. Dadurch lassen sich die relativen Konzentrationen von zwei Neurotransmittern (Glutamat und Gamma-Aminobuttersäure (GABA)), die visuelle Informationen verarbeiten, in den Teilen des Gehirns messen. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass beide Schlafphasen für das Lernen neuer Dinge wesentlich sind. Während das Gehirn „offline“ ist, verbessert der Nicht-REM-Schlaf die Leistung bei neu erlernten Aufgaben. Ohne REM-Schlaf zur Stabilisierung der Erinnerungen gehen diese Gewinne jedoch verloren.
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