Sind Weckreaktionen im Schlaf normal?
Menschen und Tiere wachen regelmäßig kurz aus dem Schlaf auf. Klassischerweise hat man derartige Weckreaktionen (Arousals) als Schlafunterbrechungen angesehen, doch einem neuen Standpunkt zufolge könnten sie Bestandteil des Schlafs sein. Das von der EU finanzierte Projekt CRITICALSLEEP (Critical transitions and self-organization in sleep micro-architecture) untersuchte die Mechanismen, die zur selbstorganisierten Kritikalität (Self-organised Criticality, SOC), einer Art freischwebenden Aufmerksamkeit, im Schlaf führen. SOC bedeutet die Koexistenz einer skaleninvarianten Organisation von Weckreaktionen sowie eine skalenspezifische Struktur von Zeitspannen der Schlafstadien während eines gesunden Schlafs. Die Forscher stellten fest, auf welche Weise pathologische Zustände Arousals des SOC-Typs in kurzen Zeiträumen beeinflussen. Sie entwickelten außerdem neue SOC-gestützte diagnostische Marker für Schlafstörungen, die möglicherweise der Bewertung der Effekte medikamentöser Behandlungen dienen können. Die Arbeit verfolgte vier Haupthypothesen. Die erste besagte, dass Schlaf-Arousals ein unbedingt notwendiger Bestandteil des gesunden Schlafes sind und durch einen SOC-ähnlichen Mechanismus erzeugt werden, der die Übergänge zwischen den einzelnen Stadien steuert. An den Resultaten ließ sich ablesen, dass kurze Arousals und die von SOC beeinflusste Gestaltung von Wach- und Schlafphasen wahrscheinlich integraler Bestandteil eines gesunden Schlafes sind. Die Forschung hat außerdem festgestellt, dass bei der traditionellen Beurteilung des Schlafs in 30-Sekunden-Fenstern die Mikroarchitektur der Schlaf-/Wach-Dynamik vernachlässigt wird. Folglich entwickelten die Forscher neue Regeln, um Weckreaktionen in Fenstern von jeweils fünf Sekunden zu bewerten. Bei unter Schlaflosigkeit leidenden Versuchspersonen gehen die SOC-Muster nicht verloren; die Muster ändern sich jedoch bei Schlaflosigkeit. Von Schlafapnoe Betroffene zeigten zuvor ein ähnliches Verhalten. Hypothese zwei hatte damit zu tun, ob SOC-Muster in der Schlafdynamik mit der grundlegenden Schlafregulierung im Zusammenhang stehen. Wenn dem so wäre, sollten sich die Muster bei Schlafstörungen verlieren. Die Resultate zeigen, dass sich SOC-abgeleitete Marker unterschiedlicher Schlafstadien bei Schlafstörungen ändern, obgleich die Veränderungen nicht für spezielle Erkrankungen spezifisch waren. Drittens widmete man sich der Frage, ob die Regelung von Schlaf und Wachzustand störende Reaktionswege die selbstorganisierte Kritikalität der Schlafdynamik beeinflussen, und welche Reaktionswege verantwortlich sein könnten. Eine Analyse ergab, dass die Schlafmikroarchitektur des SOC-Typs zerstört wird. Des Weiteren fand das Team heraus, dass Arousals spezifisch sind, und außerdem, dass Schlaf und Weckreaktionen Teil des gleichen Mechanismus sind. Der endgültige Standpunkt besagt, dass für die Veränderung lokaler Signalisierungsregeln in der Dynamik auf Systemebene spezifische neuronale Interaktionen und Netzwerktopologien erforderlich sind. Eine Modellierung zeigte, dass die Mikroarchitektur der Schlafdynamik aus einem Nichtgleichgewichtsprozess resultiert, der nach den konventionellen Theorien der Schlafhomöostase nicht zu verstehen ist. Die Arbeit könnte wirkungsvollere Behandlungen von Schlafstörungen nach sich ziehen.
Schlüsselbegriffe
Schlaf, Schlafunterbrechungen, CRITICALSLEEP, Mikro-Schlafarchitektur, selbstorganisierte Kritikalität
