Bildgebung von Schlaf-Wach-Zyklen
Dass Schlaf für die Leistungsfähigkeit des Gehirns wichtig ist, gilt als gesichert, jedoch sind die entsprechenden physiologischen Prozesse noch weitgehend ungeklärt. Schlaf ist ein komplexer Zustand. Indem kortikale dendritische Aktivitäten im Gehirn mit Schlaf-Wach-Zyklen korreliert werden, soll das Projekt PERISLEEP nun die Funktion von Schlaf näher untersuchen. In Dendriten, den verzweigten Fortsätzen von Nervenzellen, werden die meisten der Synapsen gebildet. Sie sind quasi der wichtigste Umschlagplatz ("Hub") für die Verarbeitung von Informationen und höchstwahrscheinlich auch das physische Substrat des Erinnerungsvermögens. Indem optische (Ca2+)-Bildgebung und Elektroenzephalographie kombiniert werden, sollen nun verschiedene Hirnzustände (Schlaf und Wachsein) mit Veränderungen der dendritischen Aktivität im Cortex korreliert werden. Innerhalb eines Schlaf-Wach-Zyklus schaltet das Gehirn zwischen vier Gehirnzuständen um: aktiver und inaktiver Wachzustand, NREM-Schlaf (non-rapid eye movement) sowie REM-Schlaf (rapid eye movement). Als Schlafspindel (9-16 Hz) wird generell eine Gehirnaktivität bezeichnet, die im NREM-Schlaf auftritt, insbesondere beim Übergang in den REM-Schlaf. Diese Gehirnwellen stehen, wie mehrere Studien belegen, mit der synaptischen Plastizität und Gedächtnisprozessen bei Mensch und Tier in Zusammenhang. Die Forscher entwickelten bereits Bildgebungstechniken für Ca2+ in Dendriten von Nagetieren während des Schlafes und freier Bewegung. Dabei wurden mehr als 15 Stunden lang kontinuierlich dendritische Aktivitäten aller Gehirnzustände aufgezeichnet. Interessanterweise war nicht nur die dendritische Aktivität beim Übergang von der NREM- in die REM-Phase am höchsten, auch ließ die Spindelaktivität verlässliche Aussagen über Veränderungen der dendritischen Aktivität zu. Im Tierversuch soll nun an Nagern die funktionelle Bedeutung dieser Ergebnisse ausgewertet werden. In den verschiedenen Wachphasen werden Veränderungen der dendritischen Aktivität während der Schlaf-Wach-Zyklen sowie der Einfluss auf die synaptische Plastizität ermittelt. Die Projektergebnisse sollen zeigen, wie sich dendritische Aktivitäten und Schlaf auf wichtige Funktionen wie Lernen und Gedächtnis sowie synaptische Plastizität auswirken. Dies wird die künftige Forschungsförderung und weitere Projekte stimulieren, um Schlaf- und Lernstörungen besser behandeln zu können.
Schlüsselbegriffe
Schlaf-Wach-Zyklen, kognitive Funktion, Dendriten, Plastizität, Faseroptik, Kalzium