Schrittmacher für den Schlaf –
das Großhirn

09.08.2007 – Der Thalamus, ein Teil des Zwischenhirns,
wird oft als "Tor zum Bewusstsein" bezeichnet, da er von der
Außenwelt kommende Sinnesreize filtert und zum Großhirn weiterleitet. Ein
Computermodell, das die Auswirkungen von Schwingungen der Großhirnrinde während
des Schlafes auf den Thalamus simuliert, haben jetzt die Kieler Physiker Jörg
Mayer, Professor Heinz Georg Schuster und Dr. Jens Christian Claussen und der
Lübecker Neurowissenschaftler Matthias Mölle zusammen entwickelt. Klinische
Messungen in Lübeck bestätigen, dass die Großhirnrinde im Schlaf als Taktgeber
für den Thalamus arbeitet. Der Arbeitsgruppe gelang es, den Mechanismus zu identifizieren,
der die thalamischen Schwingungen steuert. "Dies könnte in Zukunft
ermöglichen, Schlaf durch äußere Signale besser zu beeinflussen", meint
Professor Heinz Georg Schuster. Die Studie erscheint morgen (10.08.07) in der
Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Das typische
Muster thalamischer Aktivität während der Anfangsphasen des Schlafes sind so
genannte Schlafspindeln, eine Folge von Wellen mit einer Frequenz von zirka 13
Hertz, die rund 1 Sekunde anhalten, die durch ruhige Perioden von etwa 4
Sekunden getrennt sind. Diese Schwingung bewirkt, dass die eingehende
Information gefiltert wird. Schlafspindeln werden beim Menschen mit EEG
(Elektroenzephalografie) gemessen. Wie voran gegangene Messungen an Tieren und
EEG-Analysen zeigen, werden diese Schlafspindeln nicht selbstständig vom
Thalamus generiert. Sie entstehen vielmehr im Wechselspiel von Großhirnrinde
und Thalamus, dem thalamokortischen System.

"In unserer Arbeit zeigen wir an einem Computermodell des
thalamokortischen Systems, dass sich viele experimentelle Beobachtungen
reproduzieren lassen, wenn man annimmt, dass die Großhirnrinde im Schlaf der
Taktgeber thalamischer Schwingungen ist", erklärt der Hauptautor Jörg
Mayer vom Institut für Theoretische Physik und Astrophysik an der Uni Kiel. Das
experimentell beobachtete gleichzeitige Auftreten der Schlafspindeln in weiten
Teilen des Thalamus wird durch die Kopplung der Großhirnrinde an den Thalamus
getaktet. Dies unterscheidet sich fundamental vom Wachsein: Da nämlich leitet
der Thalamus die eingehende Information an die Großhirnrinde weiter. Im Schlaf
ist nun die Großhirnrinde dominierend und schaltet weite Teile des Thalamus
gleich, was zu einer starken Verminderung des Informationsflusses durch den
Thalamus führt.

In dem Kieler Modell wurden reale EEG-Daten der Großhirnrinde an ein
Computermodell des Thalamus gekoppelt, und somit konnte die Reaktion des
künstlichen Thalamus mit gemessenen thalamischen EEG-Daten verglichen werden.
Die Reaktion ist dieselbe.

Die Arbeit ist ein Ergebnis des fachübergreifenden Sonderforschungsbereiches
(SFB) 654 "Plastizität und Schlaf" der Universitäten Kiel und Lübeck.
Darin werden die Mechanismen untersucht, durch die Schlaf die Gedächtnisbildung
verstärkt. Darauf aufbauend sollen schlafmedizinische Strategien entwickelt werden,
um Erkrankungen besser behandeln zu können, bei denen Störungen der
Gedächtnisbildung vorliegen, zum Beispiel bei schizophrenen oder
Epilepsie-Patienten. Sprecher des SFB ist Professor Jan Born, Direktor des
Instituts für Neuroendokrinologie der Universität zu Lübeck.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel