Sie wachen auf, strecken sich süß in einem weichen Bett, stehen auf und sehen durch das riesige Fenster die Sonne, die über dem Meer aufgeht, den weißen Sand des Strandes und Palmen. Eine frische Meeresbrise weht durch die offene Tür der Loggia und das Geräusch der Brandung ist zu hören. Sie trinken aromatischen, frisch gemahlenen Kaffee, verlassen die Türen einer zweistöckigen Villa, steigen mit einem sich aufbäumenden Pferd auf der Motorhaube ins Auto, drehen den Schlüssel und lauschen dem edlen Dröhnen des V8-Motors … Sie wachen schließlich vom Klingeln des Weckers auf.
Wieder ließ uns das heimtückische Gehirn an die Realität des Geschehens glauben. Aber wie macht er das? Wie schafft man es, eine Person sieben oder mehr Stunden lang fast bewegungslos liegen zu lassen und gleichzeitig die interessantesten Blockbuster mit einer aufregenden Handlung zu zeigen? Der Grund dafür sind die komplexesten biochemischen Prozesse, an denen nicht eine oder zwei Gehirnstrukturen beteiligt sind, sondern ein ganzes Netzwerk. Wie kommt es zur Interaktion und zum "Umschalten" von Wachheit in den Schlaf? Wie entwickelt sich der Schlaf und wann kommen Träume? Warum fühlen wir uns manchmal beim Aufwachen aus dem Wecker in der Lage, Berge zu versetzen, und manchmal sind wir irritiert bereit, alles um uns herum zu zerstören?
Durch den Schleier der Zeit
Die Somnologie - die Wissenschaft, die den Schlaf untersucht - erschien vor relativ kurzer Zeit, da das Alter der ersten Grundlagenforschung im "Königreich Morpheus" 120 Jahre nicht überschreitet. Zuvor hatte der Schlaf eine mystische Bedeutung als Grenzzustand zwischen Leben und Tod. Aristoteles sagte: "Schlaf gehört anscheinend von Natur aus zu solchen Zuständen wie zum Beispiel der Grenze zwischen Leben und Nichtleben, und die schlafende Person existiert nicht vollständig und existiert." Der große Arzt der Antike, Hippokrates, glaubte, dass Schlaf durch das Abfließen von Blut und Wärme vom Kopf in die inneren Regionen des Körpers entsteht. Diese Erklärung beherrschte die Köpfe europäischer Wissenschaftler und wurde fast zweitausend Jahre lang im Glauben verankert. In einer Sache hatte Hippokrates Recht: Die Gründe für das Eintauchen eines Menschen in die Welt der Träume mussten im Kopf gesucht werden.
Das Schlafregulierungsnetzwerk fungiert als Auslöser ohne Zwischenpositionen. Dieser Mechanismus ist möglich, weil die Zentren des Einschlafens und Erwachens ineinander greifen. Sobald eine der Parteien einen Vorteil erlangt, geht das gesamte System sofort in den entgegengesetzten Zustand über. Damit sie nicht jede Minute hin und her wechselt, stimuliert Orexin alle Wachzentren, ohne das Schlafzentrum zu unterdrücken. Dieses leichte Ungleichgewicht macht es schwierig, gerade so weit zu wechseln, dass wir relativ selten vom Schlaf in die Wachsamkeit übergehen und umgekehrt. Für den Übergang in den Schlaf ist es notwendig, dass das Erregungssystem geschwächt wird und die Aktivität des Schlafzentrums zunimmt. Dieser langsame Prozess ist jedem als allmählich zunehmende Müdigkeit bekannt.
Und jetzt ist das zwanzigste Jahrhundert gekommen. In Deutschland wird ein Patient in die Klinik von Professor Strumpel aufgenommen, der aufgrund eines Traumas teilweise sein Seh- und Hörvermögen verloren hat - taub auf einem Ohr und blind auf einem Auge. Die Ärzte bemerkten, dass der Patient einschlief, als beide verbleibenden "Fenster zur Welt" geschlossen wurden. Der berühmte Physiologe Pawlow interessierte sich für diese Beobachtungen und beschloss, ähnliche Experimente an seinen Lieblingsthemen - Hunden - durchzuführen. Er fand heraus, dass, wenn Sie den ständigen Zufluss von Impulsen von den Sinnen in die Großhirnrinde ausschließen, Schlaf auftritt. Der Wissenschaftler untersuchte auch die Auswirkungen monotoner Reize, wobei er wiederholt leichte Berührungen der Haut des Oberschenkels der Hinterpfote wiederholte. Sie haben fast immer Tiere eingeschläfert, und dies gab dem Forscher das Recht zu glauben, dass Schlaf eine bedingte Hemmung ist, die sich weit über die Großhirnrinde ausbreitet. Dies soll das Gehirn des Hundes vor übermäßigen Wiederholungen von Reizungen schützen.
Werbevideo:
Der nächste Schritt zur Überwindung der Geheimnisse des Schlafes war die Einführung der Elektroenzephalographie (EEG). 1905 registrierte der deutsche Physiologe Hans Berger erstmals sinusförmige Schwingungen des elektrischen Potentials mit einer Frequenz von 8-11 Hz bei einer Person, die sich in einem ruhigen Zustand mit geschlossenen Augen befand, am stärksten ausgeprägt in den Hinterhauptregionen des Gehirns. Diese Schwankungen werden als Alpha-Rhythmus bezeichnet.
Der Beginn und die Dauer des Schlafes werden durch komplexe physiologische Prozesse reguliert, von denen es zwei Hauptprozesse gibt - das homöostatische Schlafbedürfnis (der sogenannte Prozess S, Abwärtspfeile) und die interne Uhr (Prozess C, Aufwärtspfeile in der Abbildung). Die gelbe Linie zeigt die "Summe" dieser beiden Prozesse.
In den 1930er Jahren wurde die Situation etwas klarer: Wissenschaftler, die den Hirnstamm der Katze auf der Ebene des Mittelhirns durchtrennt hatten, ließen das Tier im Koma liegen - einem Zustand ähnlich dem Schlaf. Gleichzeitig wurden im EEG der Katze langsame elektrische Schwingungen beobachtet, die später als "schläfrige Spindeln" bezeichnet wurden (die Zeichnung ähnelte einer auf den Kopf gestellten Spindel). Wenn das Gehirn in Höhe der ersten Zervixsegmente geschnitten wurde und das Rückenmark vom Gehirn trennte, war es möglich, das sogenannte Präparat des Wachhirns zu erhalten: Die Katze verfolgte die sich davor bewegenden Objekte mit ihren Augen, und das EEG zeigte Schwingungen mit einer Frequenz von 14-30 Hz (Beta-Rhythmus). Es wurde deutlich, dass es im Gehirn von Tieren unterschiedliche Strukturen gibt - verantwortlich für das Einschlafen und verantwortlich für das Erwachen.
Zentrum der Fröhlichkeit
Ende des 19. Jahrhunderts beschrieben Vladimir Bekhterev und Santiago Ramon y Cajal die Strukturen des Hirnstamms der Katze, der für den Wachzustand verantwortlich ist. In der Mitte des Hirnstamms sahen sie eine offene Gruppe von Neuronen, die von Nervenfasern durchdrungen wurden. Aber warum diese Formation benötigt wird, haben der italienische Neurowissenschaftler Giuseppe Moruzzi und der amerikanische Neurologe Horace Magun erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gegründet. Sie nannten diese Struktur die retikuläre Formation ("Reticula" bedeutet im Lateinischen "Netzwerk"). Im Hirnstamm befinden sich die Kerne, die alle Impulse der sensorischen Rezeptoren, die zum Gehirn gelangen, in sich konzentrieren. Lange Prozesse (Axone) von Neuronen der retikulären Formation sind mit der Großhirnrinde und den Neuronen des Rückenmarks verbunden. Nervenfasern aus der Kortikalis und dem Rückenmark gelangen ebenfalls zur retikulären Formation selbst.so entsteht ein komplexes Rückkopplungssystem. Signale von der retikulären Formation (retikuläre Entladung) lösen die Wachmechanismen in der Großhirnrinde aus, und die Kortikalis steuert wiederum den Zustand der retikulären Formation.
Sarg mit Schlaf
1990 wurde der Film Awakening veröffentlicht, der auf dem gleichnamigen Buch des berühmten Psychiaters Oliver Sachs basiert. Er spricht über eine seltsame Gruppe von 80 älteren Patienten, die seit mehr als 40 Jahren an einer unbekannten Krankheit leiden, die Autismus oder Parkinson ähnelt. Sachs 'Patienten waren die letzten überlebenden Opfer einer mysteriösen Epidemie, die im Winter 1916-1917 plötzlich in Europa begann, sich dann auf der ganzen Welt ausbreitete und in der Zeit nach dem Ersten Weltkrieg 5 Millionen Menschen tötete. Die Patienten fielen plötzlich in Apathie und litten unter hohem Fieber, Sehstörungen und Halluzinationen. Dann nahm die Krankheit eine chronische Form an und wurde von einer Vielzahl verschiedener klinischer Manifestationen begleitet. Aber alle Formen hatten eines gemeinsam - Schlafstörung. Diese Tatsache erschien dem Wiener Neurologen Baron Konstantin von Economo interessant. Er stellte fest, dass einige Patienten Wochen, Monate lang zu viel schliefen und nur zum Trinken und Essen aufwachten, während andere völlig den Schlaf verloren. Bei Autopsien fand der Wissenschaftler ein ähnliches anatomisches Bild: In einem bestimmten Bereich des Zwischenhirns kam es bei Patienten zu einem massiven Tod von Nervenzellen.
Dieser Bereich des Gehirns wird als Hypothalamus bezeichnet, da er sich unter dem Thalamus befindet, dem Bereich des Gehirns, der Signale von den Sinnen umverteilt. Wenn wir den Zeigefinger in Höhe des Nasenrückens direkt in den Kopf einführen könnten, hätten wir uns genau in dem Loch ausgeruht, in dem er sich befindet - dem "türkischen Sattel". Der Hypothalamus ist eines der wichtigsten Zentren, die das autonome Nervensystem steuern und insbesondere Körpertemperatur, Blutdruck, Appetit, sexuelles Verlangen und Durst regulieren. Economo wusste das natürlich nicht alles. Er vermutete jedoch, dass es ein Zentrum geben muss, das den Schlaf kontrolliert. "Anscheinend", schloss der Forscher, "tun diese Zellen etwas, dank dem wir einschlafen."
Dank der Forschung von Clifford Seiper von der Harvard University in Boston wurde nun bekannt, dass es im Hypothalamus wirklich einen speziellen Bereich gibt, der beim Einschlafen aktiviert wird - die ventrolaterale preoptische Region (VLPO). Die Axone der Neuronen aus dem VLPO gehen in die Bereiche zurück, die die Wachsamkeit unterstützen. Um umgekehrt zu verhindern, dass wir einschlafen, muss das Zentrum der Kraft eine Verbindung zum Hypothalamus haben, damit die Nervenfasern von unten nach oben verlaufen.
Seiper und seine Kollegen kamen zu dem Schluss, dass die Zellen im vorderen Teil des Hypothalamus das Schlafzentrum sind, das ihre Axone verwendet, um die Wachheitszentren im Hirnstamm zu unterdrücken, zu denen auch das Mittelhirn und die Pons gehören. Dieser Prozess führt letztendlich zum Einschlafen. "Vielleicht ist dies der Schlüssel zu dem gesamten Mechanismus, der über den Hypothalamus den Schlaf- und Wachzustand kontrolliert", schrieb der Neurologe. So erschien 2005 das moderne Konzept des Schlafes, das Siper in seinem Artikel in der Zeitschrift Nature veröffentlichte. Nach diesem Konzept ist das gesamte "Schlafsystem" ein Netzwerk aus mehreren miteinander verbundenen Knoten, die zu bestimmten Zeitpunkten auf besondere Weise umschalten und Schlaf und Wachheit regulieren.
Gehirnkonfrontation
Der erste Teil des allgemeinen Schlaf-Wach-Systems ist das Hemmsystem. Dies ist VLPO im vorderen Hypothalamus, von dem eine Hemmwelle an das Wachheitssystem gesendet wird, und dies führt zur Übertragung des Gehirns in einen "Schlafmodus". Aus biochemischer Sicht ist Gamma-Aminobuttersäure (GABA) die wichtigste "Bremsflüssigkeit" des Systems. Durch die Einwirkung auf spezielle Rezeptoren wird die Aktivität von Neuronen unterdrückt. GABA-Rezeptoren sind ein Kanal in der Zellmembran, der von großen Proteinmolekülen umgeben ist, die ihre räumliche Struktur ändern können (relativ gesehen "entfalten" oder "falten"). Wenn GABA an Rezeptoren bindet, nimmt das Kanallumen zu, mehr Chlorionen passieren es, was zu einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit der Zellmembran führt und sie weniger empfindlich gegenüber elektrischen Einflüssen macht. Und dies führt zur Unterdrückung der Impulsaktivität - die Zelle "reduziert die Geschwindigkeit" von einem schnellen "Galopp" zu einem ruhigen "Schritt".
Der zweite Teil des Systems ist das Anregungssystem, das auf acht Nervenknoten basiert, die zwei parallele Bündel bilden. Durch sie werden Anregungswellen zur Großhirnrinde geleitet. Ein Bündel beginnt in der retikulären Formation (dies ist der Hirnstamm), das andere im sogenannten blauen Fleck (Locus coeruleus). Die Zellen produzieren hier den größten Teil des exzitatorischen Neurotransmitters Noradrenalin im Gehirn. Das Gebiet ist verantwortlich für das Auftreten von Angst und Panik sowie für einen großen Teil unserer Erregung.
Es gibt andere Neurotransmitter (Dopamin, Serotonin und andere), die jedoch mit unterschiedlichen Prozessen im Gehirn verbunden sind. Es gibt jedoch einen anderen spezifischen Schlafneurotransmitter. Der laterale (laterale) Hypothalamus enthält mehrere Zehntausend Nervenzellen, die einen speziellen Neurotransmitter, Orexin (Hypocretin), produzieren. Biochemiker isolierten diese Substanz erst 1998. Wenn zu wenig Orexin vorhanden ist oder dem Gehirn die entsprechenden Rezeptormoleküle fehlen, tritt eine seltene Krankheit auf - Narkolepsie, die durch plötzliche Anfälle von Schläfrigkeit und Einschlafen gekennzeichnet ist.
Tag, Nacht - Tag weg
Dies ist jedoch nur ein Teil des Schlafmechanismus. Wie jede lebende Natur leben die Menschen in Übereinstimmung mit ihren eigenen inneren Rhythmen, die an die Zyklen von Tag und Nacht gebunden sind. Es gibt eine Zeit, in der eine Person zum Schlafen neigt, und es gibt eine Zeit für aktive Arbeit. Der Körper hat eine "biologische Uhr" - das melatonerge System. Die Hauptakteure sind die suprachiasmalen Kerne des Hypothalamus und der Zirbeldrüse (Zirbeldrüse), die sich im Zwischenbereich des Gehirns befinden.
Wenn Licht auf die Netzhaut trifft, gehen Informationen darüber an die suprachiasmalen Kerne des Hypothalamus (kleine Stunden), und nachdem es einen langen Weg zurückgelegt hat, gelangt es in die Zirbeldrüse oder das sogenannte dritte Auge, das vielen Tieren, zum Beispiel Reptilien und Vögeln, dient. Lichtpegeldetektor. Beim Menschen haben sich im Verlauf der Evolution die großen Gehirnhälften signifikant vergrößert, die Zirbeldrüse geschlossen, und er hat den Kontakt mit Licht verloren. Die Natur musste all diese komplexen und heutzutage existierenden Methoden zur Regulierung der Synthese von "schläfrigem" Hormon "erfinden".
Die Zirbeldrüse produziert Melatonin, das Hormon der Nacht und der Dunkelheit. Wenn die Lichtverhältnisse am Abend sinken, wird Melatonin freigesetzt, das den Zellen signalisiert, „den Tag zu beenden“. Seine Hauptfunktion ist die hemmende Wirkung auf die suprachiasmatischen Kerne, durch die die Wachheitssysteme aktiviert werden.
Dieser Vorgang kann mit dem Betrieb eines Thermostats verglichen werden, der eine bestimmte Temperatur im Kühlschrank aufrechterhält. Je länger wir ein aktives Leben führen, desto stärker verspürt das Schlafzentrum den Drang, den Schalter in den Schlaf zu schalten. Je länger wir schlafen, desto geringer ist das Schlafbedürfnis, so dass irgendwann das Wachheitssystem die Kontrolle übernimmt und wir aufwachen und das Gefühl haben, geschlafen zu haben. Dieses Regulierungsmodell wird als Zwei-Faktor-Modell bezeichnet und wurde 1982 von Alexander Borbeli, Leiter der Abteilung für Psychopharmakologie und Somnologie an der Universität Zürich, entwickelt. Ihr Bedürfnis nach Schlaf zu einem bestimmten Zeitpunkt ist das Ergebnis des Zusammenspiels chronobiologischer und homöostatischer Faktoren (Aufrechterhaltung des inneren Gleichgewichts). Der Wissenschaftler nannte diese Komponenten Prozess S und Prozess C. Prozess S ist die homöostatische Komponente des Schlafbedürfnisses, und Prozess C ist der Einfluss der inneren Uhr, deren Hauptaufgabe es ist, die Nacht für langen Schlaf zu verlassen.
"Prozess S ist dagegen wie eine Sanduhr", sagt Borbeli. - Im Wachzustand wird der Sand von oben in das untere Gefäß gegossen, beim Einschlafen wird die Uhr umgedreht. Für ein Gefühl der guten Ruhe ist es daher nicht nur wichtig, wie viel Zeit wir hintereinander geschlafen haben, sondern auch, wie viel Zeit wir tagsüber verbracht haben, um die S-Komponente zu bilden. Und dies hat eine gute praktische Anwendung, die vielen bekannt ist: Wenn Sie das wissen Sie werden nachts nicht genug Schlaf bekommen können, Sie können versuchen, mitten am Vortag früh zu schlafen. Und dann wirst du dich viel besser fühlen.
Und dies ist nur ein flüchtiger Blick auf das System, das für den Schlaf verantwortlich ist. Jürgen Zulli, ein Somnologe aus Regensburg, sagt: "Schlaf ist keine Ruhe, es ist eine andere Wachsamkeit."
Anna Horuzhaya
