Bei Schlafmangel wird im Gehirn Flüssigkeit ausgeschleust, was zu nachlassender Aufmerksamkeit führt

• Im Zustand von Schlafmangel tritt während des Wachseins ein Spülvorgang auf, bei dem Liquor (CSF) aus dem Gehirn herausfließt
• Dieses Phänomen tritt gleichzeitig mit Momenten nachlassender Aufmerksamkeit auf; anschließend wurde ein periodischer Fluss beobachtet, bei dem die Flüssigkeit wieder ins Gehirn einströmt
• Das Forschungsteam erklärt, dass das Gehirn bei einem Defizit des im Schlaf ablaufenden Abfallbeseitigungsprozesses in einen schlafähnlichen Zustand übergeht, um dies zu kompensieren
• Bei nachlassender Aufmerksamkeit treten auch systemische physiologische Veränderungen auf, darunter Abnahme von Herzfrequenz und Atemfrequenz sowie Pupillenverengung
• Diese Ergebnisse deuten auf die mögliche Existenz eines einzelnen neuronalen Schaltkreises hin, der Aufmerksamkeit, Flüssigkeitsfluss und Blutflussregulation integriert steuert

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Zusammenhang zwischen Schlafmangel und Liquorfluss

• Ein MIT-Forschungsteam hat herausgefunden, dass Aufmerksamkeitsabfälle bei Schlafmangel gleichzeitig mit Ausschleusungswellen des Liquors (CSF) auftreten
  • Der normalerweise im Schlaf stattfindende Spülvorgang des CSF zeigt sich auch während des Wachseins
  • Dieser Prozess steht mit der Abfallbeseitigungsfunktion des Gehirns in Zusammenhang
• Bei Schlafmangel unternimmt das Gehirn einen Kompensationsversuch für diesen Spülprozess; als Folge kommt es zu Aufmerksamkeitsbeeinträchtigungen
  • Wenn CSF-Wellen in den Wachzustand eindringen, entsteht ein tradeoff zwischen Aufmerksamkeit und Spülfunktion

Forschungsmethode

• An der Studie nahmen 26 Personen teil, die jeweils in zwei Experimenten untersucht wurden: einmal im Zustand von Schlafmangel und einmal nach ausreichendem Schlaf
• Die Teilnehmenden trugen Geräte für EEG (Elektroenzephalografie) und fMRT (funktionelle Magnetresonanztomografie) und absolvierten visuelle und auditive Aufmerksamkeitsaufgaben
  • Visuelle Aufgabe: Beim Wechsel eines Kreuzsymbols auf dem Bildschirm zu einem Quadrat sollte ein Knopf gedrückt werden
  • Auditive Aufgabe: Reaktion auf ein bestimmtes Tonsignal
• Teilnehmende mit Schlafmangel reagierten langsamer und erkannten einige Reize nicht
• In Momenten nachlassender Aufmerksamkeit wurde beobachtet, dass CSF aus dem Gehirn ausgeschleust und anschließend wieder eingeleitet wurde

Physiologische Veränderungen und integrierte Reaktion

• Bei nachlassender Aufmerksamkeit gingen Atmung und Herzfrequenz zurück, begleitet von Pupillenverengung
  • Die Pupillenverengung begann etwa 12 Sekunden vor der CSF-Ausschleusung und weitete sich nach Wiederherstellung der Aufmerksamkeit erneut
• Diese Veränderungen traten nicht nur im Gehirn, sondern als gleichzeitige Reaktion des gesamten Körpers auf
  • Das deutet darauf hin, dass der Aufmerksamkeitsabfall ein integriertes Gehirn-Körper-Ereignis ist

Hypothese eines einzelnen Schaltkreises

• Das Forschungsteam stellt die Möglichkeit eines integrierten neuronalen Schaltkreises in den Raum, der Aufmerksamkeit, Flüssigkeitsfluss, Blutfluss und Gefäßverengung gemeinsam reguliert
  • Dieser Schaltkreis könnte Aufmerksamkeit und physiologische Funktionen gleichzeitig steuern
• Der konkrete Schaltkreis ist noch nicht identifiziert, doch das Noradrenalin-System wird als aussichtsreicher Kandidat genannt
  • Dieses System ist für die Regulation von Wachheit, Herzfrequenz und Blutfluss zuständig und oszilliert auch im Schlaf periodisch

Bedeutung der Studie und Förderung

• Die Studie wurde in Nature Neuroscience veröffentlicht und von Forschenden des MIT Picower Institute und des Institute for Medical Engineering and Science durchgeführt
• Gefördert wurde die Arbeit durch die National Institutes of Health (NIH), die National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship, die NAWA Fellowship, den McKnight Scholar Award, die Sloan Fellowship, den Pew Biomedical Scholar Award, den One Mind Rising Star Award sowie die Simons Collaboration on Plasticity in the Aging Brain

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Hacker-News-Kommentare

• Wenn die biologische Garbage Collection stoppt, versucht ein Gehirn, das Schlaf ausgelassen hat, offenbar während der Laufzeit einen GC-Zyklus auszuführen.
  Deshalb scheint es zu Dingen wie Konzentrationsabfall oder verzögerter Reaktion zu kommen. Die Evolution hat also gewissermaßen die ursprüngliche JVM gebaut.

  • Das könnte auch erklären, warum ein Powernap (unter 30 Minuten) selbst bei Schlafmangel so wirksam sein kann.
    Ich frage mich, ob bei Schlafmangel während eines kurzen Nickerchens dann dieses „Flushen“ des Gehirns stattfindet.
  • Zum Glück löscht das Gehirn nicht den gesamten dereferenzierten Speicher.
  • Das fühlt sich wie ein Witz an, bei dem Sun Microsystems im Raum ist.
  • Wenn man den Schlaf zu stark reduziert, kommt es sogar dazu, dass Teile des Gehirns teilweise einschlafen, selbst während eines Meetings.

• Ich wünschte, die Medizin würde solche Forschungsergebnisse ernst nehmen.
  Meine Frau macht immer noch 24-Stunden-Dienste und führt Notoperationen ohne Schlaf durch.
  In ihrer Assistenzarztzeit gab es 36 Stunden, manchmal sogar 48 Stunden am Stück. Es ist traurig, dass sich offenbar niemand für die Überlastung von Ärztinnen und Ärzten interessiert.

  • Ich verstehe nicht, warum nur Ärztinnen und Ärzte solche extrem langen Arbeitszeiten haben dürfen. Lkw-Fahrer dürfen schließlich auch keine 24 Stunden am Stück fahren.
  • Das US-amerikanische Gesundheitssystem ist eher auf Gewinnmaximierung als auf die Optimierung der Gesundheit von Patient:innen oder Ärzt:innen ausgerichtet.
    Im Gesundheits- und Bildungswesen sollten die Ziele der Bevölkerung Vorrang haben, finanzielle Ziele sollten nachrangig sein.
    Auch dieser Artikel ist interessant: Link
  • Ich denke, meine Frau ist selbst in ihrem schlechtesten Zustand noch besser als die meisten Menschen in ihrem besten.
    Aber damit sich das System ändert, bräuchte es wohl gelockerte Zulassungsvoraussetzungen für das Medizinstudium oder andere radikale Veränderungen.
    Ich habe gehört, dass Ärztinnen und Ärzte in Europa kürzere Arbeitszeiten haben, aber ich habe nie jemanden persönlich getroffen, auf den das zutrifft.
  • Diese harte Arbeitskultur wirkt wie ein Hazing-Ritual, das die AMA mit der Begründung aufrechterhält: „Wir mussten da auch durch.“
  • Ich frage mich, ob diese langen Arbeitszeiten wirklich durchgehend sind. Ich dachte, Krankenhäuser hätten Schlafräume, in denen man zwischendurch schlafen kann.

• Laut der Studie fließt die Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) im Schlaf rhythmisch und entfernt Abfallstoffe.
  Deshalb fand ich es seltsam, dass die Autor:innen nicht auf die Frage eingegangen sind: „Wohin geht diese Flüssigkeit eigentlich?“
  Laut Wikipedia transportiert CSF Abfallstoffe über das glymphatische System in den Blutkreislauf.
  Siehe diesen Eintrag.

  • Tatsächlich gibt es im Gehirn „Rohre“, durch die CSF fließt.
    Die in den Hirnventrikeln produzierte Flüssigkeit zirkuliert durch den Raum um Gehirn und Rückenmark und wird anschließend wieder in den Blutkreislauf aufgenommen.
  • Aus Sicht der Forschenden ist das vermutlich so grundlegend, dass sie es im Paper nicht extra erwähnt haben.

• Gesunder Schlaf ist wichtig für die Gesundheit des Gehirns, und auch leichte Bewegung soll dasselbe glymphatische System unterstützen.

  • Tatsächlich hilft leichte Bewegung auch dabei, die Schlafqualität zu verbessern.

• Ich frage mich, ob man dieses Gehirn-Flushen künstlich auslösen kann.
  Wenn ich an meinen Großvater denke, der an Alzheimer gestorben ist, wäre es schön, wenn man diese Funktion verstärken könnte.

  • Direkt auslösen kann man das Flushen nicht, aber mit slow-wave enhancement lässt sich die regenerative Funktion des Schlafs stimulieren.
    Siehe dazu diese Studie Paper und das Projekt, an dem wir arbeiten: Affectable Sleep
  • Es gibt eine sichere Methode: 400 g Lamm, Paprika, Frühlingszwiebeln und Zucchini dazugeben und langsam köcheln lassen.
    Wenn man das alles gegessen hat, kann gar nichts anderes, als dass Körperflüssigkeit herausläuft.
  • Am Ende ist genug zu schlafen wohl die sicherste Methode.

• Ein Scherz darüber, dass man nur ein automatisches CSF-Zirkulationsgerät bräuchte und dann weder Schlaf noch Müdigkeit mehr nötig wären.

• Die Vorstellung, es wäre schön, einen „manuellen Flush-Knopf“ drücken und damit das Gehirn reinigen zu können.

  • Wenn man NSDR (Non-Sleep Deep Rest) übt, kann das selbst in kurzer Zeit einen regenerativen Effekt haben. Ein 15-minütiges Anleitungsvideo auf YouTube wäre einen Versuch wert.
  • In einem früher gesehenen Video ging es um Forschung, die durch erhöhten CSF-Fluss Alzheimer lindern wollte.
    Siehe auch diese Diskussion: Link
  • Wenn ich sehr müde bin, scheint schon kurzes Schließen der Augen sofort einen Flush-Effekt zu haben.
    Ich habe oft erlebt, dass schon 30 Sekunden Schlaf den Kopf wieder klar machen.

• Ich frage mich, ob ein 30-minütiger Mittagsschlaf helfen würde. Andererseits würde ich dem Gehirn gern sagen: „Warte mit dem Flushen bis zum Nickerchen.“

  • Wenn ich mich kurz hinlege und die Augen schließe, fühlt es sich manchmal tatsächlich so an, als würde etwas „durchgespült“.
    Schon 5 Minuten Schlaf machen den Kopf wieder klar.
  • Der genaue Mechanismus der glymphatischen Funktion ist umstritten, aber auch tiefe Ruhe wie NSDR oder Yoga Nidra soll helfen.
  • Wenn ich schläfrig bin, mache ich meist einen kurzen Mittagsschlaf von 15 bis 30 Minuten.

• Mein Beileid an die Studierenden, die am Tag vor der Prüfung 24 Stunden lang pauken.

  • Es ist besser, auf den Rat eines Psychiaters zu hören. Siehe diesen Beitrag.
  • Ich bin zwar kein Student, aber als ich früher Nachtschichten gearbeitet habe, war es wirklich schwer, den Schlafrhythmus anzupassen.

• Ich frage mich, ob ADHS auf eine Fehlfunktion des Gehirn-Flushens zurückgehen könnte.

  • Schlafstörungen können zwar zu Beeinträchtigungen der exekutiven Funktionen führen, verursachen aber kein ADHS an sich.
  • ADHS ist eine neurologische Entwicklungsstörung, bei der sich Veränderungen der Hirnstruktur zeigen.
    Allerdings treten bei Menschen mit ADHS häufig Narkolepsie oder Schlafapnoe als Begleiterkrankungen auf.
    Siehe dazu Link1, Link2
  • ADHS ist kein Aufmerksamkeitsdefizit, sondern eine Beeinträchtigung der Aufmerksamkeitsregulation.
    Wenn der CSF-Flush bei Schlafmangel dem „Auf-die-Bremse-Treten“ entspricht, dann ist ADHS eher so, als würde „ein betrunkenes Kind wild am Lenkrad reißen“.
  • Wenn ich spät ins Bett gehe, werden bei mir auch ADHS-ähnliche Symptome schlimmer. Das Schlafmuster scheint großen Einfluss zu haben.