Die Ergebnisse, die kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass es ein kritisches Zeitfenster für die Gedächtnisverarbeitung gibt, sagt Loren Frank, ein Neurowissenschaftler an der University of California, der nicht an der Studie beteiligt war. Wenn das Gedächtnis in dieser Zeit nicht erfasst wird, geht es verloren. Kamran Diba, Mitautor der Studie, in der die Ergebnisse vorgestellt wurden, und Computational Neuroscientist an der University of Michigan, sagt, dass diese Erkenntnisse zu gezielten Behandlungen führen könnten, um das Gedächtnis im Laufe der Zeit zu verbessern.

Die Neuronen arbeiten selten unabhängig voneinander, sind stark miteinander verbunden und feuern oft in rhythmischen oder sich wiederholenden Mustern zusammen. Ein solches Muster ist durch scharfe Wellen gekennzeichnet, bei denen eine große Gruppe von Neuronen in einer stark koordinierten Weise feuert, gefolgt von einer zweiten großen Gruppe von Neuronen, die dasselbe tun, und so weiter, eine nach der anderen, in einem bestimmten Tempo. Diese Wellen treten in einem Bereich des Gehirns auf, der als Hippocampus bezeichnet wird und eine Schlüsselrolle bei der Gedächtnisbildung spielt. Man nimmt an, dass die Muster die Kommunikation mit dem Neokortex erleichtern, in dem später das Langzeitgedächtnis gespeichert wird.

Ein Hinweis auf die Funktion dieses Phänomens ist, dass ein Teil der beobachteten neuronalen Aktivität eine beschleunigte Version der Muster ist, die im Gehirn bei vergangenen Ereignissen beobachtet wurden. Wenn zum Beispiel ein Tier einen bestimmten Ort in seinem Käfig besucht, feuert eine bestimmte Gruppe von Neuronen im Hippocampus gleichzeitig, wodurch eine neuronale Repräsentation dieses Ortes entsteht. Später können dieselben Neuronen in scharfen Schüben feuern, so als ob sie die Details der Erfahrung schnell wiederholen würden.

Frühere Forschungen haben ergeben, dass Mäuse bei Gedächtnistests Schwierigkeiten haben, wenn diese Wellen unterbrochen werden. Wurde die Welligkeit jedoch verlängert, verbesserte sich ihre Leistung bei demselben Test. György Buzsáki, ein Neurowissenschaftler an der NYU Langone Health, der diese Wellen genannten Muster seit den 1980er Jahren als "kognitive Biomarker" für Gedächtnis und Lernen erforscht.

Die Forscher haben auch festgestellt, dass scharfe Wellen sowohl im Tiefschlaf als auch im Wachzustand auftreten, und dass die Wellen im Schlaf besonders wichtig für die Umwandlung von Kurzzeitinformationen in das Langzeitgedächtnis zu sein scheinen. Die Verbindungen zwischen Wellen, Schlaf und Gedächtnis sind gut dokumentiert, aber es gibt nur wenige Studien, die den Schlaf direkt manipuliert haben, um festzustellen, wie er diese Wellen und damit das Gedächtnis beeinflusst, sagt Diba.

Um zu verstehen, wie sich schlechter Schlaf auf das Gedächtnis auswirkt, zeichneten Diba und Kollegen die Hippocampus-Aktivität von sieben Ratten auf, während sie über mehrere Wochen Labyrinthe erkundeten. Die Forscher unterbrachen regelmäßig den Schlaf einiger Tiere und ließen die anderen nach Bedarf schlafen.

Zu Dibas Überraschung wiesen die Ratten, die wiederholt geweckt wurden, ein ähnliches oder sogar höheres Niveau an scharfen Wellen auf als die Nagetiere, die einen normalen Schlaf erhielten. Das Timing der Wellen war jedoch schwächer und weniger organisiert, was auf eine deutliche Verringerung der Wiederholung früherer Aufwachmuster hinweist. Nachdem die Tiere mit Schlafentzug zwei Tage lang geschlafen hatten, traten die früheren neuronalen Muster wieder auf, erreichten aber nie das Niveau der Tiere mit normalem Schlaf.

Diese Studie macht deutlich, dass die Verarbeitung von Erinnerungen auch nach dem Erleben weitergeht, und dass die Verarbeitung nach dem Erleben sehr wichtig ist, sagt Frank. Der Forscher fügt hinzu, dass dies erklären könnte, warum es keine gute Strategie ist, vor einer Prüfung die ganze Nacht zu schlafen. Die Studie lieferte den Forschern noch eine weitere wichtige Erkenntnis: Die Qualität der "Schübe" von scharfen Wellen ist wichtiger als ihre Quantität, denn Ratten mit normalem Schlaf und Ratten mit Schlafentzug hatten ähnliche Mengen an Schüben.

Buzsáki sagte, die Ergebnisse stünden im Einklang mit den von seiner Gruppe im März veröffentlichten Daten, wonach scharfe Wellen im Wachzustand helfen können, zu sortieren, welche Erfahrungen im Langzeitgedächtnis gespeichert werden. Es ist möglich, so Buzsáki, dass die desorganisierten scharfen Wellen bei Ratten mit Schlafentzug eine effiziente Aufnahme von Erfahrungen in das Langzeitgedächtnis verhindern. Infolgedessen sind die Tiere nicht in der Lage, später die neuronalen Feuermuster solcher Erfahrungen zu reproduzieren. Dies bedeutet auch, dass eine Schlafstörung die Speicherung von Erinnerungen im Langzeitgedächtnis verhindern kann, was beispielsweise bei traumatischen Erlebnissen nützlich sein kann, fügt der Experte hinzu.