Den Schlaf der Kinder verstehen

Der Neurobiologe Reto Huber erforscht die noch weitgehend unbekannte Wirkung des Schlafes auf die Hirnentwicklung von Kindern und Jugendlichen. Er hat seit April 2007 eine Förderungsprofessur am Kinderspital inne.

Marita Fuchs

In Reto Hubers kleinem Testlabor stehen viele Computer. Hier am Kinderspital möchte er demnächst mit 10 bis 12-jährigen Kindern und etwa 16-jährigen Jugendlichen zunächst Lerntests am Computer durchführen, anschliessend schlafen die jungen Probanden. Dabei zeichnen Elektroden die Schlafphasen auf und liefern Daten darüber, welche Auswirkungen das Gelernte auf den Schlaf hat.

Dem Schlaf und seinen Auswirkungen auf die Hirnentwicklung von Kindern und Jugendlichen auf der Spur: SNF-Förderungsprofessor Reto Huber (Bild: Marita Fuchs)

Schlafforschung mit Kindern oder Jugendlichen ist ein noch junger Forschungszweig. «Häufig werden Medikamente nur an Erwachsenen getestet, man weiss wenig darüber, wie sie bei Kindern wirken. Auch die Ergebnisse der Schlafforschung lassen sich nicht unbedingt eins zu eins auf Kinder und Jugendliche übertragen», meint Reto Huber. Als Pionier auf diesem Gebiet ist er froh, dass er von den wissenschaftlichen Erfahrungen im Umgang mit Kindern und Jugendlichen der Abteilung Entwicklung des Kinderspitals profitieren kann; hier wurden seinerzeit die Longitudinalstudien von Professor Remo Largo initiiert, die unter anderem das Schlafverhalten von Kindern dokumentieren.

Modellversuche in Wisconsin

Für seine geplanten Studien kann Reto Huber sich auf seine frühere Forschung stützen. Denn schon als Diplomand hat er sich mit der Schlafregulation auf der Grundlage des Schlafmodells von Professor Alexander Borbély befasst. In seiner Dissertation ging er zusammen mit Peter Achermann der Frage nach, wie sich Handy-Strahlen auf den Schlaf auswirken.

Vor und nach dem Schlaf: Bewegungsabläufe werden exakter. (Bild: zVg.)

Eine analoge Versuchsanordnung wie er jetzt mit Kindern und Jugendlichen plant, hat Reto Huber schon während seines Forschungsaufenthalts an der Universität Wisconsin (USA) mit Erwachsenen durchgeführt. Er konnte dabei nachweisen, wie unbewusste Lernaufgaben sich auf den Schlaf auswirken. Dazu mussten Testschläfer zunächst eine Bewegungsaufgabe am Computer einüben: Auf einem Bildschirm sollten sie kreisförmig angeordnete Zielpunkte mit der Maus anklicken, die dort in zufälliger Reihenfolge aufleuchteten. Was die Teilnehmer des Versuchs nicht wussten: Die Maus verschob ihre Bewegungen unmerklich um 15 bis 60 Grad. Die ersten Versuche führten deshalb regelmässig zu krummen Mausbahnen. Mit der Zeit glichen die Probanden unwillkürlich die Krümmung aus und wurden exakter. Nach dem Experiment legten sich die Probanden schlafen. Ihre Gehirnwellen wurden von einem Elektroenzephalogramm (EEG) mit 256 Elektroden aufgezeichnet.

Gelehrige Schläfer

«Die für dieses unbewusste Lernen zuständige Gehirnregion ist bekannt», sagt Reto Huber. «Ich habe diese Art des Lernens gewählt, weil sie sich besser als das bewusste Lernen lokalisieren lässt.» Bei bewussten kognitiven Lernaufgaben hingegen werden oft individuell verschiedene Strategien zur Lösung der Aufgabe herangezogen. Das bedeutet, viele Hirnregionen sind aktiv und der Nachweis, welcher Bereich reagiert, wird schwieriger.

Die für das unbewusste Lernen zuständige Gehirnregion lässt sich gut lokalisieren. (Bild: zVg.)

Bei seinen Versuchen in Wisconsin interessierte sich Reto Huber vor allem für den Tiefschlaf, auch Non-REM-Schlaf genannt. Er konnte nun nachweisen, dass nur in der Region, in der am Abend der Lernprozess stattgefunden hatte, das Gehirn in der darauf folgenden Nacht lokal tiefer schlief. Der Schlaf verbesserte anscheinend auch den Lernerfolg: Am nächsten Morgen, direkt nach dem Aufstehen, wiederholten die Probanden die Aufgabe. Bei allen Probanden hatte sich die Leistung noch einmal verbessert.

«Im tiefen sogenannten Non-REM-Schlaf werden die für das Lernen notwendigen Nervenverbindungen oder Synapsen abgeschwächt, man spricht auch von downscaling», erklärt Reto Huber. «Nach dieser Theorie, die ursprünglich Prof. Giulio Tononi von der Universität Wisconsin entwickelt hatte, werden die Eindrücke des Tages bewertet. So liesse sich hypothetisch erklären, dass unsere Probanden, quasi über Nacht, bessere Lernergebnisse erzielten.»

Veränderter Schlaf in der Pubertät

Um Aufschluss darüber zu erhalten, wie sich Lernprozesse bei Kindern und Adoleszenten im Schlaf auswirken möchte Reto Huber als nächstes mit Kindern und Jugendlichen am Kinderspital ähnliche Versuche durchführen.

Bei der Auswahl der Probanden geht es Reto Huber um vor- und nachpubertäre Stadien. Die Schlafforschung bei Kindern und Jugendlichen stellt eine besondere Herausforderung dar, weil vom Säugling bis zur Pubertät die Dichte der Synapsen im Gehirn zunimmt. In der Pubertät jedoch nimmt die Dichte der Synapsen wieder ab, was eine stärkere Auswahl und Fixierung zur Folge hat. Zugleich verändert sich in dieser Phase der Schlaf sehr stark, vor allem der Tiefschlaf wird reduziert. Und dies könnte ein Hinweis sein, so Huber, dass bei diesen Prozessen der Schlaf, und im speziellen der Tiefschlaf, eine wichtige Rolle spielt. Es könnte jedoch auch sein, dass der Schlaf einfach widerspiegelt, was im Gehirn während der Hirnentwicklung abläuft.

Mit seinen Forschungen betritt Reto Huber wissenschaftliches Neuland. Denn gerade über das Zusammenspiel von Lernen und Schlaf auf die Hirnentwicklung bei Kindern und Jugendlichen weiss man bisher nicht viel.

Marita Fuchs ist Redaktorin von unipublic

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