Wenig Schlaf in der Jugend verändert, wie sich das Gehirn verschaltet

Dass Jugendliche, die weniger schlafen, ein anders arbeitendes Gehirn haben, ist eine seit Jahren bekannte Beobachtung. Was fehlte, war die Richtung des Zusammenhangs: Verändert knapper Schlaf die Hirnnetzwerke, oder erzeugen vorbestehende Unterschiede im Gehirn den knappen Schlaf? Eine Studie der psychiatrischen Abteilung der University of Michigan, erschienen in Developmental Cognitive Neuroscience, versucht die Antwort, indem sie zwei Datenarten verbindet, die sonst getrennt bleiben.

Die erste ist die Abcd-Studie, die grösste US-Langzeituntersuchung zur Hirnentwicklung im Jugendalter: 11'878 Jugendliche, begleitet mit Fragebogen und funktioneller Magnetresonanz. Die Forschenden suchten nach einer Signatur, also einem erkennbaren Muster der Verbindungen zwischen den Hirnnetzwerken, das mit kürzerer Schlafdauer einhergeht. Sie fanden es, und es erwies sich auch bei Anwendung auf eine unabhängige Teilgruppe derselben Studie als stabil. Wer die Schlafstunden über zwei Jahre stärker reduzierte, weist die Signatur ausgeprägter auf.

Das Muster betrifft vor allem zwei einfachere Systeme. Das somatomotorische Netzwerk, zuständig für Bewegung und Körperwahrnehmung, zeigt stärkere Verbindungen im Innern; das visuelle Netzwerk umgekehrt schwächere. Es sind nicht die Areale, die man spontan mit Lernen oder Konzentration verbindet, aber es sind die Systeme, auf denen die höheren Funktionen aufbauen.

Das Experiment mit Erwachsenen

Der zweite Teil erlaubt es, von einer Richtung zu sprechen. Sechsundsiebzig Erwachsene wurden nach einer normalen Nacht und danach nach einem im Labor herbeigeführten Schlafentzug im Scanner untersucht. Unter Schlafentzug trat die bei den Jugendlichen gefundene Signatur bei denselben Personen deutlicher hervor, und die räumliche Verteilung der beiden Signaturen, jener der Jugendlichen und jener der Erwachsenen, stimmte statistisch signifikant überein. Da im Experiment der Schlafentzug die von den Forschenden gesteuerte Variable ist, lautet der Schluss, dass der fehlende Schlaf die Veränderungen der Verschaltung hervorbringt und nicht umgekehrt.

Frühere Auswertungen desselben Datenbestands hatten ein ähnliches Muster bereits mit konkreten Folgen verknüpft: schlechtere Schulnoten, geringere allgemeine kognitive Fähigkeiten, mehr Verhaltensauffälligkeiten, gemeldet von den Jugendlichen wie von den Eltern. Dieselben Analysen zeigen einen Zusammenhang mit längerer Bildschirmzeit, tieferen Haushaltseinkommen und benachteiligten Quartieren, was es schwierig macht, den Schlaf von allem zu trennen, was ihn begleitet.

Die Studie legt weder fest, wie viele Stunden nötig sind, noch ob der Schaden durch nachgeholten Schlaf umkehrbar ist. Sie sagt, dass die Beziehung zwischen Schlaf und funktioneller Architektur des Gehirns im Jugendalter nicht bloss ein statistischer Zufall ist.