Die Studie mit Mäusen zeigt, wie das Gehirn im Schlaf Müll entsorgt

Eine neue Mäusestudie verleiht dem alten Sprichwort, dass ein guter Schlaf den Geist klärt, eine neue Bedeutung.

Forscher des medizinischen Zentrums der Universität von Rochester haben herausgefunden, dass ein kürzlich entdecktes System, das Abfälle aus dem Gehirn spült, hauptsächlich im Schlaf aktiv ist.

"Diese Studie zeigt, dass das Gehirn im Schlaf und im Wachzustand unterschiedliche Funktionszustände aufweist", sagte Maiken Nedergaard, M.D., D.M.Sc., Co-Direktor des Zentrums für translationale Neuromedizin des medizinischen Zentrums der Universität Rochester und Hauptautor der Studie.

"Tatsächlich scheint die erholsame Natur des Schlafes das Ergebnis der aktiven Beseitigung der Nebenprodukte neuronaler Aktivität zu sein, die sich im Wachzustand ansammeln."

Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftzeigt, dass die einzigartige Methode des Gehirns zur Abfallbeseitigung - das so genannte glymphatische System - im Schlaf sehr aktiv ist und Toxine beseitigt, die für die Alzheimer-Krankheit und andere neurologische Störungen verantwortlich sind.

Die Forscher fanden auch heraus, dass die Zellen des Gehirns während des Schlafes kleiner werden, so dass Abfälle effektiver entfernt werden können.

Die neuen Erkenntnisse sind das Ergebnis der Entdeckung eines bisher unbekannten Systems zur Abfallbeseitigung durch Nedergaard und ihre Kollegen im vergangenen Jahr, das nur im Gehirn zu finden ist.

Das System, das für die Entsorgung von Zellabfällen im Rest des Körpers verantwortlich ist, das Lymphsystem, erstreckt sich nicht auf das Gehirn, so der Forscher. Dies liegt daran, dass das Gehirn sein eigenes geschlossenes „Ökosystem“ aufrechterhält und durch ein komplexes System molekularer Gateways geschützt ist, das als Blut-Hirn-Schranke bekannt ist und steuert, was in das Gehirn eintritt und aus ihm austritt.

Mithilfe neuer Bildgebungstechnologien, nämlich der Zwei-Foto-Mikroskopie, konnten die Wissenschaftler bei Mäusen - deren Gehirn dem Menschen bemerkenswert ähnlich ist - beobachten, was einem Sanitärsystem entspricht. Es pumpt cerebrale Wirbelsäulenflüssigkeit (CSF) durch das Gehirngewebe und spült Abfall zurück in das Kreislaufsystem, wo er schließlich zum allgemeinen Blutkreislauf und schließlich zur Leber gelangt.

Die rechtzeitige Entfernung von Abfällen aus dem Gehirn ist unerlässlich, da die unkontrollierte Anreicherung toxischer Proteine ​​wie Amyloid Beta zur Alzheimer-Krankheit führen kann, erklären die Forscher. Tatsächlich ist fast jede neurodegenerative Erkrankung mit der Ansammlung von zellulären Abfallprodukten verbunden, fügen Forscher hinzu.

Einer der Hinweise darauf, dass das glymphatische System im Schlaf aktiver sein könnte, war die Tatsache, dass der Energieverbrauch des Gehirns im Schlaf nicht dramatisch abnimmt, erklären die Forscher. Da das Pumpen von CSF viel Energie erfordert, spekulierten die Forscher, dass der Reinigungsprozess möglicherweise nicht mit den Funktionen kompatibel ist, die das Gehirn ausführen muss, wenn wir wach sind und Informationen aktiv verarbeiten.

Durch eine Reihe von Experimenten an Mäusen beobachteten die Forscher, dass das glymphatische System im Schlaf fast zehnmal aktiver war - und dass das schlafende Gehirn signifikant mehr Amyloid-Beta entfernte.

"Das Gehirn verfügt nur über begrenzte Energie und es scheint, dass es zwischen zwei verschiedenen Funktionszuständen wählen muss - wach und bewusst oder schlafend und aufräumend", sagte Nedergaard.

„Man kann sich das wie eine Hausparty vorstellen. Du kannst entweder die Gäste unterhalten oder das Haus aufräumen, aber du kannst nicht wirklich beides gleichzeitig tun. "

Ein weiterer Befund, der die Forscher erschreckte, war, dass die Zellen im Gehirn im Schlaf um 60 Prozent „schrumpfen“. Diese Kontraktion schafft mehr Raum zwischen den Zellen und ermöglicht es CSF, sich freier durch das Gehirngewebe zu waschen, sagten sie.

Die Forscher sagten, sie beobachteten auch, dass ein Hormon namens Noradrenalin im Schlaf weniger aktiv ist. Es ist bekannt, dass dieser Neurotransmitter in Schüben freigesetzt wird, wenn das Gehirn wachsam werden muss, typischerweise als Reaktion auf Angst oder andere externe Reize.

Die Forscher spekulieren, dass Noradrenalin als „Hauptregulator“ dienen könnte, der die Kontraktion und Expansion der Gehirnzellen während Schlaf-Wach-Zyklen steuert.

"Diese Ergebnisse haben erhebliche Auswirkungen auf die Behandlung der Krankheit" Dirty Brain "wie Alzheimer", sagte Nedergaard.

"Es ist ein entscheidender erster Schritt, genau zu verstehen, wie und wann das Gehirn das glymphatische System aktiviert und Abfall beseitigt, um dieses System potenziell zu modulieren und effizienter zu machen."

Quelle: Medizinisches Zentrum der Universität von Rochester