Die Rolle des Schlafs bei der Episodischen Gedächtnisbildung

Eine Vielzahl aktueller Studien liefert Belege dafür, dass Schlaf essentiell an der Gedächtnisbildung beteiligt ist, einem Prozess bei dem neu angelegte und zunächst leicht störbare Gedächtnisspuren in eine dauerhaftere und stabilere Form überführt werden. Während der verstärkende Einfluss des Schlafs auf die prozedurale Gedächtnisbildung beim Menschen in der Zwischenzeit ausreichend gut belegt werden konnte, stammen Hinweise darauf, dass Schlaf bei der hippocampus-abhängigen episodischen Gedächtnisbildung eine ähnlich wichtige Rolle spielt bislang hauptsächlich aus Tierexperimenten. Hippocampale Neuronenensembles deren Aktivität sich durch räumliches Lernen im Wachzustand in charakteristischer Weise verändert, werden in der darauf folgenden Schlafphase spontan reaktiviert.. Es wird angenommen, dass bei dieser offline`-Verarbeitung neu enkodierte Gedächtnisinhalte analysiert und schrittweise vom hippocampalen Kurzzeitspeicher in langfristige Gedächtnisstrukturen im Neokortex übertragen werden. Im Zuge dieser Reorganisation wird der Abruf dieser Gedächtnisinhalte zunehmend unabhängig vom Hippocampus. Auch beim Menschen beruht das episodische und räumliche Lernen entscheidend auf der Integrität des Hippocampus und angrenzender Hirnstrukturen des medialen Temporallappens. Im hier geplanten Forschungsprojekt soll das episodische Gedächtnis daher mit Hilfe einer topographischen Navigationsaufgabe untersucht werden. Die Probanden sollen dabei die räumliche Struktur einer komplexen virtuellen Stadt und die Positionen verschiedener darin enthaltener Zielobjekte erlernen. In Experiment 1 soll untersucht werden, (i) ob Schlaf das Auffinden dieser Zielpositionen verbessert und, (ii) ob die schlafabhängige episodische Gedächtnisbildung beim späteren Abruf dieser Gedächtnisinhalte mit einer signifikant verminderten Hirnaktivierung (fMRI) im Bereich des Hippocampus einhergeht (jeweils im Vergleich zu einem entsprechenden Wach-Intervall). In Experiment 2 soll überprüft werden, ob dem Schlaf bei der episodischen Gedächtnisbildung eine ähnlich selektive Funktion zukommt, wie wir sie zuvor auch schon im Bereich des prozedural-motorischen Gedächtnisses beobachtet haben. Nach dem Erlernen zweier Fingersequenzen verbesserte Schlaf immer nur diejenige Sequenz für deren Verbesserung direkt vor dem Schlaf eine finanzielle Belohnung in Aussicht gestellt wurde (unter Konstanthaltung der Bedingungen bei der Enkodierung und beim Abruf). Wir erwarten daher, (iii) dass Schlaf selektiv das Auffinden von Zielpositionen verbessert für deren erfolgreichen Abruf zuvor eine Belohung versprochen wurde (im Vergleich zu denen die neutral geblieben waren) und (iv), dass ein entsprechendes Wach-Intervall keinen solchen differentiellen motivationsabhängigen Einfluss ausübt. In Experiment 3 soll schließlich untersucht werden, welchen differentiellen Einfluss Deltaschlaf bzw. REM-Schlaf auf die selektive Konsolidierung motivierter vs. nicht-motivierter episodischer Gedächtnisinhalte ausübt. Wir erwarten, dass (v) Deltaschlaf an der Abschwächung nicht-motivierter (vs. motiverter) räumlicher Gedächtnisinhalte beteiligt ist, während (vi) REM-Schlaf eher zu einer Verbesserung des topographischen Wissens über motivierte (vs. nicht- motivierte) Zielpositionen führt.

Eine Vielzahl aktueller Studien liefert Belege dafür, dass Schlaf essentiell an der Gedächtnisbildung beteiligt ist, einem Prozess bei dem neu angelegte und zunächst leicht störbare Gedächtnisspuren in eine dauerhaftere und stabilere Form überführt werden. Bei dieser âšoffline`-Verarbeitung scheinen neu enkodierte Gedächtnisinhalte analysiert und schrittweise vom hippocampalen Kurzzeitspeicher in langfristige Gedächtnisstrukturen im Neokortex übertragen zu werden wobei sie zunehmend unabhängig vom Hippocampus werden. Diese Prozesse können bis zu Monaten und Jahren dauern. Das von uns durchgeführte Forschungsprojekt hatte zum Ziel, zu untersuchen, inwiefern sich der Schlaf günstig auf die deklarative Gedächtnisbildung beim Menschen auswirkt. In Experiment 1 wurde untersucht, ob ein achstündiges Behaltensintervall in dem geschlafen wurde im Vergleich zu einem ebensolangen Wach-Intervall die deklarative Gedächtnisleistung verbessert und, mittels funktioneller Kernspintomographie (fMRT), ob diese schlafabhängige Verbesserung beim späteren Abruf der Gedächtnisinhalte bereits mit einer signifikant verminderten Hirnaktivierung im Bereich des Hippocampus einhergeht. Die Probanden mussten sich dazu vor dem jeweiligen Behaltensintervall eine Liste von Wortpaaren einprägen. Nach dem Behaltensintervall fand die Gedächtnisabfrage dann im fMRT-Scanner statt. Die Probanden der Schlaf- im Vergleich zur Wachbedingung zeigten weniger Aktivierung im Bereich des Hippocampus, aber mehr Aktivierung in neokortikalen Arealen (inklusive des anterioren Cingulums und des superioren Temporallappens). Zudem zeigte sich in der Schlafbedingung eine negative Korrelation zwischen der neuronalen Aktivierung im medialen Temporallappens einerseits und den neokortikalen Arealen andererseits, d.h. umso weniger Aktivierung bei der Gedächtnisaufgabe im Hippocampus zu finden war, umso größer war die Aktivierung in den neokortikalen Regionen. Auf der Verhaltensebene zeigte sich kein Vorteil bei der Gedächtniskonsolidierung in der Schlaf- im Vergleich zur Wachbedingung. In einem Zusatzexperiment hatten die Probanden immer dann einen schlafassoziierten Vorteil bei der deklarativen Gedächtniskonsolidierung, wenn sie kurz vor der Abfrage des Gedächtnismaterials eine konkurrierende Wortpaarliste lernten. Schlaf trägt also dazu bei, dass deklarative Gedächtnisspuren reorganisiert werden. Diese Reorganisation scheint dazu zu führen, dass die Gedächtnisspuren weniger anfällig für Störeinflüsse sind. In Experiment 2 und 3 sollte überprüft werden, ob dem Schlaf bei der episodischen Gedächtnisbildung eine ähnlich selektive Funktion zukommt, wie wir sie zuvor auch schon im Bereich des prozedural-motorischen Gedächtnisses beobachtet haben. Nach dem Erlernen zweier Fingersequenzen verbesserte Schlaf immer nur diejenige Sequenz für deren Verbesserung direkt vor dem Schlaf eine finanzielle Belohnung in Aussicht gestellt wurde (unter Konstanthaltung der Bedingungen bei der Enkodierung und beim Abruf). In unseren Untersuchungen konnten wir zeigen, dass ein achtstündiges Schlafintervall selektiv das Behalten von deklarativen Gedächtnisinhalten verbessert für deren erfolgreichen Abruf zuvor eine Belohung versprochen wurde. Ein entsprechendes Wach-Intervall hatte keinen solchen differentiellen motivationsabhängigen Einfluss. Zudem konnten wir zeigen, dass es nicht der frühe Tiefschlaf-reiche Schlaf, sondern der späte REM-Schlaf- dominierte Schlaf ist der diesen differentiellen Einfluss auszuüben scheint.