Hardware Ready Ready to Bench?
REM-Schlaf Energieverbrauch. Ein Team der Tohoku University hat einen scheinbaren energetischen Paradoxon bei Mäusen während der REM-Phase des Schlafes beobachtet, die eng mit Träumen verbunden ist. In dieser Phase wird ein Anstieg des Blutvolumens im Gehirn registriert, begleitet von einer Abnahme des für Neuronen verfügbaren ATP.
Die in Communications Biology veröffentlichten Ergebnisse bieten ein Werkzeug, um zu untersuchen, wie das Gehirn seine Ressourcen während der Traumaktivität verwaltet. Um diese Veränderungen im natürlichen Schlaf zu überwachen, machten die Forscher den Schädel der Mäuse mit einem lichtgehärteten Harz transparent.
REM-Schlaf Energieverbrauch: Warum das wichtig ist
Mit Hilfe von Fluoreszenzbildern im weiten Feld wurden die Schwankungen des zerebralen Blutvolumens gemessen, das als Indikator für die Ressourcenzufuhr zu den Geweben dient. Parallel dazu wurden zwei Substanzen detektiert, die am Stoffwechsel der Gehirnzellen beteiligt sind: ATP, die Molekül, das Neuronen direkt Energie liefert, und Pyruvat in Astrozyten, Zellen, die am zerebralen Stoffwechsel teilnehmen.
Während des REM-Schlafs stiegen die Pyruvatspiegel in den Astrozyten an, ein Befund, der sowohl mit einer größeren Verfügbarkeit metabolischer Ressourcen als auch mit einer erhöhten Aktivität der Glukoseumwandlung übereinstimmt. Im selben Zeitraum nahm das in Neuronen gemessene ATP ab.
Das Gehirn erhält während des REM-Schlafs mehr Blut, aber die Neuronen zeigen weniger ATP: Dies könnte auf eine Veränderung im Energiehaushalt hinweisen, während die Schaltkreise Erinnerungen verarbeiten. Die verwendeten Werkzeuge ermöglichten es auch zu beobachten, was vor dem REM-Schlaf geschieht.
Im Nicht-REM-Schlaf kündigten kleine Oszillationen der Gehirnaktivität im Theta-Band die Veränderungen des Blutvolumens um einige Sekunden an. Laut den Forschern deutet diese Sequenz darauf hin, dass sich die Gefäße bereits während der anderen Schlafphasen an die Veränderungen der neuronalen Aktivität und des metabolischen Bedarfs anpassen.
Der Übergang zum REM-Schlaf zeigte eine andere Dynamik. Etwa 50 Sekunden vor Beginn der Phase, definiert nach klassischen Kriterien, begann das zerebrale Blutvolumen zu wachsen. Der Anstieg ging von der hinteren Rinde aus und erstreckte sich dann auf die vorderen Regionen, was auf eine metabolische Vorbereitung über einen großen Teil des Gehirns hindeutet.
Was ändert sich und welche Effekte gibt es?
Die Abnahme des neuronalen ATP kann auf verschiedene Arten erklärt werden: Die Neuronen könnten mehr davon verbrauchen, um die Verbindungen zwischen ihnen neu zu organisieren oder den Austausch zwischen Hippocampus und Rinde im Zusammenhang mit der Gedächtnisverarbeitung zu unterstützen. Die Forscher betrachten auch mögliche Veränderungen in der Übertragung von Ressourcen von Astrozyten zu Neuronen oder in der ATP-Produktion durch Mitochondrien.
Die Messungen beschreiben den beobachteten Energiehaushalt, identifizieren aber nicht, welcher dieser Prozesse ihn bestimmt. Die von Yusuke Takahashi geleitete Gruppe interpretiert den REM-Schlaf als Gelegenheit zu untersuchen, wie das Gehirn Energie zwischen verschiedenen Aktivitäten verteilt, anstatt die Verfügbarkeit gleichmäßig zu halten. Diese Perspektive fügt sich in Studien zur Gedächtniskonsolidierung ein, einer der Funktionen, die mit dem Schlaf assoziiert werden.
Da die Experimente Mäuse betreffen, stellen die Ergebnisse nicht fest, ob ein besonders lebhafter Traum im menschlichen Gehirn mehr Energie verbraucht.
Quelle und weiterführende Informationen zu REM-Schlaf Energieverbrauch: Originalartikel.
* Inhalt mit Unterstützung von Künstlicher Intelligenz erstellt.