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Wo steht noch einmal das Auto? Wer nach dem Einkauf auf den Parkplatz tritt und plötzlich nicht mehr weiß, in welcher Reihe der Wagen abgestellt wurde, erlebt einen kleinen Moment des Vergessens. Mit zunehmendem Alter können solche Situationen häufiger werden. Die sogenannte episodische Gedächtnisleistung nimmt ab – also die Fähigkeit, konkrete Erlebnisse und ihre Einzelheiten später wieder abzurufen.

Warum das geschieht, ist bislang nicht vollständig geklärt. Eine neue Studie von Forschern der University of California, Berkeley, liefert nun einen weiteren Hinweis. Demnach könnten Veränderungen im Tiefschlaf eine wichtige Verbindung zwischen altersbedingten Veränderungen im Gehirn und nachlassender Gedächtnisleistung darstellen.

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Im Mittelpunkt steht das Protein Tau. Es ist seit Langem als Bestandteil der Alzheimer-Pathologie bekannt. Die Forscher um den Neurowissenschaftler Omer Sharon fanden einen Zusammenhang zwischen einer stärkeren Tau-Belastung im Stirnbereich des Gehirns, veränderten langsamen Gehirnwellen während des Nicht-REM-Schlafs und einer schlechteren Speicherung neuer Erinnerungen.

Im Tiefschlaf geht das Gehirn auf Wanderschaft

Während des Schlafs verändert sich die Aktivität des Gehirns grundlegend. Besonders im tiefen Nicht-REM-Schlaf treten langsame Wellen auf, bei denen große Gruppen von Nervenzellen ihre Aktivität nahezu gleichzeitig herunterfahren und anschließend wieder aufnehmen.

Diese Aktivitätsmuster bleiben jedoch nicht auf einen kleinen Bereich beschränkt. Die Wellen können sich über größere Teile der Hirnrinde ausbreiten. Nach Ansicht der Forscher ist gerade diese großräumige Koordination für die Gedächtnisfestigung wichtig.

„Jede langsame Welle spiegelt eine enorme Population von Neuronen wider, die gemeinsam abschalten und wieder aktiv werden“, erklärt Omer Sharon. Entscheidend sei für das Gedächtnis, dass diese Ereignisse in einer Abfolge über größere Bereiche des Gehirns laufen.

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Bei jüngeren Erwachsenen konnten die Forscher solche weitreichenden Wellen beobachten. Bei älteren Teilnehmern waren die Wellen dagegen häufiger kürzer und räumlich stärker begrenzt. Die Forscher bezeichneten diese weniger weit wandernden Ereignisse als „lonely waves“ – also als „einsame Wellen“.

Neue Forschung: Je mehr Tau, desto weniger weit breiten sich die Wellen aus

Für ihre Untersuchung analysierten die Wissenschaftler unter anderem Schlaf-EEGs von kognitiv gesunden Menschen Anfang 20 sowie von Erwachsenen im mittleren und höheren Lebensalter. Dabei zeigte sich ein deutlicher Unterschied: Bei den jüngeren Teilnehmern konnten sich die langsamen Wellen während des Nicht-REM-Schlafs über eine Strecke von ungefähr einer Handspanne über die Kopfhaut ausbreiten. Bei den älteren Menschen legten sie im Durchschnitt kürzere Wege zurück und traten häufiger isoliert auf.

Zusätzlich untersuchten die Forscher bei älteren Teilnehmern mit sogenannten PET-Aufnahmen, wo sich Tau im Gehirn angesammelt hatte. Dabei zeigte sich ein Zusammenhang mit den Veränderungen der Schlafwellen: Je stärker Tau im Frontalkortex vertreten war, desto stärker schien die großräumige Ausbreitung der langsamen Wellen beeinträchtigt zu sein.

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Der Frontalkortex ist dabei von besonderem Interesse, weil die langsamen Wellen dort ihren Ausgang nehmen können. Die Forscher überprüften anschließend, ob die Veränderungen im Schlaf auch mit dem Gedächtnis zusammenhängen. Dafür lernten die Teilnehmer abends Wortpaare. Am nächsten Tag wurde getestet, an wie viele Verbindungen sie sich noch erinnerten.

Das Ergebnis: Teilnehmer mit stärker isolierten und weniger weit reichenden langsamen Wellen konnten sich schlechter an das Gelernte erinnern. Damit ergibt sich eine Verbindung zwischen drei Beobachtungen: Tau im Stirnhirn, veränderte langsame Schlafwellen und eine geringere Gedächtnisfestigung über Nacht.

Alzheimer: Die Veränderungen können schon vorher auftreten

Bemerkenswert ist, dass die untersuchten älteren Menschen keine Alzheimer-Erkrankung hatten. Ihre kognitiven Veränderungen lagen innerhalb des für ihr Alter erwartbaren Bereichs. Dennoch ließ sich bei ihnen Tau im Gehirn nachweisen. Die Ergebnisse sprechen deshalb dafür, dass die beschriebenen Veränderungen bereits vor einer klinisch erkennbaren Alzheimer-Erkrankung auftreten können.

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„Diese Menschen hatten keine Alzheimer-Krankheit“, sagt Sharon. „Sie hatten Tau in ihrem Gehirn, aber mit subklinischen Auswirkungen. Ihr Gedächtnisverlust lag im normalen Bereich für ihr Alter.“ Die Forscher betonen allerdings, dass Tau und Gedächtnisleistung bei Menschen unterschiedlich stark ausgeprägt sein können. Alzheimer-Symptome entwickeln sich zudem nicht plötzlich, sondern können sich über einen längeren Zeitraum und in unterschiedlicher Ausprägung zeigen.

Zweite Untersuchung liefert ähnliches Bild

Um ihre Ergebnisse zusätzlich zu überprüfen, werteten die Wissenschaftler Daten einer unabhängigen Gruppe älterer Menschen aus. Dabei kam nicht die Tau-PET zum Einsatz. Stattdessen wurden Alzheimer-typische Eiweißmarker im Nervenwasser untersucht.

Auch hier zeigte sich ein ähnliches Muster: Bei Menschen mit einem höheren Verhältnis von Tau zu Amyloid fanden sich häufiger isolierte langsame Schlafwellen.

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Für die Forscher ist das ein wichtiger Punkt. Denn die beiden Untersuchungen nutzten unterschiedliche Methoden und wurden an unterschiedlichen Teilnehmergruppen durchgeführt. Trotzdem wiesen die Ergebnisse in eine ähnliche Richtung.

Neue Studie: Was zuerst kommt, bleibt offen

Besonders interessant wurde die Studie durch die längerfristige Beobachtung eines Teils der Teilnehmer. Bei Menschen, deren Tau-Belastung im Frontalkortex über mehrere Jahre zunahm, verschlechterte sich zugleich die Koordination der langsamen Schlafwellen. Parallel dazu nahm die Fähigkeit ab, neu gelernte Informationen über Nacht zu behalten.

Doch die Studie kann eine entscheidende Frage noch nicht beantworten: Verursacht die Tau-Ansammlung die veränderten Schlafwellen – oder beeinflussen sich beide Prozesse auf andere Weise? Die Forscher können einen zeitlichen Zusammenhang beobachten, aber daraus noch keine eindeutige Ursache-Wirkungs-Beziehung ableiten.

Genau diese Frage könnte für die weitere Forschung entscheidend sein. Sollte sich irgendwann zeigen, dass die gestörte Ausbreitung der Schlafwellen tatsächlich ein vermittelnder Mechanismus zwischen Tau-Pathologie und Gedächtnisverlust ist, könnte dies neue Möglichkeiten für die Erforschung von Alzheimer eröffnen.

Nicht nur das Alter könnte entscheidend sein

Die Studie zeichnet damit ein komplexeres Bild vom Nachlassen des Gedächtnisses im Alter. Nicht allein die Zahl der Lebensjahre könnte entscheidend sein, sondern auch, wie stark bestimmte Veränderungen im Gehirn ausgeprägt sind – und wie sich diese auf den Schlaf auswirken.

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Gerade die langsamen Wellen des Tiefschlafs könnten dabei eine wichtige Rolle spielen. Sie sind ein messbares Zeichen dafür, wie koordiniert große Teile des Gehirns während des Schlafs zusammenarbeiten.

Ob sich aus diesen Erkenntnissen irgendwann Möglichkeiten zur Früherkennung oder Behandlung ergeben, ist allerdings noch offen. Zunächst müssen weitere Untersuchungen klären, wie genau Tau, Schlafwellen und Gedächtnis miteinander verbunden sind und ob sich dieser Prozess gezielt beeinflussen lässt.