Menschen, die schlecht schlafen, haben mit größerer Wahrscheinlichkeit als andere ein Gehirn, das älter erscheint, als es tatsächlich ist. Dies geht aus einer umfassenden Studie des Karolinska Institut hervor. Eine erhöhte Entzündungsaktivität im Körper könnte diesen Zusammenhang teilweise erklären.

Schlechter Schlaf wird mit Demenz in Verbindung gebracht, aber es ist unklar, ob ungesunde Schlafgewohnheiten zur Entwicklung von Demenz beitragen oder eher frühe Symptome der Krankheit sind. In einer neuen Studie haben Forscher des Karolinska-Instituts den Zusammenhang zwischen Schlafmerkmalen und dem scheinbaren Alter des Gehirns im Verhältnis zu seinem chronologischen Alter untersucht. Die Studie umfasst 27.500 Menschen mittleren Alters und ältere Menschen aus der UK Biobank, die sich einer Magnetresonanztomographie (MRT) des Gehirns unterzogen haben. Mithilfe von maschinellem Lernen schätzten die Forscher das biologische Alter des Gehirns auf der Grundlage von über tausend MRT-Phänotypen des Gehirns.

Wie Schlaf und Gehirn zusammenhängen

Das Gehirn spielt eine zentrale Rolle für den Schlaf und beeinflusst ihn auf mehreren Ebenen. Im Hypothalamus befindet sich der sogenannte suprachiasmatische Nukleus, der als innere Uhr fungiert. Er registriert Licht über die Augen und steuert auf diese Weise unseren Wach- und Schlafrhythmus, unter anderem durch die Regulierung von Hormonen wie Melatonin, das Müdigkeit fördert. Gleichzeitig sammelt sich während des Wachzustands das Molekül Adenosin im Gehirn an, was den sogenannten Schlafdruck erzeugt: Je mehr Adenosin vorhanden ist, desto stärker wird das Bedürfnis zu schlafen. Das retikuläre Aktivierungssystem im Hirnstamm hält uns wach, während der VLPO-Kern im Hypothalamus den Schlaf einleitet. Verschiedene Neurotransmitter spielen dabei eine Rolle: GABA fördert Entspannung und Schlaf, Serotonin unterstützt den Schlaf-Wach-Rhythmus, und Orexin hält uns wach – eine Fehlfunktion kann zu Narkolepsie führen.

Schlaf wirkt zugleich stark auf das Gehirn zurück. Während des Schlafs verarbeitet das Gehirn Informationen, wodurch Lernen und Gedächtnis unterstützt werden: Im REM-Schlaf werden kreative Ideen und emotionale Erfahrungen integriert, während im Tiefschlaf Fakten, Vokabeln oder motorische Fähigkeiten gefestigt werden. Außerdem wird im Tiefschlaf das glymphatische System aktiv, das Abfallstoffe wie Beta-Amyloid aus dem Gehirn transportiert, was dem Schutz vor neurodegenerativen Erkrankungen dient. Schlaf hilft zudem, Emotionen zu regulieren, Ängste zu reduzieren und die Impulskontrolle zu verbessern, während gleichzeitig Synapsen „resetet“ und Nervenzellverbindungen gestärkt werden. Ein ausreichender und erholsamer Schlaf führt daher zu besserer Konzentration, schnellerer Reaktionsfähigkeit und erhöhter Leistungsfähigkeit.

Schlechter Schlaf kann das Gehirn auf vielfältige und teilweise tiefgreifende Weise beeinträchtigen. Wenn wir regelmäßig nicht ausreichend oder qualitativ schlechten Schlaf bekommen, gerät das empfindliche Gleichgewicht der Gehirnfunktionen aus dem Lot. Zunächst leidet das Gedächtnis und die Lernfähigkeit. Im Schlaf werden Informationen verarbeitet und im Langzeitgedächtnis abgespeichert: Fakten und motorische Fähigkeiten im Tiefschlaf, emotionale Erfahrungen und kreative Ideen im REM-Schlaf. Fehlt dieser Schlaf, können neue Informationen schlechter behalten werden, und bestehende Erinnerungen lassen sich schwerer abrufen.

Auch die emotionale Regulation wird gestört. Chronischer Schlafmangel erhöht die Reizbarkeit, Angstgefühle und depressive Symptome, weil das Gehirn weniger gut in der Lage ist, Emotionen zu verarbeiten und Stressreaktionen zu dämpfen. Darüber hinaus leidet die kognitive Leistungsfähigkeit: Konzentration, Aufmerksamkeit, Problemlösungsfähigkeit und Reaktionszeit nehmen ab. Das Gehirn arbeitet weniger effizient, und Entscheidungen fallen impulsiver oder fehleranfälliger aus. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die „Reinigung“ des Gehirns über das glymphatische System. Im Tiefschlaf werden Abfallstoffe wie Beta-Amyloid und Tau-Proteine abtransportiert. Bei dauerhaft schlechtem Schlaf häufen sich diese Stoffe an, was das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer erhöhen kann. Schlechter Schlaf beeinflusst zudem Hirnstrukturen selbst: Studien zeigen, dass chronischer Schlafmangel mit Veränderungen in Bereichen wie dem Hippocampus (für Gedächtnis) und dem präfrontalen Cortex (für Entscheidungsfindung und Impulskontrolle) verbunden ist.

Leichte Entzündung

Die Schlafqualität der Teilnehmer in der Studie wurde anhand von fünf selbst angegebenen Faktoren bewertet: Chronotyp (Morgen- oder Abendmensch), Schlafdauer, Schlaflosigkeit, Schnarchen und Tagesmüdigkeit. Anschließend wurden sie in drei Gruppen eingeteilt: gesunder (≥4 Punkte), mittlerer (2-3 Punkte) oder schlechter (≤1 Punkt) Schlaf.„Die Differenz zwischen dem Gehirnalter und dem chronologischen Alter vergrößerte sich um etwa sechs Monate pro 1 Punkt Abnahme des gesunden Schlafwertes“, erklärt Abigail Dove, Forscherin am Institut für Neurobiologie, Pflegewissenschaften und Gesellschaft des Karolinska-Instituts, die die Studie leitete. „Menschen mit schlechtem Schlaf hatten Gehirne, die im Durchschnitt ein Jahr älter waren als ihr tatsächliches Alter.“

Um zu verstehen, wie sich schlechter Schlaf auf das Gehirn auswirken kann, untersuchten die Forscher auch das Ausmaß leichter Entzündungen im Körper. Sie fanden heraus, dass Entzündungen etwas mehr als zehn Prozent des Zusammenhangs zwischen schlechtem Schlaf und höherem Gehirnalter erklären konnten. „Unsere Ergebnisse liefern Hinweise darauf, dass schlechter Schlaf zu einer beschleunigten Alterung des Gehirns beitragen kann, und deuten auf Entzündungen als einen der zugrunde liegenden Mechanismen hin“, sagt Abigail Dove. „Da Schlaf veränderbar ist, könnte es möglich sein, eine beschleunigte Alterung des Gehirns und vielleicht sogar einen kognitiven Verfall durch gesünderen Schlaf zu verhindern.“

Andere mögliche Mechanismen, die den Zusammenhang erklären könnten, sind negative Auswirkungen auf das Abfallbeseitigungssystem des Gehirns, das hauptsächlich während des Schlafs aktiv ist, oder dass schlechter Schlaf die Herz-Kreislauf-Gesundheit beeinträchtigt, was sich wiederum negativ auf das Gehirn auswirken kann. Die Teilnehmer der UK Biobank sind gesünder als die allgemeine britische Bevölkerung, was die Verallgemeinerbarkeit der Ergebnisse einschränken könnte. Eine weitere Einschränkung der Studie besteht darin, dass die Ergebnisse auf selbst berichteten Schlafdaten basieren. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit Forschern der Schwedischen Hochschule für Sport und Gesundheitswissenschaften sowie der Tianjin Medical University und der Sichuan University in China durchgeführt.

Risikofaktoren für eine vorzeitige Alterung des Gehirns

Durch die Schätzung des Gehirnalter von Menschen anhand von MRT-Scans unter Verwendung von maschinellem Lernen hat ein Team unter der Leitung von Forschern der UCL mehrere Risikofaktoren für eine vorzeitige Alterung des Gehirns identifiziert.  Sie fanden heraus, dass eine schlechtere kardiovaskuläre Gesundheit im Alter von 36 Jahren ein höheres Gehirnalter im späteren Leben vorhersagte, während Männer tendenziell auch ältere Gehirne hatten als Frauen im gleichen Alter, wie sie in The Lancet Healthy Longevity berichten.