Schlafen hilft, sich besser an komplexe Zusammenhänge zu erinnern

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Dass Schlaf die Erinnerungen an Fakten und episodische Ereignisse festigt, ist bereits seit Längerem bekannt. Die bisherige Forschung konzentrierte sich jedoch hauptsächlich auf einfache Assoziationen, also Verbindungen zwischen Elementen, wie sie beispielsweise beim Vokabellernen vorkommen. „Im wahren Leben setzen sich Ereignisse in der Regel aber aus zahlreichen Bestandteilen wie einem Ort, Personen und Objekten zusammen, die im Gehirn miteinander verknüpft werden“, erklärt Dr. Nicolas Lutz vom LMU-Institut für Medizinische Psychologie. Diese Assoziationen könnten unterschiedlich stark sein und einige Elemente seien möglicherweise nur indirekt miteinander verbunden. „Dank der neuronalen Verknüpfungen, die diesen Assoziationen zugrunde liegen, genügt oft ein einzelnes Stichwort, um sich nicht nur an einzelne, sondern gleich an mehrere Aspekte des Ereignisses zu erinnern.“ Dieser Prozess, der als Mustervervollständigung (engl. „pattern completion“) bezeichnet wird, ist eine grundlegende Funktion des episodischen Gedächtnisses. Lutz ist Erstautor einer kürzlich im Fachmagazin Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erschienenen Studie, welche die Wirkung von Schlaf auf das Erinnern an solche komplexen Ereignisse untersucht hat.

Nachdem die Versuchspersonen Ereignisse mit komplexen Assoziationen gelernt hatten, verbrachten sie in einer Bedingung eine Nacht im Schlaflabor, in der sie normal schlafen durften. In einer anderen Bedingung mussten die Versuchspersonen nach dem Lernen von komplexen Assoziationen die Nacht wach bleiben. In beiden Fällen durften die Versuchspersonen danach eine Nacht zu Hause verbringen, um sich zu erholen. Anschließend wurde untersucht, wie gut sie sich an bestimmte Elemente und Zusammenhänge erinnern konnten. „Wir konnten zeigen, dass Schlaf gezielt schwache Assoziationen festigt sowie neue Assoziationen zwischen Elementen stärkt, die beim Lernen nicht direkt miteinander verknüpft waren. In der Folge war durch Schlaf im Vergleich zur Bedingung ohne Schlaf auch die Fähigkeit verbessert, sich an mehrere Elemente eines Ereignisses gemeinsam zu erinnern, nachdem nur ein einziger Hinweisreiz vorgegeben wurde“, fasst Nicolas Lutz die Ergebnisse zusammen. Das demonstriere die große Bedeutung des Schlafs für die Vervollständigung von Teilinformationen und die Verarbeitung von komplexen Ereignissen im Gehirn.

Indem sie die Gehirnaktivität der schlafenden Probandinnen und Probanden überwachten, konnten die Autoren der Studie außerdem zeigen, dass die Verbesserung der Gedächtnisleistung mit sogenannten Schlafspindeln zusammenhängt. Dabei handelt es sich um hochfrequent oszillierende neuronale Aktivität im Schlaf, die mit der aktiven Festigung von Gedächtnisinhalten verbunden ist. Dies geschieht durch eine Reaktivierung der zugrunde liegenden neuronalen Strukturen während des Schlafs. „Das legt nahe, dass Schlafspindeln bei der Festigung von komplexen Assoziationen, die der Vervollständigung von ganzen Ereignissen zugrunde liegen, eine wichtige Rolle spielen“, meint Professorin Luciana Besedovsky, die Leiterin der Studie.

Die gefundenen Auswirkungen des Schlafs auf das Gedächtnis können laut Lutz und Besedovsky als wichtige Anpassung des menschlichen Gehirns gesehen werden, weil sie dazu beitragen, ein schlüssigeres Bild der Umwelt zu zeichnen, was wiederum umfassendere Vorhersagen über zukünftige Ereignisse ermöglicht. „Unsere Ergebnisse enthüllen also eine neue Funktion, über die Schlaf einen evolutionären Vorteil bieten kann“, meint Luciana Besedovsky. „Darüber hinaus eröffnen sie neue Perspektiven darauf, wie wir Informationen komplexer, aus mehreren Elementen bestehender Ereignisse speichern und abrufen.“

Nicolas Lutz, Estefanía Martínez-Albert, Hannah Friedrich, Jan Born & Luciana Besedovsky: Sleep shapes the associative structure underlying pattern completion in multielement event memory. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2024.