Wissenschaftler des MIT und der Boston University haben gezeigt, dass präzise getaktete Impulse aus pinkem Rauschen während des Schlafs langsame elektrische Gehirnwellen und die damit verbundenen Wellen der Zerebrospinalflüssigkeit verstärken können. Die im Fachjournal Science Translational Medicine veröffentlichte Untersuchung basiert auf Tests mit 14 gesunden Probanden.
Im Schlaf läuft im menschlichen Kopf ein unsichtbarer Reinigungsprozess ab. Tagsüber sammeln sich im Gehirn Stoffwechselabbauprodukte wie Milchsäure und verbrauchte Proteine an. Nachts sorgen rhythmische Wellen der Zerebrospinalflüssigkeit, kurz CSF, dafür, diesen Abtransport zu unterstützen und das Gewebe gesund zu halten. Ein Forschungsteam aus den Vereinigten Staaten hat nun herausgefunden, dass sich dieser natürliche Spülmechanismus durch gezielte akustische Reize von außen intensivieren lässt, wie das Massachusetts Institute of Technology berichtete.
Präzise getaktete Impulse aus pinkem Rauschen im Schlaf-MRT
Für die im Fachjournal Science Translational Medicine vorgestellten Versuche überwachten die Wissenschaftler insgesamt 14 gesunde Freiwillige, die während ihrer Nachmittagsruhe in einem Kernspintomografen schliefen. Dabei nutzten die Forscher eine Kombination aus Elektroenzephalografie und funktioneller Magnetresonanztomografie, um sowohl die Gehirnaktivität als auch die Flüssigkeitsströme in Echtzeit zu verfolgen.
Das Experiment setzte auf einen geschlossenen Regelkreis. Ein spezieller Algorithmus analysierte die Hirnströme und prognostizierte den genauen Zeitpunkt der langsamen Deltawellen im Non-REM-Schlaf. Im exakten Moment des Wellenhöhepunkts spielten die Forscher den Probanden über Kopfhörer einen ultrakurzen, 50 Millisekunden langen Impuls aus pinkem Rauschen vor. Dieses Rauschen enthält alle für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzen, ist jedoch in den tieferen Tonlagen lauter und in den höheren leiser, was an das Rauschen von stetigem Regen oder einem fernen Wasserfall erinnert.
„You can make more of these electrical slow waves through an auditory stimulus, if it comes at just the right time, Similar to a child on a swing, if you push them when they’re at the right moment in their movement, you can make that swing go farther. The challenge is: How do you find just the right time?“
Laura Lewis, Athinoula A. Martinos Associate Professor of Electrical Engineering and Computer Science at MIT
Durch diese passgenaue Stimulation erhöhte sich die Amplitude der langsamen elektrischen Gehirnwellen messbar. Gleichzeitig verstärkte sich auch die Amplitude der Liquorwellen im Gehirn. Die Bildgebungsdaten zeigten zudem, dass die langsamen Gehirnwellen die Blutgefäße im Kopf dazu anregen, sich rhythmisch zu verengen und auszudehnen. Diese Blutvolumenverschiebungen wirken wie eine Pumpe, die die Zerebrospinalflüssigkeit aus dem Gewebe drückt.
Kommerzielle Schlafgadgets und die Grenzen der aktuellen Daten
Obwohl die Laborergebnisse einen klaren physiologischen Effekt belegen, warnen die Studienautoren davor, den Ansatz mit handelsüblichen Sound-Maschinen oder im Handel erhältlichen Smartphone-Apps zu verwechseln. Das Team betonte ausdrücklich, dass das bloße Abspielen von pinkem Rauschen im Schlafzimmer nicht den gleichen Effekt erzielt. Ohne die millisekundengenaue Kopplung an die individuellen Hirnwellen blieben die Wellen der Gehirnflüssigkeit unbeeinflusst.
Um die Technik künftig aus dem Labor in den Alltag zu überführen, haben die Studienautoren Laura Lewis und der Doktorand Joshua Levitt die Firma Cerebloom Inc. gegründet und eine Patentanmeldung eingereicht. Das Start-up zielt darauf ab, künftig ein stirnbandähnliches Gerät zu entwickeln, das solche akustischen Reize zu Hause verabreichen kann. Bis zu einer solchen Marktreife sind jedoch noch umfangreiche klinische Erprobungen notwendig.
Bedeutung für die Alzheimer- und Demenzforschung in den USA
Das gesteigerte Interesse der Medizin an diesem Verfahren erklärt sich vor allem durch die demografische Entwicklung und die Suche nach neuen Wegen zur Prävention neurodegenerativer Erkrankungen. In den Vereinigten Staaten leben nach aktuellen Schätzungen rund 7 Millionen Menschen mit einer Demenzerkrankung, darunter etwa 6,7 Millionen Patienten mit einer diagnostizierten Alzheimer-Erkrankung. Für das Jahr 2060 gehen Prognosen von schätzungsweise 14 Millionen Betroffenen allein in den USA aus.
Da Alzheimer und andere Formen von Demenz eng mit der schädlichen Ansammlung von Proteinen wie Amyloid-beta und Tau im Gehirn zusammenhängen, verfolgt die Forschung den Ansatz der nächtlichen Abfallbeseitigung mit großem Nachdruck. Die MIT-Untersuchung hat jedoch weder Patienten mit Alzheimer getestet noch nachgewiesen, dass ein verstärkter CSF-Fluss das Demenzrisiko senkt oder krankheitsrelevante Ablagerungen in klinisch relevantem Maße entfernt. Die Forscher betonen, dass ihre Messungen zunächst ausschließlich bei gesunden Versuchspersonen stattfanden.
Als Nächstes plant das Team, die Methode an älteren Menschen sowie an Personen mit beginnenden neurologischen Störungen und Schlafstörungen wie Insomnie zu erproben, um herauszufinden, ob sich die Mechanismen auch bei diesen Gruppen therapeutisch nutzen lassen.
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