REM-Schlaf beein­flusst Essverhalten

Mit Hilfe einer Technik namens Optoge­netik kann die Aktivität von Zellen im Gehirn gezielt mit Licht­im­pulsen unter­drückt werden. Foto: Pascal Gugler / Insel Gruppe

REM-Schlaf beein­flusst Essverhalten

Viele verschiedene Hirnre­gionen zeigen eine erhöhte Aktivität während des REM-Schlafs – warum, ist aber weitgehend unbekannt. Forschende der Univer­sität Bern und des Insel­spitals, Univer­si­täts­spital Bern, haben nun entdeckt, dass die Aktivität bestimmter Nerven­zellen während des REM-Schlafs unser Essver­halten reguliert: wird diese Aktivität bei Mäusen unter­drückt, ist ihr Appetit gestört.

Während wir schlafen, durch­laufen wir verschiedene Schlaf­phasen, die auf unter­schied­liche Weise dazu beitragen, dass wir uns am Morgen ausgeruht fühlen. Im rapid-eye-movement (REM) Schlaf, einer spezi­fi­schen Schlaf­phase, während der wir intensiv träumen, sind diverse Hirnareale und neuronale Schalt­kreise hochaktiv. Aller­dings ist bisher unklar, wozu diese elektrische Aktivität dient.

Zu den Hirnre­gionen, die während des REM-Schlafes stark aktiviert sind, zählen Zentren, die für die Regulierung von Erinne­rungen und Emotionen zuständig sind. Auch der sogenannte laterale Hypotha­lamus, eine kleine, evolu­tionär konser­vierte Struktur bei allen Säuge­tieren im Zwischenhirn, zeigt erhöhte Aktivität während des REM-Schlafs. Im Wachzu­stand orches­trieren die Nerven­zellen aus diesem Hirnareal den Appetit und die Nahrungs­auf­nahme und sie spielen eine wichtige Rolle bei Motivation und Suchtverhalten.

Forschende um Professor Antoine Adaman­tidis von der Univer­sität Bern und vom Insel­spital Bern haben die Aktivierung von Nerven­zellen im Hypotha­lamus von Mäusen während des REM-Schlafs unter­sucht. Sie wollten besser verstehen, wie die REM-Schlaf-Aktivierung der Nerven­zellen im Hypotha­lamus unser alltäg­liches Verhalten beein­flusst. Dabei entdeckten sie, dass eine Unter­drü­ckung der Aktivität dieser Nerven­zellen dazu führt, dass die Mäuse weniger Nahrung zu sich nehmen. «Das bedeutet, dass der REM-Schlaf nötig ist, um die Nahrungs­auf­nahme stabil zu halten», sagt Adaman­tidis. Die Ergeb­nisse der Studie wurden im Journal Procee­dings of the National Academy of Science (PNAS) publiziert.

Langan­hal­tender Effekt auf neuronale Aktivität und Nahrungsaufnahme

Die Forschenden entdeckten, dass bestimmte Aktivi­täts­muster der Zellen im lateralen Hypotha­lamus, die während des Wachzu­standes Nahrungs­auf­nahme signa­li­sieren, auch während des REM-Schlafes auftauchen. Um den Einfluss dieser Aktivi­täts­muster während des REM-Schlafes zu unter­suchen, setzten sie optoge­ne­tische Methoden ein, eine Technik, bei der die Aktivität von Nerven­zellen mittels Licht­pulsen spezi­fisch während des REM-Schlafes ausge­schaltet werden kann. Dieses Ausschalten der Signale führte dazu, dass sich bei wachen Mäusen die Essens­ak­ti­vi­täts­muster der Zellen verän­derten und die Tiere weniger Nahrung zu sich nahmen.

«Wir waren erstaunt, wie stark und langan­haltend unsere Inter­vention im lateralen Hypotha­lamus die Aktivität der Nerven­zellen Verhalten der Mäuse beein­flusst hat», sagt Lukas Oesch, Erstautor der Studie. Er fügt hinzu: «Die Verän­derung der Aktivi­täts­muster war noch nach vier Tagen feststellbar». Diese Erkennt­nisse legen nahe, dass die elektrische Aktivität in hypotha­l­a­mi­schen Schalt­kreisen verändert werden kann und zu einem stabilen Essver­halten beiträgt.

Eine Frage der Qualität

Diese Beobach­tungen deuten darauf hin, dass nicht die Schlaf­menge allein wichtig ist, damit wir uns wohl fühlen, sondern dass es auch auf die Schlaf­qua­lität ankommt. Die Forschenden heben hervor, wie wichtig hochwer­tiger Schlaf für unser Essver­halten ist. «Das ist besonders entscheidend in unserer Gesell­schaft, wo nicht nur die Schlaf­dauer abnimmt, sondern auch die Schlaf­qua­lität stark leidet, etwa bei Schicht­arbeit, künst­lichem Licht oder Social-Jetlag bei Jugend­lichen», erklärt Adamantidis.

Der entdeckte Zusam­menhang zwischen der Aktivität der Zellen im REM-Schlaf und dem Essver­halten könnte dazu dienen, neue Thera­pie­an­sätze bei Essstö­rungen zu entwi­ckeln. Zudem könnten sie auch von Bedeutung sein für die Motivation und das Sucht­ver­halten. «Dies hängt jedoch von den genauen neuro­nalen Schalt­kreisen, der Schlaf­phase und anderen Faktoren ab, die noch zu erfor­schen sind», fügt Adaman­tidis hinzu.

Die Studie wurde in Zusam­men­arbeit mit der Inter­fa­kul­tären Forschungs­ko­ope­ration (IFK) «Decoding Sleep» an der Univer­sität Bern und am Insel­spital durch­ge­führt. Sie wurde unter­stützt durch den Schweizer Natio­nal­fonds, den European Research Council (ERC), das Human Frontiers Science Programm, sowie die Deutsche Forschungsgesellschaft.

Inter­fa­kultäre Forschungs­ko­ope­ration (IFK) «Decoding Sleep»

Die Inter­fa­kultäre Forschungs­ko­ope­ration “Decoding Sleep: From Neurons to Health & Mind” ist ein inter­dis­zi­pli­näres Projekt, welches durch die Univer­sität Bern gefördert wird und am 1. März 2018 gestartet hat. 13 Forschungs­gruppen der Phil.-nat., der Medizi­ni­schen und der Phil.-hum. Fakultät sind am Projekt beteiligt. Ihre Expertise umfasst die Bereiche Medizin, Psycho­logie, Psych­iatrie und Informatik.

Die Forschungs­ko­ope­ration will die Mecha­nismen von Schlaf, Bewusstsein und Kognition und deren Bedeutung für die Gesundheit aber auch neuro­lo­gische und körper­liche Erkran­kungen besser verstehen. Letztlich sollen die erlangten Erkennt­nisse dazu beitragen, neue Ansätze für die perso­na­li­sierte Therapie von Schlaf-Wach- und psych­ia­tri­schen Störungen zu entwickeln.

Origi­nal­pu­bli­kation:

Lukas T. Oesch, Mary Gazea, Thomas C. Gent, Mojtaba Bandar­abadi, Carolina Gutierrez Herrera, and Antoine R. Adaman­tidis: REM sleep stabi­lizes hypotha­lamic repre­sen­tation of feeding behavior, Procee­dings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 31 July 2020, https://doi.org/10.1073/pnas.1921909117

Textquelle: Nathalie Matter, Univer­sität Bern

Bildquelle: Mit Hilfe einer Technik namens Optoge­netik kann die Aktivität von Zellen im Gehirn gezielt mit Licht­im­pulsen unter­drückt werden. Foto: Pascal Gugler / Insel Gruppe