Widerstandskraft gegen Stress könnte sich nachts im Gehirn entwickeln

Stress trifft nicht jedes Gehirn gleich. Manche stecken belastende Situationen erstaunlich gut weg, andere reagieren deutlich empfindlicher – und ein Teil dieser Widerstandskraft könnte sich ausgerechnet nachts entwickeln. Bei männlichen Mäusen fanden Forscher Hinweise darauf, dass Tiefschlaf und Stressresilienz eng zusammenhängen. Während tiefer NREM-Schlafphasen schalteten Nervenzellen im präfrontalen Cortex immer wieder gemeinsam auf Ruhe. Besonders stark war dieses Muster bei Tieren, die später sozialen Stress besser verkrafteten. Nach der Belastung ordnete sich ihre Hirnaktivität zudem flexibler neu.

Das Team um J. Christopher Ehlen von der Morehouse School of Medicine verfolgte die Hirnaktivität der Mäuse über mehrere Tage hinweg. Vor und nach einer fünftägigen Phase mit sozialem Stress zeichneten die Forscher einzelne Nervenzellen und lokale elektrische Signale im prälimbischen Cortex auf. So konnten sie vergleichen, wie sich die Aktivität zwischen stressresistenten und besonders anfälligen Tieren unterschied. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Journal of Neuroscience.

Wie Tiefschlaf die Stressresilienz offenbar beeinflusst

Besonders interessant waren kurze Ruhephasen vieler Nervenzellen, sogenannte OFF-Perioden. Sie traten vor allem während des NREM-Schlafs auf und folgten eng den langsamen Hirnwellen, die für tiefe Schlafphasen typisch sind. Bei den später stressresistenten Mäusen war diese Kopplung bereits vor der Belastung deutlich stärker ausgeprägt.

Vereinfacht lief das Muster so ab:

• langsame Hirnwellen breiteten sich während des NREM-Schlafs aus,
• zahlreiche Nervenzellen wechselten dabei gleichzeitig in kurze Ruhephasen,
• bei resilienten Mäusen waren beide Vorgänge besonders eng miteinander gekoppelt.

Damit unterschieden sich die Tiere schon vor dem sozialen Stress in ihrer nächtlichen Hirnaktivität. „Die Qualität des Schlafs scheint zu bestimmen, wie der prälimbische Cortex emotionale Reaktionen unterdrückt, was sich unserer Ansicht nach in der neuronalen Feuerrate widerspiegelt“, sagt Ehlen. Seine Arbeitshypothese lautet, dass stressanfällige Mäuse weniger tief schlafen. Bei resilienten Tieren könnte dagegen eine günstige Reaktion auf Belastungen während des Schlafs erhalten bleiben.

Nach dem Stress organisiert sich das Nervennetz neu

Auch nach den belastenden sozialen Erfahrungen blieb das Aktivitätsmuster nicht gleich. Bei resilienten Mäusen wurden die OFF-Perioden kürzer und verteilten sich gleichmäßiger über den NREM-Schlaf. Gleichzeitig verschoben sich die Feuerraten vieler Nervenzellen im prälimbischen Cortex.

Das spricht dafür, dass ihr Nervennetz flexibler auf die Belastung reagierte. Entscheidend scheint deshalb nicht allein zu sein, wie lange ein Tier schläft. Ebenso wichtig könnte sein, wie synchron Nervenzellen während tiefer Schlafphasen arbeiten und wie anpassungsfähig das Netzwerk danach bleibt.

Frühere Studie liefert Hinweise auf eine direkte Wirkung von NREM-Schlaf

Dass NREM-Schlaf mit Stressresilienz zusammenhängt, hatte ein Team um Ehlen bereits 2022 berichtet. Auch damals untersuchten die Forscher männliche Mäuse unter sozialem Stress. Bei resilienten Tieren nahm der NREM-Schlaf nach der Belastung zu. Zudem unterschieden sich später widerstandsfähige und anfällige Mäuse bereits vorher in der lokalen Schlafregulation des präfrontalen Cortex.

Die Forscher veränderten damals auch gezielt die Schlafdauer. Wurde der Schlaf während der Stressphase täglich eingeschränkt, entwickelten die Tiere in diesem Versuch keine Resilienz. Das lieferte Hinweise darauf, dass NREM-Schlaf die Stressresistenz in diesem Mausmodell tatsächlich mitbeeinflussen kann. Die neue Arbeit geht nun einen Schritt weiter und beschreibt, welche Veränderungen auf Ebene einzelner Nervenzellen damit verbunden sind.

Tiefschlaf könnte Resilienz schon vor dem Stress verraten

Der zeitliche Ablauf ist besonders spannend. Ein Teil des charakteristischen Schlafmusters war schon vorhanden, bevor die Mäuse dem sozialen Stress ausgesetzt wurden. Der Tiefschlaf könnte Resilienz also mitprägen. Möglich ist aber ebenso, dass er lediglich eine bereits vorhandene Widerstandsfähigkeit des Gehirns erkennen lässt.

Welche Richtung zutrifft, ist bislang offen. Um den Zusammenhang genauer zu prüfen, wollen die Forscher resilienten Mäusen gezielt Schlaf entziehen. Dann soll sich zeigen, ob sich die Aktivität im prälimbischen Cortex verändert und ob die Tiere anschließend empfindlicher auf Stress reagieren.

Auf Menschen lassen sich die Ergebnisse bislang nicht übertragen. Untersucht wurden ausschließlich männliche Mäuse in einem experimentellen Modell für sozialen Stress. Ob vergleichbare Muster des NREM-Schlafs auch beim Menschen mit psychischer Widerstandskraft zusammenhängen, ist noch unklar. Die Forscher hoffen jedoch, auf dieser Grundlage künftig biologische Merkmale zu finden, die auf eine höhere oder geringere Stressresilienz hinweisen könnten.

Kurz zusammengefasst:

• Bei männlichen Mäusen war eine stärkere Kopplung zwischen langsamen NREM-Schlafwellen und kurzen Ruhephasen vieler Nervenzellen mit höherer Stressresilienz verbunden.
• Stressresistente Tiere zeigten bereits vor der Belastung ein anderes Schlafmuster und organisierten ihre Hirnaktivität danach flexibler neu.
• Ob Tiefschlaf auch beim Menschen die psychische Widerstandskraft stärkt, ist bislang nicht belegt; die bisherigen Ergebnisse stammen aus Mausversuchen.

Übrigens: Nicht nur Stressresilienz könnte sich im Gehirn ablesen lassen – auch chronische Schmerzen gehen mit messbaren Veränderungen der Großhirnrinde einher. Wie Schmerz, Stress und Gefühle dabei zusammenspielen, mehr dazu in unserem Artikel.

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