Schülergröße bietet ein Auge-öffnende Fenster in den Tiefschlaf

Eine neue Studie zeigt, dass der Tiefschlaf bei Mäusen mit einer kleineren Pupillengröße korreliert.

Quelle: Petr Novák / Wikipedia Commons

Es ist allgemein bekannt, dass die Pupillengröße als Reaktion auf Helligkeit und Dunkelheit während des Wachzustands schwankt. Was weniger bekannt ist, ist, dass die Pupillengröße auch durch das autonome Nervensystem (ANS) als Antwort auf unterschiedliche Erregungsgrade, Gehirnwellenaktivität und kortikale Zustände reguliert wird.

Zum Beispiel, in Zeiten der Not, “Kampf oder Flucht” Mechanismen des sympathischen Nervensystems (SNS) erweitern Pupillen zu optimieren Vision angesichts potentieller Gefahr. Umgekehrt, wenn es Zeit ist zu “ruhen und verdauen” das parasympathische Nervensystem (PNS) die Pupillengröße.

• Wie sehen Sie Ihren Partner?
• Geschichten, die Urwunden heilen
• Wie man weiß, wenn Sie ein Opfer der Gasbeleuchtung sind
• Sexual Assault und Neuroscience: Alarmierende Behauptungen vs. Fakten
• Kindheit Sexuelles Trauma und Sucht

Durch die Linse der Psychophysiologie wird eine erhöhte Pupillengröße durch das SNS als Teil eines adrenergen Systems ausgelöst, das durch Adrenalin angetrieben wird. Auf der anderen Seite verringert die durch das PNS modulierte inhibitorische Antwort die Pupillengröße und wird durch ein cholinerges System gesteuert, das Acetylcholin verwendet.

Cholinergisch bedeutet “sich auf Acetylcholin zu verlassen oder damit zu tun zu haben”. Umgangssprachlich wurde Acetylcholin ursprünglich als “Vagusstoff” oder “Vagussubstanz” bezeichnet, da der Vagusnerv Acetylcholin abspritzt, um die Herzfrequenz zu verlangsamen und das Nervensystem zu beruhigen.

Wissenschaftler haben seit Jahrzehnten untersucht, wie das autonome Nervensystem während des Wachzustands die Pupillengröße in Human- und Tierstudien vermittelt. Da der Schlaf jedoch bei geschlossenen Augenlidern erfolgt, war es bisher nicht möglich, Veränderungen des Pupillendurchmessers während verschiedener Schlafstadien direkt zu beobachten. Modernste Infrarottechnologie, die von Forschern in der Schweiz an der Universität Genf entwickelt wurde, bot kürzlich ein neues Fenster für Veränderungen der Pupillengröße während des Schlafes.

• Große kleine Lügen
• Intuition und Träumen: Vier Fragen zu jedem Traum
• Tali Sharot über das Motivieren anderer
• Entscheidungen, Entscheidungen, Entscheidungen
• Die Do’s und Don’ts der großen Beziehungen

Die bahnbrechende Schweizer Studie “Pupillengrößen-Kopplung zu kortikalen Zuständen schützt die Stabilität des Tiefschlafs durch parasympathische Modulation” wurde am 18. Januar in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Künstlerische Darstellung, wie die Pupillengröße der Maus auch während des Schlafs ein Fenster in die Gehirnaktivität darstellt.

Quelle: Daniel Huber / Université de Genève

Für diese Studie verwendeten Forscher der Universität Genf eine Infrarot-Hintergrundbeleuchtungstechnik zur genauen Messung der “Pupillometrie” (Pupillengröße) in Verbindung mit einem Elektrokortikogramm zur Messung der Hirnaktivität und der kortikalen Zustände bei schlafenden Mäusen.

Kleinere Schüler = Tiefschlaf

Die Forscher fanden heraus, dass das parasympathische Nervensystem Veränderungen in der Pupillengröße während des Schlafens mit nicht schnellen Augenbewegungen (NREM) antreibt. Die Wissenschaftler spekulieren, dass eine geringere Pupillengröße im Tiefschlaf eine Schutzfunktion für die Aufrechterhaltung der Schlafstabilität auch bei Aufhellung des Umgebungslichtes übernimmt.

Bemerkenswerterweise beobachteten die Forscher auch, dass Veränderungen in der Gehirnaktivität und den kortikalen Zuständen im Wechsel mit Änderungen des Pupillendurchmessers während verschiedener Schlafstadien schwankten.

Wie die Autoren in der Studienzusammenfassung schreiben: “Unsere Studie zeigt, dass die Pupillengröße im Schlaf dynamisch ist und eng mit den verschiedenen Schlafzuständen gekoppelt ist. Je tiefer der Schlaf ist, desto mehr verengt sich die Pupille. Diese Kopplung wird hauptsächlich über das Parasympathikus-System vermittelt und könnte eine Schutzfunktion durch Blockierung der visuellen Eingabe während des Tiefschlafs bieten. ”

Um zu bestimmen, wie das parasympathische Nervensystem die Pupillengröße während des Schlafes moduliert, verwendeten die Wissenschaftler einen pharmakologischen Antagonisten, um die Funktion von Acetylcholin an cholinergen Rezeptoren zu blockieren.

Als weitere unabhängige Messung der parasympathischen Rolle “Vagusstoff” bei der Verringerung der Pupillengröße, überwachten die Forscher auch Schwankungen der Herzfrequenz. Wie die Autoren erklären: “Diese Ergebnisse ergänzen frühere Berichte, die zeigen, dass die Herzfrequenz mit der parasympathischen Modulation und auch mit der kortikalen Aktivität während des NREM-Schlafs korreliert.”

Diese Studie ist insofern von Bedeutung, als sie zum ersten Mal zeigt, dass es einen starken Zusammenhang zwischen den kortikalen Zuständen und der Pupillengröße während des Tiefschlafs gibt, der bisher hinter verschlossenen Augenlidern verborgen war.

“Das gemeinsame Sprichwort” Die Augen sind das Fenster zur Seele “könnte sogar hinter geschlossenen Augen während des Schlafes gelten”, schloss Co-Autor Özge Yüzgeç in einer Stellungnahme. “Der Schüler spielt weiterhin eine wichtige Rolle im Schlaf, indem er den sensorischen Input blockiert und dadurch das Gehirn in Phasen des Tiefschlafs schützt, wenn die Erinnerungen konsolidiert werden sollten.”

Zukünftige Forschungen des Teams der Universität Genf werden die Möglichkeit untersuchen, ihre Infrarot-Pupillometrie-Technik in Studien am Menschen einzusetzen. Die nicht-invasive Pupillenverfolgung könnte neue Erkenntnisse darüber liefern, wie das parasympathische Nervensystem die Pupillengröße verändert und die Stabilität des Tiefschlafs auch beim Menschen schützt.

Verweise

Özge Yüzgeç, Mario Presa, Robert Zimmermann, Daniel Huber. “Kopplung der Pupillengröße an kortikale Zustände schützt die Stabilität des Tiefschlafs durch parasympathische Modulation.” (Online veröffentlicht am 18. Januar 2018) Current Biology DOI: 10.1016 / j.cub.2017.12.049

Margaret M. Bradley, Rosemarie G. Sapigao, Peter J. Lang. “Sympathische ANS-Modulation des Pupillendurchmessers in der emotionalen Szenenwahrnehmung: Auswirkungen von hedonischem Inhalt, Helligkeit und Kontrast.” Psychophysiologie (Erstveröffentlichung: 8. Mai 2017) DOI: 10.1111 / psyp.12890

Margaret M. Bradley, Laura Miccoli, Miguel A. Escrig und Peter J. Lang. “Der Schüler als Maß für emotionale Erregung und autonome Aktivierung.” Psychophysiologie (2008) DOI: 10.1111 / j.1469-8986.2008.00654.x