(Folie 3) Welche drei Haupttypen biologischer Rhythmen gibt es – und wie oft wiederholen sie sich?
• Circadiane Rhythmen: ca. alle 24h (z. B. Schlaf-/Wachrhythmus, Körpertemperatur, Melatonin-Zyklus)
• Ultradiane Rhythmen: mehrmals pro Tag (z. B. Appetit, Schlafphasen)
• Infradiane Rhythmen: weniger als einmal pro Tag (z. B. Menstruationszyklus, Tierwanderungen)
(Folie 4) Warum gehören Vigilanz, Körpertemperatur, Wachstumshormon und Cortisol zu den circadianen Rhythmen?
Weil sich ihre Zyklen etwa alle 24 Stunden wiederholen:
• Vigilanz (Wachheit)
• Körpertemperatur
• Wachstumshormonbildung
• Cortisol (→ durch Stress zusätzlich veränderbar)
(Folie 6) Wie verteilt sich normalerweise der Schlaf-/Wachrhythmus auf 24 Stunden?
• Ca. 16h wach (≈ 2/3 des Tages)
• Ca. 8h Schlaf (≈ 1/3 des Tages)
• Schlafenszeit kann verschoben sein (nicht zwingend 23–7 Uhr)
• Ausnahme: Babys & Demenzpatienten → kein stabiler circadianer Rhythmus
(Folie 7) Was unterscheidet Lerchen- und Eulentypen im Schlaf-/Wachrhythmus?
• Lerchen: schlafen früh, wachen früh auf
• Eulen: schlafen spät, wachen spät auf
👉 Die Körpertemperatur korreliert mit diesem Rhythmus
(Folie 8) Wie verändert sich der Wachanteil mit dem Alter?
• Neugeborene: ca. 6h wach pro Tag
• Erwachsene: ca. 16h wach pro Tag
👉 Der Wachanteil steigt mit zunehmendem Alter
(Folie 9–10) Warum verursacht ein Flug nach Osten stärkeren Jetlag als einer nach Westen?
• Osten: Tag verkürzt sich → Rhythmus nach vorne verschoben → fühlt sich an, als müsse man zu früh aufstehen → stärkerer Jetlag
• Westen: Tag verlängert sich → Rhythmus nach hinten verschoben → fühlt sich an, als könne man länger wachbleiben → schwächerer Jetlag
Typische Symptome:
– Schlafstörungen, Müdigkeit
– Gereiztheit, Konzentrationsschwäche
– Verdauungsprobleme, Appetitlosigkeit
– Herzfrequenz-Schwankungen, depressive Verstimmungen
(Folie 11–13) Was zeigte das Bunker-Experiment von Aschoff & Kolleg*innen?
• 450 Probanden, 3–4 Wochen im schalldichten Bunker ohne Zeitangaben (kein Radio, TV, Uhr, Tageslicht)
• Ergebnis: eigene Schlaf-/Wachrhythmik stellte sich ein → ca. 25h Zyklus
👉 Länger als der aufgezwungene 24h-Rhythmus
(Folie 16) Welche Zellen in der Retina registrieren Hell-Dunkel-Zyklen – und welchen Farbstoff enthalten sie?
• Spezielle Ganglienzellen in der Retina
• Enthalten den Sehfarbstoff Melanopsin
👉 Sie leiten Hell-Dunkel-Infos an den Nucleus suprachiasmaticus (SCN) weiter
(Folie 17) Können blinde Menschen noch einen Tag-Nacht-Rhythmus haben?
Ja – auch ohne funktionierende Stäbchen & Zapfen (Sehrezeptoren)
• Melanopsin-Ganglienzellen arbeiten weiterhin
• Oft trotzdem zyklische Melatonin-Produktion
(Folie 19) Wo liegt die „innere Uhr“ – und wie wird sie gesteuert?
• Sitz: Nucleus suprachiasmaticus (SCN) im Hypothalamus, direkt oberhalb des Chiasma opticum
• Aktivierung/ Hemmung: durch Melanopsin-Ganglienzellen aus der Retina
👉 SCN steuert den Tag/Nacht-Rhythmus
(Folie 21–22) Wie regulieren die Proteine Clock, Cycle, Per und Cry die innere Uhr?
Clock & Cycle → aktivieren Transkription von Per & Cry
Im Zytoplasma: Translation → Per- & Cry-Proteine entstehen
Per + Cry binden und hemmen ihre eigene Produktion
Nach ca. 24h zerfallen Per & Cry 👉 Neuer Zyklus startet
Details merken:
• Per/Cry-Level niedrig → Start neuer Produktion
• Per/Cry-Level hoch → Hemmung der Uhr
• Dieser Feedback-Loop erklärt den 24h-Rhythmus
(Folie 23) Welche Rolle spielt das Ganglion cervicale superius?
• Erhält Tag/Nacht-Infos vom SCN
• Leitet diese Infos weiter an die Zirbeldrüse
• Steuert zusätzlich über das Rückenmark die Pupillenweite
(Folie 24–26) Was macht die Zirbeldrüse (Epiphyse) im Schlaf-Wachrhythmus?
• Produziert Melatonin (Neurotransmitter & Hormon)
• Produktion startet abends bei Dunkelheit → Maximum in der Nacht
• Im Alter: nächtliche Melatoninproduktion nimmt ab → Schlafdauer kürzer
(Folie 25) Wie reagiert die Melatoninproduktion bei blinden Menschen auf Licht?
• Auch bei Blinden: zyklische Melatoninproduktion
• Beleuchtung in Dunkelphase → Senkung der Melatoninproduktion
(Folie 28) Welche beiden Hormone zeigen gegensätzliche circadiane Rhythmen?
• Cortisol: Ausschüttung am Morgen hoch
• Melatonin: Ausschüttung in der Nacht hoch
(Folie 30) Welche beiden Hauptphasen des Schlafs gibt es – und wie oft wiederholen sie sich pro Nacht?
• REM-Schlaf (Rapid Eye Movement, Traumphase)
• Non-REM-Schlaf
– Stadium 1–2: Leichtschlaf
– Stadium 3–4: Slow-Wave-Sleep (SWS), Tiefschlaf
👉 Zyklische Wiederholung 4–5x pro Nacht
(Folie 31) Mit welchen Methoden misst man Schlafphasen im Schlaflabor?
• EEG: Gehirnaktivität
• EOG: Augenbewegungen (auch bei geschlossenen Lidern messbar)
• EMG: Muskelspannung (z. B. Gesicht, Hals, Nacken)
(Folie 32) Wie unterscheiden sich die Schlafstadien im EEG?
• Stadium 1: Theta-Aktivität (Sägezahn)
• Stadium 2: viele Schlafspindeln (schnelle Frequenz-Züge → geringere Aufnahmefähigkeit des Kortex)
• Tiefschlaf (SWS, Stadien 3–4): langsame Delta-Wellen
• REM: EEG ähnlich Stadium 1, aber zusätzlich starke Augenbewegungen
(Folie 34) Welche drei Hauptfunktionen erfüllt Schlaf im Körper?
• Gehirnstoffwechsel stabilisieren
• Immunsystem aufrechterhalten
• Gedächtniskonsolidierung = Verfestigung / Stabilisierung gelernter Inhalte
(Folie 35) Was zeigen Experimente mit Place-Cells im Hippocampus?
• Jede Place-Cell kodiert einen spezifischen Raumabschnitt
• Im Schlaf → wird dasselbe Aktivierungsmuster wie beim Lernen (z. B. Labyrinthdurchgang) wiederholt
👉 Das Gehirn „spielt“ Erlebnisse im Schlaf nach → wichtig für Gedächtnisbildung
(Folie 37) Wie wirkt sich 8 Stunden Schlaf auf das prozedurale Gedächtnis aus?
• Deutliche Verbesserung des prozeduralen Gedächtnisses
(Beispiel: motorische Fertigkeiten, Musterlernen)
👉 Born, Rasch & Gais (2005): Schlaf fördert Lernleistung messbar
(Folie 38) Was untersuchten Schreiner & Rasch (2015) mit Wörterhören im Tiefschlaf?
• Tiefschlaf (SWS) nach Lernen von Wörtern
• Gruppe A: Wörter im Schlaf wiederholt vorgespielt
• Gruppe B: kein Wörterhören
👉 Ziel: Prüfung, ob Reaktivierung im Schlaf das Erinnern verstärkt
(Folie 39) Welches Ergebnis brachte das Wörterhören im Tiefschlaf?
• Deklarative Gedächtnisleistung (z. B. Vokabeln) verbesserte sich deutlich bei Wörterhören im SWS
• Ohne Wörterhören: geringere Erinnerungsleistung
100% = Anzahl erinnerter Wörter direkt nach dem Lernen (Vergleichswert)
→ Nach dem Schlaf: Hören > Nicht-Hören
(Folie 41) Warum untersuchten Born et al. (2006), ob die Zeit des Lernens & Schlafens eine Rolle spielt?
• Zwei Szenarien:
– Abends lernen (bis 23:00h) → ca. 3h Schlaf → Test
– Nachts lernen (bis 02:00h) → ca. 3h Schlaf → Test
👉 Ziel: Unterschiede zwischen früher und später Schlafzeit für die Gedächtnisleistung
(Folie 43) Welche Schlafphasen dominieren bei früher vs. später Schlafzeit?
• Frühe Schlafzeit → mehr Slow-Wave-Sleep (SWS)
• Späte Schlafzeit → mehr REM-Schlaf
(Folie 44) Welche Gedächtnisarten profitieren von SWS und REM?
• Deklaratives Gedächtnis (Fakten, Vokabeln) → profitiert von SWS (früher Schlaf)
• Prozedurales Gedächtnis (Fertigkeiten, Muster) → profitiert von REM (später Schlaf)
(Folie 45) Welche Rolle spielt der Hippocampus während SWS?
• Starker Austausch zwischen Hippocampus und Neocortex
• Besonders wichtig für deklarative Inhalte
• Schlafspindeln im SWS fördern diesen Informationsaustausch
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