Zusammenfassung: Schlafmangel kann sich negativ auf das Gehen auswirken, insbesondere darauf, wie wir Schritt und Gang kontrollieren. Diejenigen, die unter Schlafmangel litten, zeigten weniger Kontrolle beim Gehen.

Quelle: MIT

Guter Schlaf kann schwer zu bekommen sein. Eine neue Studie zeigt jedoch, dass, wenn man den verlorenen Schlaf nachholen kann, und sei es nur für ein paar Stunden am Wochenende, die zusätzliche Nachtruhe dazu beitragen könnte, müdigkeitsbedingte Ungeschicklichkeit zu verringern, zumindest beim Gehen.

Es gibt zahlreiche Belege dafür, dass der Schlaf und die Menge, die wir davon bekommen, sich darauf auswirken kann, wie gut wir bei kognitiven Aufgaben wie dem Lösen eines mathematischen Problems, dem Führen eines Gesprächs oder sogar dem Lesen dieses Artikels abschneiden. Weniger erforscht ist die Frage, ob Schlaf die Art und Weise beeinflusst, wie wir gehen oder andere Tätigkeiten ausführen, von denen man annimmt, dass sie geistig weniger anstrengend sind.

Die neue Studie, die von Forschern des MIT und der Universität von São Paulo in Brasilien durchgeführt wurde, zeigt, dass Schlafmangel tatsächlich Auswirkungen auf das Gehen haben kann – insbesondere darauf, wie gut wir unseren Schritt kontrollieren können.

In Experimenten mit freiwilligen Studenten stellte das Team fest, dass die Studenten bei einem Laufbandtest umso weniger Kontrolle über ihren Gang hatten, je weniger Schlaf sie bekamen. Bei Studenten, die vor dem Test die Nacht durchgemacht hatten, sank die Gangkontrolle sogar noch weiter ab.

Interessanterweise schnitten diejenigen, die zwar nicht die ganze Nacht vor dem Test aufblieben, aber unter der Woche generell weniger gut schliefen, besser ab als diejenigen, die am Wochenende ausschliefen.

„Wissenschaftlich gesehen war es nicht klar, dass fast automatische Aktivitäten wie das Gehen durch Schlafmangel beeinflusst werden“, sagt Hermano Krebs, leitender Forscher in der Abteilung für Maschinenbau des MIT. „Wir haben auch festgestellt, dass die Kompensation des Schlafs eine wichtige Strategie sein könnte. Wenn zum Beispiel Menschen, die chronisch unter Schlafmangel leiden, wie Schichtarbeiter, Kliniker und einige Militärangehörige, einen regelmäßigen Schlafausgleich einbauen, könnten sie ihren Gang besser kontrollieren“.

Krebs und seine Koautoren, darunter der Hauptautor Arturo Forner-Cordero von der Universität von São Paulo, haben die Studie in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Einfluss des Gehirns

Das Gehen wurde früher als ein völlig automatischer Prozess angesehen, der nur wenig bewusste, kognitive Kontrolle erfordert. Tierexperimente mit einem Laufband legten nahe, dass das Gehen ein automatischer Prozess zu sein scheint, der hauptsächlich durch reflexive Aktivitäten der Wirbelsäule gesteuert wird und nicht durch kognitive Prozesse, an denen das Gehirn beteiligt ist.

„Dies ist bei Vierbeinern der Fall, aber beim Menschen war die Idee umstrittener“, sagt Krebs.

Tatsächlich haben Wissenschaftler, darunter auch Krebs, seit diesen Experimenten gezeigt, dass der Akt des Gehens etwas komplizierter ist als früher angenommen. In den letzten zehn Jahren hat Krebs die Gangsteuerung und die Mechanik des Gehens eingehend untersucht, um Strategien und Hilfsroboter für Patienten zu entwickeln, die einen Schlaganfall oder andere bewegungseinschränkende Krankheiten erlitten haben.

In früheren Experimenten hat er zum Beispiel gezeigt, dass gesunde Menschen ihren Gang an subtile Veränderungen visueller Reize anpassen können, ohne sich dessen bewusst zu sein. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass beim Gehen zusätzlich zu den automatischen Prozessen auch subtile, bewusste Einflüsse eine Rolle spielen.

Im Jahr 2013 begann er im Rahmen eines Stipendiums des MISTI-Programms des MIT-Brasilien eine Zusammenarbeit mit Forner-Cordero, und das Team begann zu erforschen, ob subtilere Reize, wie z. B. akustische Hinweise, das Gehen beeinflussen könnten. In diesen ersten Experimenten wurden Freiwillige gebeten, auf einem Laufband zu laufen, während die Forscher die Frequenz eines Metronoms spielten und langsam veränderten. Ohne es zu merken, passten die Probanden ihre Schritte an den sich subtil verändernden Takt an.

„Das deutet darauf hin, dass die Vorstellung, der Gang sei nur ein automatischer Prozess, nicht vollständig ist“, sagt Krebs. „Das Gehirn hat einen großen Einfluss.“

Schlaf und Gehen

Forner-Cordero und Krebs untersuchten weiterhin die Mechanik des Gehens und die allgemeine motorische Kontrolle, wobei sie meist freiwillige Studenten für ihre Experimente heranzogen. Vor allem Cordero bemerkte, dass die Studenten gegen Ende des Semesters, wenn mehrere Prüfungen und Projekttermine anstanden, unter Schlafentzug litten und bei den Experimenten des Teams schlechter abschnitten.

„Also beschlossen wir, die Situation anzunehmen“, sagt Forner-Cordero.

In ihrer neuen Studie ließ das Team Studenten der Universität von São Paulo an einem Experiment teilnehmen, das die Auswirkungen von Schlafentzug auf die Gangkontrolle untersuchte.i

Die Studenten erhielten jeweils eine Uhr, mit der sie ihre Aktivität über 14 Tage hinweg verfolgen konnten. Anhand dieser Informationen konnten die Forscher feststellen, wann und wie lange die Schüler täglich schliefen und aktiv waren. Den Studenten wurde nicht vorgeschrieben, wie viel sie schlafen sollten, so dass die Forscher ihre natürlichen Schlafgewohnheiten aufzeichnen konnten. Im Durchschnitt schlief jeder Schüler etwa sechs Stunden pro Tag, obwohl einige Schüler dies kompensierten, indem sie den Schlaf an den beiden Wochenenden während des 14-tägigen Zeitraums nachholten.

Am Abend vor dem 14. Tag blieb eine Gruppe von Studenten die ganze Nacht im Schlaflabor des Teams wach. Diese Gruppe wurde als Gruppe mit akutem Schlafentzug (Sleep Acute Deprivation, SAD) bezeichnet. Am Morgen des 14. Tages begaben sich alle Studenten in das Labor, um einen Gehtest durchzuführen.

Jeder Student lief auf einem Laufband mit der gleichen Geschwindigkeit, während die Forscher ein Metronom spielten. Die Studenten wurden gebeten, im Takt zu bleiben, während die Forscher die Geschwindigkeit des Metronoms langsam und subtil erhöhten und verringerten, ohne dies den Studenten mitzuteilen. Kameras zeichneten das Gehen der Studenten auf, insbesondere den Moment, in dem ihre Ferse das Laufband berührte, im Vergleich zum Takt des Metronoms.

„Sie mussten ihren Fersenauftritt mit dem Takt synchronisieren, und wir fanden heraus, dass die Fehler bei Personen mit akutem Schlafentzug größer waren“, sagt Forner-Cordero. „Sie kamen aus dem Rhythmus, verpassten Pieptöne und waren generell schlechter in ihrer Leistung.

Dies mag an sich nicht völlig überraschend sein. Doch beim Vergleich von Schülern, die vor dem Test keine Nacht durchgemacht hatten, fanden die Forscher einen unerwarteten Unterschied: Die Schüler, die etwas besser abschnitten, waren diejenigen, die dies kompensierten und an den Wochenenden etwas mehr Schlaf bekamen, selbst wenn sie den Test am Ende der Woche durchführten.

„Das ist paradox“, sagt Forner-Cordero. „Selbst auf dem Höhepunkt der Müdigkeit, wenn die meisten Menschen müde sind, schnitt diese kompensierende Gruppe besser ab, was wir nicht erwartet hatten.“

„Die Ergebnisse zeigen, dass der Gang kein automatischer Prozess ist und dass er durch Schlafentzug beeinflusst werden kann“, sagt Krebs. „Sie legen auch Strategien nahe, um die Auswirkungen des Schlafmangels zu mildern. Idealerweise sollte jeder acht Stunden pro Nacht schlafen. Aber wenn wir das nicht können, dann sollten wir so viel und so regelmäßig wie möglich kompensieren“.

Finanzierung: Diese Forschung wurde zum Teil vom Office of Naval Research Global unterstützt.

Über diese Schlafforschungsnachricht

Autorin: Abby Abazorius
Quelle: MIT
Kontakt: Abby Abazorius – MIT
Bild: Das Bild ist öffentlich zugänglich

Ursprüngliche Forschung: Offener Zugang.
„Schlafentzug beeinflusst die Gangkontrolle“ von Guilherme S. Umemura, João Pedro Pinho, Jacques Duysens, Hermano Igo Krebs & Arturo Forner-Cordero. Wissenschaftliche Berichte

Zusammenfassung

Schlafentzug beeinflusst die Gangkontrolle

Unterschiedliche Grade von Schlafmangel beeinflussen die menschliche Leistung in vielerlei Hinsicht. Es ist jedoch unklar, wie Schlafentzug die Gangkontrolle beeinflusst.

Wir wendeten ein Gangparadigma an, das unterschwellige Rhythmusänderungen beinhaltete, um die Auswirkungen verschiedener Schlafentzugsniveaus (akut, chronisch und Kontrolle) auf die Leistung zu analysieren.

Die Gruppe mit akutem Schlafentzug (eine Nacht) zeigte eine beeinträchtigte Leistung im sensomotorischen Synchronisations-Gangprotokoll, wie z. B. eine Verringerung des Periodenfehlers zwischen den Tritten und dem auditorischen Reiz sowie ein häufigeres Verpassen der auditiven Hinweise.

Die Gruppe mit chronischer Schlafeinschränkung schnitt im Vergleich zur Kontrollgruppe ebenfalls schlechter ab und neigte zu einem späten Fußtritt in Bezug auf den RAC-Ton. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass teilweiser oder vollständiger Schlafentzug zu einem Leistungsabfall bei der sensomotorischen Kontrolle des Gangs führt.

Die bessere Leistung der chronischen Schlafgruppe im Vergleich zur akuten Gruppe deutet darauf hin, dass es einen Kompensationsmechanismus gibt, der zur Verbesserung der motorischen Leistung beiträgt.

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