Biologische Rhythmen

Bereits Ende des 18. und zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurden tageszeitabhängige Veränderungen der Pulsfrequenz und der Körpertemperatur beschrieben. 1814 prägte der Mediziner Virey den Begriff der "inneren Uhr". Heute weiß man, dass alle Lebewesen, vom Einzeller bis zum Menschen, und deren Organisationsebenen, vom subzellulären Niveau bis zu komplexen Organsystemen, Rhythmen unterliegen. Dabei umfasst der Periodenbereich biologischer Rhythmen Bruchteile von Sekunden bis zu Jahren.

Die biologische Uhr mit ihrem Schlaf-Wach-Rhythmus tickt nicht wie unsere äußeren Uhren. Sie ist tief verankert in den 24-Stunden-Lauf der Sonne, den Wechsel zwischen Tag und Nacht sowie Hell und Dunkel. Wissenschaftler warnen deshalb vor den negativen Folgen vor Nachtarbeit. Schichtarbeit beeinträchtigt die Gesundheit und erhöht die Unfallgefahr. Um die „innere Uhr" zu beeinflussen, kamen Forscher auf die Idee, den Lichteinfall zu manipulieren: Etwa durch das Ausruhen in abgedunkelten Räumen oder die kontrollierte Vermeidung des Lichteinfalls - zum Beispiel durch eine dunkle Brille. So wird eine Brille für die Regulierung unserer inneren Uhr eingesetzt. Auch Vielflieger nutzen diesen Effekt. Der Leser kennt das sicherlich: Urlaub in einem fernen Land, der Langstreckenflug zurück und schon haben sich die meisten Menschen einen handfesten Jetlag eingefangen. Man leidet jämmerlich unter der Zeitverschiebung. Um sich und seinen Körper wieder in den alltäglichen Rhythmus des Heimatlandes zurückzubringen, kann man auf eine Schlafbrille zurückgreifen. Dadurch wird das Licht abgewehrt, man findet leichter in den Schlaf zur richtigen Nachtzeit zurück. Die bequeme Schlafbrille hilft, sich schneller wieder in seinen Alltag zurückzufinden. Ein geregelter Tag-und-Nacht-Rhythmus ist wichtig für die Leistungsfähigkeit. Während die Japaner längst erkannt haben, dass ein Viertelstündchen Tagesschlaf die Mitarbeiter erfrischen und sie dadurch die Produktivität steigern können, wird hierzulande eine solche Möglichkeit des Ausruhens noch belächelt. Dabei propagieren Forscher, dass wenig Schlaf nicht nur krank mache, sondern auch dumm.

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Link: Fragebogen zum Chronotyp (D-MEQ)

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Die evolutionäre Sicht auf den Biorhythmus

Seit vor mehr als einer Milliarde Jahren einzellige Organismen den inneren Taktgeber erfanden, hat die Evolution unterschiedlichste innere Uhren in fast jedem Organ hervorgebracht. Zwar merkt man allen Taktgebern noch deutlich an, dass sie einen gemeinsamen Ursprung haben, aber sie besitzen trotz ähnlicher Aufgaben nur noch wenige gemeinsame Bestandteile. Dennoch laufen alle Chronometer im Körper synchron, da es eine Art Zeitzentrale gibt: Es ist eine reiskorngroße Struktur im Gehirn und befindet sich etwa auf der Höhe der Nasenwurzel hinter den Augen über der x-förmigen Kreuzung der beiden Sehnerven, der suprachiasmatische Nucleus oder Nucleus supra-opticus. Vom diesem Kern führen Nervenstränge zur Zirbeldrüse, wo unter anderem das Schlafhormon Melatonin gebildet wird. Entsprechend dirigiert der suprachiasmatische Nucleus den Schlafrhythmus und in der Folge die vielfältige Biorhythmen des Körpers.

Wenn man den Morgen als Ausgangspunkt nimmt, beginnt der suprachiasmatische Nucleus den Reigen, indem er gegen sechs Uhr am Morgen den Melatoninspiegel im Blut senkt. In der Folge steigen Blutdruck, Puls und Körpertemperatur. Die Reaktionsfähigkeit nimmt zu und gegen sieben Uhr wird der Körper mit aktivierenden Sexualhormonen überschwemmt. Gegen Mittag ist der Körper optimal mit Sauerstoff versorgt, da um diese Zeit die Konzentration an roten Blutkörperchen am höchsten ist. Am Nachmittag ist die Atemfrequenz am höchsten, die Griffkraft am stärksten und die Reflexe sind schneller als sonst. Um 16 Uhr erreichen Körpertemperatur, Blutdruck und Puls ihren höchsten Stand. Gegen 18 Uhr scheint der Körper aber nach der Arbeit des Tages mit der Regeneration beginnen zu wollen - zumindest ist um diese Zeit der Harnfluss am stärksten. Zur Nacht hin steigt allmählich die Schmerzempfindlichkeit und etwa zwei Stunden bevor wir einschlafen gibt der suprachiasmatische Nucleus der Zirbeldrüse den Befehl, den Melatoninspiegel wieder anzuheben.

Man unterscheidet folgende Rhythmen:

• circadianer Rhythmus z.B. Temperatur, Schlaf-Wach-Rhythmus, Serotoninproduktion. Dies bedeutet, dass nach einem Tag der gleiche Zustand wieder erreicht wird.
• ultradianer Rhythmus z.B. nach 90 Minuten ist der gleiche Zustand wieder erreicht.
• infradianer Rhythmus wie Monats- oder Jahresrhythmen wie bei der Periode.

Die Biorhythmen sind intraindividuell konstant, können aber interindividuell variieren z.B. die Körpertemperatur. Jeder Mensch hat zu einer anderen Zeit die höchste Temperatur. Die Variabilität kann bis zu einer Stunde betragen. Es gibt bei Tieren die Morgentypen wie die Lerche, die am Morgen die höchste Temperatur aufweisen und Abendtypen wie die Eule, die abends die höchste Temperatur aufweist. Biorhythmen werden nicht nur über endogene, sondern auch exogene Zeitgeber beeinflußt.

Bei Versuchspersonen , die ohne äußere Zeitgeber wie Licht oder andere Hinweisreize in einem Bunker eingeschlossen wurden, betrug der Schlaf-Wach-Rhythmus 26 Stunden. In einem weiteren Experiment betrug der Schlaf-Wach-Rhythmus am 15. Tag ohne Zeitgeber sogar 33.4 Stunden. Der Temperaturrhythmus beträgt zwischen 23 und 27 Stunden. Die motorische Aktivität hat einen Zyklus von 20 bis 32 Stunden. Die höchste Temperatur wurde kurz vor dem Aufstehen erhoben. Mit Zeitgeber sind beide Rhythmen synchron und die höchste Temperatur ist abends vor dem Einschlafen zu beobachten. Innerhalb dieser Grenzen kann eine Anpassung an exogene Zeitgeber stattfinden.

Bis vor wenigen Jahrzehnten ging man noch davon aus, dass es nicht der Wechsel von Hell und Dunkel sein könnte, der den Gang der inneren Taktgeber bestimmt. Man hatte nämlich beobachtet, dass die innere Uhr von Blinden weitgehend synchron mit der aller anderen Menschen läuft. In den sechziger Jahren machte man jedoch eine überraschende Entdeckung: Blinde Menschen, die aus kosmetischen Gründen für ihre scheinbar funktionslos gewordenen Augen Glaskörper erhielten, verloren ihren gewohnten Tagesrhythmus. Sie behielten zwar weitgehend einen normalen Wechsel von Schlaf- und Wachphasen bei, insgesamt wurde ihr Tag meist jedoch etwas länger als 24 Stunden. Ihre innere Uhr war "freilaufend", wie Chronobiologen sagen: Sie lief jeden Tag um einen bestimmten Minutenbetrag falsch ohne auf die richtige Zeit zurückgestellt zu werden.

Porcu et al. (2022) untersuchten an Mäusen, wie sich das Tageslicht auf den Körper und den zirkadianen Rhythmus auswirkt, um die Mechanismen zu erforschen, die durch das Tageslicht im Gehirn beeinflusst werden. Sie konzentrierten sich dabei auf bestimmte Hirnregionen der Mäuse, wie den suprachiasmatischen Kern, der bei Säugetieren für die innere Uhr zuständig ist, und den paraventrikulären Kern, der dafür verantwortlich ist, wie das Gehirn auf Stress reagiert und die Stimmung reguliert. Bei den Mäusen simulierten sie im Labor den Sommer- und Winterrhythmus des Tageslichts, wie er in einigen nordischen Regionen üblich ist. Eine Gruppe von Mäusen war 15 Tage lang fünf Stunden Tageslicht und 19 Stunden Dunkelheit ausgesetzt, während es bei einer zweiten Gruppe von Mäusen genau umgekehrt war. Nach den Sommertagen wurden die Neuronen im Gehirn der Mäuse angeregt, mehr vasoaktives intestinales Peptid zu produzieren, während unter den Winterbedingungen das Pepsin Neuromedin S. produziert wurde. Man hatte die Käfige der Mäuse mit Laufrädern ausgestattet, um ihre tägliche Aktivität zu überprüfen. Die Mäuse, die bekanntermaßen nachtaktiv sind, waren aktiver, wenn sie weniger Tageslicht hatten, begannen früher zu laufen und hielten länger durch als die Mäuse der anderen Gruppe. Beim Menschen ist es natürlich umgekehrt, denn diese sind an längeren Tagen aktiver.

Schlaf und Biorhythmen

Eine Vielzahl psychischer und physischer Meßgrößen verändert sich rhythmisch. Vertraute Beispiele sind Puls und Atmung, die Veränderung der Körpertemperatur im Lauf des Tages oder der Menstruationszyklus der Frau. Das Spektrum rhythmischer Funktionen im Menschen umfaßt etwa eine Millisekunde bis zu einem Jahr. Die höchstfrequenten rhythmischen Vorgänge finden sich im Nervensystem, langsamere Rhythmen kennzeichnen Stoffwechselprozesse.

Manche Rhythmen beziehen sich nur auf einzelne Organe oder Zellen, andere betreffen den ganzen Organismus. Einige dieser Rhythmen sind unabhängig von periodischen Abläufen in der Umwelt, andere stimmen mit äußeren Zyklen überein. Es sind dies die Gezeiten, die Tageszeiten, die Mondphasen und die Jahreszeiten. Gezeiten- und mondsynchrone Rhythmen finden sich vor allem bei Meeresbewohnern, wohingegen beim Menschen die tages- und jahreszeitlichen Zyklen bedeutsamer sind.

Die unmweltsynchronen Rhythmen sind nicht ausschließlich Reaktionen auf Veränderungen in der Umwelt. Sie beruhen vielmehr meist auf "inneren Uhren" im Organismus selbst. So bleibt beim Menschen z. B. die Tagesperiodik auch dann erhalten, wenn er vollständig von Umwelteinflüssen abgeschirmt wird. Der Rhythmus schwankt dann um einen Mittelwert von 24 Stunden, dauert also ungefähr einen Tag. Daher der Name "circadian" für diesen Zyklus. Der menschliche Körper besteht aus rund hundert Billionen Zellen. Ihre Zusammenarbeit wird durch Schrittmacher geregelt. Bei guter Gesundheit kann die Koordination der zahllosen Schrittmacher so vollkommen sein, dass der Mensch nur eine einzige "innere Uhr" zu haben scheint.

Bei gesunden Menschen befinden sich die verschiedenen zirkadianen Rhythmen in Einklang und harmonieren im Zusammenspiel wie die Musiker eines Orchesters. Die Körpertemperatur steigt z. B. am Ende der nächtlichen Schlafphase bis kurz vor dem Aufwachen deutlich an. Dadurch entsteht ein Gefühl der Wachheit am frühen Morgen. Abends nimmt dagegen die Körpertemperatur ab und bereitet somit den Organismus auf den Schlaf vor. Auch zwischen 14 und 16 Uhr findet bei den meisten Menschen ein Rückgang der Körpertemperatur statt, was die Tatsache erklärt, dass gerade am Nachmittag Müdigkeitserscheinungen häufig auftreten. Obwohl der endgültige Nachweis über den Einfluß der Körpertemperatur auf den Schlaf noch nicht erbracht ist, scheint doch ein enger Zusammenhang zwischen beiden zu bestehen.

Solche hythmischen Prozesse im menschlichen Organismus werden von der Medizin zunehmend ernster genommen. So wird z. B. versucht, die Wirkung von Medikamenten zu steigern und Nebenwirkungen zu verringern, indem man die cirkadiane Rhythmik der Empfindlichkeit für diese Substanzen berücksichtigt.

Es gibt Hinweise darauf, dass ein schlechter Schlaf mit einem kardiovaskulären Risiko verbunden ist, wobei sich die Forschung in diesem Bereich jedoch häufig auf erinnerungsabhängige Fragebögen oder Tagebücher stützt. In einer Studie von Nikbakhtian et al. (2021) wurde der Zusammenhang zwischen dem mit einem am Handgelenk getragenen Beschleunigungsmesser ermittelten Zeitpunkt des Einschlafens und kardiovaskulären Erkrankungen untersucht. TeilnehmerInnen der UK Biobank wurden dabei über einen Zeitraum von sieben Tagen mit Beschleunigungsmessern untersucht, um den Zeitpunkt des Einschlafens und Aufwachens zu ermitteln. Auf dieser Grundlage untersuchte man den Zusammenhang zwischen dem Zeitpunkt des Schlafbeginns und der Häufigkeit von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Am geringsten war das Auftreten eines Herz-Kreislauf-Leidens bei jenen StudienteilnehmerInnen, die regelmäßig zwischen 22:00 Uhr und 23:00 Uhr ins Bett gingen, während eine Schlafenszeit erst ab Mitternacht hingegen ein um 25 Prozent höheres Risiko für eine Herz-Kreislauf-Erkrankung bedeutete, wobei schon bei einem Zeitraum zwischen 23:00 Uhr und 24:00 Uhr das Risiko um zwölf Prozent höher lag. Regelmäßig Bettruhe vor 22:00 Uhr war aber ebenfalls mit einer um 24 Prozent höheren Herz-Kreislauf-Gefährdung verbunden, wobei Frauen insgesamt deutlich mehr durch spätere Schlafenszeit gefährdet waren als Männer. Durch das Einschlafen ab 24:00 Uhr kommt es möglicherweise zu einem längeren Schlafen in der Früh, und dadurch das Morgenlicht nicht zu sehen ist, das die innere Uhr des Körpers steuert.

Jüngst hat man am Mausmodell eine spezielle Zellgruppe im Gehirn identifiziert, die für Verschiebungen des Schlaf-Wach-Rhythmus durch Psychostimulanzien (betroffen waren dabei Dopamin-Rezeptoren) verantwortlich ist. Man fand eine molekular genau definierte Zellpopulation des Hypothalamus, die durch ihre Aktivität den Effekt der Psychostimulanzien reguliert, wobei diese vermutlich einen zentralen Steuerungspunkt im neuronalen Schaltkreis darstellt, der die Kontrolle des zirkadianen Rhythmus im Gehirn bestimmt. Dadurch können Psychostimulanzien auch während Schlafperioden eine Steigerung von Wachsamkeit und Aktivität bewirken.

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Übrigens: Die Mondphasen haben keinen Einfluss auf Schlaf

Wer nachts nicht schlafen kann, sollte das nicht auf den Erdtrabanten schieben, denn zahlreiche Untersuchungen belegen, dass es keinen Zusammenhang zwischen Schlaflosigkeit und Vollmond gibt. Österreichische Schlafforscher haben in einer Studie Testpersonen über einen Zeitraum von sechs Jahren ein Schlaftagebuch führen lassen, mit dem Ergebnis, dass es keinen Zusammenhang zwischen Mondphase und Schlaf gibt.
Quelle: OÖN vom Montag, 23. August 2010

Innere Rhythmen

Es gibt sogenannte Master-clocks, die an der Rhythmusregulation beteiligt sind. Der 24 Stunden Schlaf-Wach-Rhythmus wird über den Nucleus supra-opticus und die Epiphyse reguliert.

Die Epiphyse liegt im Mittelhirn und produziert über einige Zwischenstufen Serotonin (ein Neurotransmitter des ZNS, kommt aber auch im Magen-Darm-Trakt und in den Blutplättchen vor) und aus diesem dann Melatonin (Hormon der Zirbeldrüse, welches eine Hautaufhellung bewirkt) gebildet. Die Epiphyse ist das zentrale Regulationsorgan für die Synchronisation des 24-Std.-Rhythmus (circadiane Periodik).

Bei Spatzen führte die Entfernung der Epiphyse dazu, dass die Tiere einen Verlust des circadianen Rhythmus aufwiesen. Bei Verabreichung von Melatonin kam es auch zu einer Daueraktivität bei Dunkelheit. Die mutmaßliche Wirkung besteht darin, dass aus dem Enzym N-Acetyltransferase der Umbau von Serotonin in Melatonin erfolgt. In der Dunkelphase beträgt das Maximum von N-Acetyltransferase das 30- bis 70-fache im Vergleich zu einer Hellphase. Dies bedeutet, dass in der Dunkelphase große Mengen von Melatonin gebildet und die Serotonindepots geleert werden. Licht ist im Stande die N-Acetyltransferase-Aktivität schlagartig zu blockieren.

Allerdings arbeitet die Epiphyse nicht vollständig selbständig, sondern wird durch den Nucleus supra-opticus beeinflußt. Der Nucleus supra-opticus erhält Kollaterale von optischen Fasern, d.h., bei Licht werden die Verbindungen von Retina und Nucleus supra-opticus gereizt. Von da aus geht der Reiz über das Ganglion (Nervenknoten) cervicale superior zur Epiphyse.

Bei Mäusen ist die 24-Stunden-Periodik ererbt, denn nach 5 Generationen, die im Dunkeln aufgewachsen sind, zeigen die Mäuse noch eine 24-Stunden-Periodik. Beim Menschen verändert sich der Rhythmus. Der Säugling hat erst eine freilaufende Periodik und schläft 16 bis 17 Stunden am Tage. Ab der 20. Woche wird der Rhythmus mit dem elterlichen Rhythmus synchronisiert. Es werden Reifungsprozesse für die Entwicklung des Schlaf-Wach-Rhythmus angenommen. Exogene Faktoren wie regelmäßiges Füttern kann die Rhythmizität ebenfalls günstig beeinflussen.

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Übrigens: Da in vielen Ländern das Krähen eines Hahnes als Symbol für den Tagesanbruchs gilt, wurde nun in Japan von Shimmura & Yoshimura (Nagoya University) untersucht, wann die Hähne krähen, wenn sie unterschiedlichen Lichtbedingungen ausgesetzt sind. Bei einem zwölfstündigen Wechsel zwischen hellem und gedämpften Licht, das den natürlichen Unterschied zwischen Tag und Nacht imitierte, krähten die Hähne regelmäßig etwa zwei Stunden vor Sonnenaufgang. Hieltman die Hähne 24 Stunden im Dämmerlicht, krähten sie weiterhin zur gewohnten Zeit. Daraus kann geschlossen werden, dass das Krähen durch eine innere Uhr und nicht durch äußere Reize gesteuert wird. Auch das Krähen, wenn Hähne das Krähen eines Artgenossen hören, hängt als reizinduzierte Krähen von der inneren Uhr ab, denn es funktioniert vor allem in den Morgenstunden.

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Der Hirnforscher David Berson (Brown-Universität, Providence, US) entdeckte, dass sich neben den bekannten Zapfen- und Stäbchenzellen im Auge, die für das Schwarzweiß- und Farbsehen verantwortlich sind, eine dritte Art von Sehzellen befindet. Die Zellen entdeckte er, als er mit sorgfältigen Analysen den Weg von Nervensträngen vom suprachiasmatische Nucleus zurück zur Netzhaut der Augen verfolgte. Die Zellen sehen aus wie das weit verzweigte Blätterdach eines alten Baumes und verändern ihre Aktivität mit Auf- und Untergang der Sonne. Damit wären sie optimal geeignet, um den Takt des suprachiasmatische Nucleus nach dem Lauf der Sonne auszurichten. Diese speziellen Zellen in den Augen synchronisieren anhand des vorhandenen Lichts die innere Uhr mit der tatsächlichen Tageszeit. Allerdings reagieren die neu entdeckten Netzhautzellen, die bei Ratten und Mäusen untersucht wurden, normalerweise gar nicht auf einfallendes Licht, sondern erst dann, wenn sie über das Pigment "Melanopsin" verfügen.

Der suprachiasmatische Nucleus ist jedoch keine Sonnenuhr - der Kern braucht die Sonne nur, um den eigenen Taktgeber zu eichen. Derzeit arbeiten Forscher daran, den Mechanismus dieses Taktgebers im Detail zu entschlüsseln. Offenbar funktioniert er, indem sich Gene und Proteine gegenseitig immer wieder aktivieren und deaktivieren. Einige Proteine sind am Tage aktiv, andere in der Nacht. Ohne Einfluß der Sonne verlangsamt sich der Wechsel jedoch etwas, in der Regel um eine Stunde pro Tag.

Im letzten Jahr fand Urs Albrecht vom Hannoveraner Max-Planck-Institut zusammen mit amerikanischen Kollegen aus Huston heraus, wie die Gene im suprachiasmatische Nucleus ihren Rhythmus mit dem Gang der Sonne abgleichen. Zwei Varianten eines Gens mit dem englischen Namen "Period" spielen dabei die Hauptrolle. So sorgt etwa die Genvariante "Period1", dass die innere Uhr ein wenig nach vorn gestellt wird, während die Variante "Period2" die Uhr zurückstellt. Signalstoffe im Blut und die Schwankungen des Stoffwechseln sorgen dann dafür, dass auch die anderen Uhren im Körper dem vom suprachiasmatische Nucleus vorgegebenen Rhythmus folgen.

Musik und die Beziehungen zwischen den biologische Rhythmen

Das Spektrum rhythmischer Funktionen im Menschen umfaßt etwa eine Millisekunde bis zu einem Jahr. Die höchstfrequenten rhythmischen Vorgänge finden sich im Nervensystem, langsamere Rhythmen kennzeichnen Stoffwechselprozesse. Die Rhythmen des Stoffwechsels stehen untereinander in ganzzahligen Frequenzbeziehungen, so wie die Töne in der Musik. So steht z. B. der Rhythmus der Magenperistaltik zum Grundrhythmus der Magenmuskulatur im Frequenzverhältnis 3:1. Die Atmungs- und Kreislaufrhythmen unterliegen zwar einer großen Variabilität, die "Gipfel als statistische Vorzugsfrequenzen bzw. Frequenznormen" bilden jedoch ganzzahlige, also harmonische Verhältnisse.

Die harmonische Ordnung ist aber gegenüber Leistungsanforderungen an die Funktionen sehr labil und muß in Ruhe und Erholung immer wieder regeneriert werden. Dies geschieht am stärksten im Nachtschlaf. Nach einigen Stunden Nachruhe synchronisieren sich Herz- und Atemrhythmus in einem Verhältnis von 4:1. Diese Harmonisierung kann auch durch therapeutische Maßnahmen angeregt werden. Krankheiten sind nicht selten mit Störungen der harmonischen Beziehungen zwischen verschiedenen organischen Parametern verbunden. So ist z. B. bei Patienten mit funktionellen Herz- und Kreislaufstörungen ohne organischen Befund ein völliges Fehlen der ganzzahligen harmonischen Abstimmung zwischen Herzrhythmus und Arterienschwingung festzustellen.

Atmungs- und Pulsrhythmus stehen in enger Beziehung zum musikalischen Erleben. Generell gilt, dass die Grundelemente des Musikalischen zugleich Funktions- und Organisationsprinzipien der Zeitstrukturen im Menschen sind. Man vermutet in der Zeitstruktur des Menschen eine orchesterähnliche Organisation. Dabei entsprechen die Rhythmen des Informationssystems mit ihren gleitenden Frequenzmodulationen den obertonarmen Holzbläsern; die komplexen Stoffwechselrhythmen mit ihren vorgegebenen harmonischen Frequenzbanden den obertonreichen Blechbläsern und Schlaginstrumenten; die in der Klangfarbe sehr wandelbaren Saiteninstrumente den Atmungs- und Kreislaufrhythmen. Unter Obertönen versteht man die zugleich mit dem Grundton, d. )h. mit dem tiefsten Ton eines Tongemischs (z. ) B. eines Klangs) auftretenden Töne höherer Frequenzen. Sind die Frequenzen der Obertöne ganzzahlige Vielfache der Frequenz des Grundtones, dann spricht man von harmonischen Obertönen.

Rhythmische Ordnungen finden sich auch bei Krankheitsverläufen. Bei der Malaria kommt das Fieber entweder jeden dritten oder jeden vierten Tag. Die periodischen Schüttelfröste und Fieberanfälle werden durch den Lebenszyklus eines einzelligen Blutparasiten, des sogenannten Plasmodiums, verursacht, das sich jeden dritten oder vierten Tag vermehrt, konnte. Auch endogene Psychosen - am meisten die 'phasischen' - haben konzise Gestalten ihres Ganges in der Zeit, quasi wie Sonne und Mond. Grundlage dieser psychischen Störungen ist ein fehlgeordnetes Zeitverhalten des Stimmungs-/Antriebssystems.

Bisher gibt es allerdings kaum fundierte experimentellen Beweise für die Vermutung, dass die Zeitstruktur des Menschen durch musikalische Anregungen beeinflußt werden kann. Die musikphysiologischen Erkenntnisse beschränken sich weitgehend auf Meßgrößen wie Aufmerksamkeit, Beruhigung, Schmerzlinderung usw.. In einer Studie zur Schichtarbeit bei Krankenschwestern zeigte sich eine positive Beeinflussung circadianer Rhythmen durch Musiktherapie. Es gelang auch der Nachweis, dass Musik kardiovaskuläre Funktionen zu normalisieren vermag. Zudem konnte der Alpha-Rhythmus des Gehirns gesteigert werden. Die besten Ergebnisse wurden bei einer Kombination von Musik- und Farb-Expositionen erzielt. So wurden Kinder zwischen sieben und siebzehn Jahren, die unter Aufmerksamkeitsstörung (Attention Deficit Disorder, ADD) litten, mit Musikstücken von Mozart behandelt. Dabei wurden die Gehirnwellen der Kinder aufgezeichnet. Die Musik Mozarts normalisierte bei diesen Kindern die Aktivität der Theta-Gehirnwellen. Diese sind bei Kindern mit ADD häufig gestört. Dabei paßten sich die Theta-Wellen dem Rhythmus der Musik an. Die Musik half den Patienten, den Brennpunkt ihrer Aufmerksamkeit und ihre Stimmung besser zu kontrollieren; sie verringerte Impulsivität und verbesserte die sozialen Fertigkeiten. Bei 70 Prozent der Kinder hielten diese Wirkungen auch sechs Monate nach Beendigung der Behandlung ohne weiteres Training an.

Weitere Forschungen zeigen, dass klassische Musik, und hier insbesondere die Werke Mozarts, die Lernfähigkeit steigern können. Man führt diese Resultate vor allem auf die heilenden Wirkungen anspruchsvoller Musik auf die Schläfenlappen zurück. Die Schläfen-, bzw. Temporallappen spielen die Hauptrolle bei der gesamten auditorischen Wahrnehmung, bei bestimmten Aspekten der visuellen Wahrnehmung auf einer höheren Stufe und bei der Sprachrezeption, außerdem leisten sie einen wichtigen Beitrag zum affektiven, emotionalen und persönlichen Erleben. Störungen insbesondere des linken Schläfenlappens können zu Wutausbrüchen, schnellen Stimmungsschwankungen, Gedächtnisstörungen und Lernproblemen führen. Demgegenüber kann eine Harmonisierung dieses Hirnbereichs zur der Erfahrung eines tiefen inneren Friedens führen. 

Patrick Lensing vom Landesschulrat Oberösterreich untersuchte, ob das Anhören von Mozarts Klaviermusik den höheren Hirnfunktionen dient. Die Harmonielehre in der Musik scheint nämlich eine Bedeutung für ein "Oktavieren" der Himwellen zu haben, um die zentralnervöse Koordinierung parallel durchgeführter Handlungen zu veranschaulichen (Glassman, 1999). In einer EEG-Studie gelang es zu zeigen, dass Mozartmusik in der links-frontopolaren Region langsame Hirnwellen (Theta 4-6 Hz, Alpha 8-10 Hz) verstärkt und eine schnelle Hirnwelle (Beta 19-21 Hz) dabei abschwächt. Diese EEG-Verlangsamung (sowohl das Harmonieverhältnis von 1:4 zwischen Theta- and BetaFrequenz als auch der Theta/Alpha Oktavfrequenzbereich) korreliert mit übungsbedingter Veränderung der strategischen Arbeitsgeschwindigkeit. Allgemein wird spekuliert, dass Mozartmusik ein Konfliktlösungssystem im anterioren Cingulum unterstützt. wo frontopolare Thetaaktivität erzeugt wird. Dabei wird eine lustvolle Optimierung des Arbeitsgedächtnisses erzielt. Dementsprechend ist harmonische Musik dazu geeignet, Blockaden des Arbeitsgedächtnisses abzuschwächen und lustbetonte Kreativität bei Koordinierung gleichzeitiger Handlungen zu verstärken.

Die Neurowissenschaft hat sich übrigens auch mit dem Orgasmus beschäftigt, der vielen Menschen als das höchste der Gefühle gilt. Adam Safron stellte fest, dass es vermutlich der Rhythmus bei der Sexualität ist, der im Gehirn die entscheidende Rolle spielt. Safron geht davon aus, dass rhythmische sexuelle Stimulation für einen Prozess im Gehirn verantwortlich ist, der als neural entrainment (neuronale Aufladung) bezeichnet wird. Durch diese Aufladung kann es bei intensiver und andauernder sexueller Stimulation dazu kommen, dass die Aufmerksamkeit so fokussiert wird, dass der Mensch in eine Art Trancezustand (sensory absorption) gelangt, der dann entscheidend für das Auslösen des Orgasmus ist. Synchronität ist wichtig für die Weitergaben von Signalen im Gehirn, weil Neuronen eher feuern, wenn sie in einem kleinen Zeitfenster mehrmals stimuliert werden. Andernfalls gehen die Signale im Rahmen eines generellen Mechanismus wieder zurück (Habituation), statt sich zu addieren. Daraus schließt Safron, dass rhythmische Aufladung der Hauptmechanismus ist, bei dem orgasmische Schwellenwerte überschritten werden. Dass könnte auch erklären, warum rhythmisches Tanzen und Musik schon immer Teil von menschlichem und tierischem Paarungsverhalten waren. Wenn der Rhythmus jedoch unterbrochen wird oder an einer ungünstigen Stelle wechselt, wird auch die neuronale Stimulation unterbrochen und der Orgasmus wird hinausgezögert.

Siehe dazu Chronobiologie - ist Musik belebend oder beruhigend?

Gezielte Steuerung der Gehirnfrequenzen durch transkranielle Wechselstromstimulation

Alpha-Wellen als der auffälligste menschliche Gehirnrhythmus könnte nach Gundlach et al. (2020) einen Mechanismus der funktionellen Hemmung zur Steuerung der neuronalen Verarbeitung widerspiegeln. Dieses Konzept wurde bisher vor allem aus lokalen Messungen der Hemmung abgeleitet, während groß angelegte Netzwerkmechanismen zur Steuerung des Informationsflusses weitgehend unbekannt sind. In dieser Arbeit untersuchte man Veränderungen der funktionellen Konnektivität auf der Ebene des gesamten Gehirns durch gleichzeitige transkranielle Wechselstromstimulation und funktioneller MRT im Ruhezustand bei Menschen.  Man hemmte für einige Minuten genau jenen Bereich, der den Tastsinn verarbeitet, indem man gezielt in dessen Rhythmus eingriff, wodurch das Gebiet vorübergehend weniger mit anderen Hirnregionen vernetzt war, also seine funktionelle Konnektivität sank und damit auch der Informationsaustausch mit anderen Hirnnetzwerken. Man hatte zuvor für jede Person den individuellen Hirnrhythmus bestimmt, der auftritt, wenn man eine Berührung wahrnimmt. Mit dieser persönlichen Frequenz konnte man dann mithilfe der transkraniellen Wechselstromstimulation sehr gezielt allein die anvisierten Hirnareale modulieren. Die Ergebnisse belegen, dass eine modulierte somatosensorische Alpha-Aktivität die Aktivität des gesamten Gehirns beeinflussen kann, indem sie primäre sensorische Bereiche von anderen an der sensorischen Verarbeitung beteiligten Knotenpunkten abkoppelt. Die gezielte Veränderung des Hirnrhythmus hielt zwar nur kurz an, denn sobald die Stimulation ausgeschaltet wird, verschwindet dieser Effekt wieder. Die Ergebnisse sind allerdings ein wesentlicher Schritt hin zu einer gezielten Therapie von Erkrankungen, die durch gestörte Hirnfunktionen hervorgerufen werden, denn eine gezielte Hirnstimulation könnte helfen, den Informationsfluss zu verbessern, zu lenken und, wenn nötig, abzuschwächen.

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Bei der Elektroenzelphalografie (EEG) zeichnen Elektroden an der Schädeloberfläche winzige Spannungsschwankungen auf, die durch Gehirnaktivität entstehen. Die gemessenen Frequenzen (in Hertz, Schwingungen pro Sekunde) teilt man in verschiedene "Bänder" ein: Delta- (1 bis 4 Hz) und Thetawellen (4 bis 8 Hz) sind typisch für traumlosen Tiefschlaf; Alphawellen (8 bis 13 Hz) und Betafrequenzen (13 bis 30 Hz) für entspannte beziehungsweise aufmerksame Wachzustände. Sie treten aber auch während des traumreichen REM-Schlafs auf. Gammawellen (> 30 Hz) zeigen das gleichzeitige Feuern weit verteilter Neuronenverbände an, etwa bei hoher Konzentration. EEG-Messungen sind zeitlich hoch, räumlich dagegen nur gering aufgelöst, so dass eine exakte Verortung der registrierten Aktivität mit dieser Methode nicht möglich ist. Dafür eignen sich bildgebende Verfahren wie die Tomographie.

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Geschäftemacherei mit Forschungsergebnissen

Solche Grundlagenforschungen werden in den Händen von Geschäftemachern dann zu Wundermethoden hochstilisiert. Das liest sich dann so in einem von einem skeptischen Interessierten an mich weitergeleiteten Angebot:

XY, alleine hiermit verdoppeln bis verfünffachen Sie Ihre Gedächtniskapazität

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Solche Formulierungen sind für den Eingeweihten so unterhaltsam wie ein Kabarettprogramm ;-)

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- Steigert die Entscheidungsfindung und Merkfähigkeit.
- Entfaltet Ihr Potenzial und hilft Ihnen, Ihre Ziele im Leben zu erreichen.

Als Jubiläum zur Neuverfassung des Vollpakets habe ich mich schliesslich entschieden das Gehirnwellen-Training als Bonus-Geschenk in das Vollpaket zu integrieren, weil es eine optimale Ergänzung ist.

Da es sich um ein eigenständiges und sehr hochwertiges Produkt handelt, habe ich mich entschieden diese Aktion auf 200 Exemplare zu begrenzen. Ebenso ist die Aktion zeitlich auf den 30.09.2009 14.00 Uhr beschränkt. Danach wird das Alpha-Gehirnwellentraining nur noch allein stehend gegen die Gebühr von €27.00 Euro erhältlich sein.

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Viele Grüsse,
X.Y.

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Die häufigste zirkadiane Rhythmusstörung wird durch den sogenannten Jet Lag verursacht, der bei Überschreitung verschiedener Zeitzonen entsteht. Bei Flügen, bei denen zahlreiche Breitengrade überflogen werden, kommt es zu dieser "Zeitverschiebung".

Siehe dazu im Detail Der Jet lag

Hormone und Gedächtnis

Dass der Hormonhaushalt Auswirkungen auf des Gedächtnis hat, kann man daran sehen, dass Frauen in den Wechseljahren häufig über Gedächtnisschwierigkeiten klagen. In einer Studie von Gail Greendale (Universität von Kalifornien) und ihren MitarbeiterInnen wurde das Lernvermögen (Wortgedächtnis, Arbeitsgedächtnis, Zeitspanne, in der Informationen verarbeitetet werden) von mehr als zweitausend Frauen in mehreren Phasen ihrer Wechseljahre überprüft und es zeigte sich, je unregelmäßiger die Menstruationsblutungen waren, desto größere Probleme traten beim Lernen auf. Kurz vor dem Ausbleiben der Regel funktionierte das Gedächtnis übrigens am schlechtesten. Nach der Menopause allerdings verbesserten sich die Gehirnleistungen der Frauen wieder.

Doch kein Licht in die Kniekehlen!

1998 berichteten Scott Campbell und Patricia Murphy (Cornell University), dass sich die innere Uhr von Probanden durch nächtliche Beleuchtung der Kniekehlen verstellen lasse. Dies könne gegen den Jet-lag eingesetzt werden. Kollegen grübelten damals, wie denn das Signal vom Knie ins Hirn kommen sollte. Nun erklären Harvard-Forscher diese Experimente für nicht reproduzierbar und mit methodischen Fehlern behaftet. So seien die Augen der Probanden ungenügend abgedeckt gewesen. Damit bleibt die Theorie aufrecht, dass bei Säugetieren die Photorezeptoren, die die innere Uhr im Gehirn stellen, ausschließlich in Zellen der Netzhaut sitzen. Über Stäbchen und Zapfen nimmt das menschliche Auge Lichtreize wahr und versorgt das Gehirn mit Informationen: über hell und dunkel und über Farben, doch sitzen in unserer Netzhaut noch weitere Zellen, die auf Licht empfindlich reagieren und eine wichtige Rolle für die Eichung der inneren Uhr spielen. Nach Mure et al. (2019) besitzen Menschen mindestens drei unterschiedliche Typen dieser Lichtsensoren, die eine wichtige Rolle für den menschlichen Schlaf-Wach-Rhythmus spielen. Diese reagieren unterschiedlich schnell auf Lichtreize, bleiben länger oder kürzer angeschaltet oder werden nur bei bestimmten Helligkeiten aktiv, wobei diese Lichtsensoren nicht nur mit dem Gehirn in Verbindung stehen, sondern sie arbeiten teilweise auch eng mit den anderen Zellen der Retina zusammen, wodurch sie den von den Stäbchen und Zapfen vermittelten Bildern ergänzende Informationen über Kontrast und Helligkeit hinzufügen. Das kann auch die Lichtempfindlichkeit der Ganglienzellen von manchen Blinden erklären, denn bei diesen passt sich trotz nicht funktionierender Zapfen und Stäbchen und somit de facto ohne Sehfähigkeit die innere Uhr der Betroffenen an den natürlichen Hell-Dunkel-Rhythmus an, d. h., diese Menschen müssen das Licht folglich irgendwie spüren.

Frühlingsgefühle

Untersuchungen zeigen, dass der menschliche Körper über eine Art Jahresrhythmus verfügt, der Menschen jedes Jahr unterbewusst informiert, dass der Frühling kommt. In der Frühlingszeit durchlebt der Mensch eine Hormonumstellung, die sich durch zunehmenden Tatendrang und Lebensfreude bemerkbar macht. Während der Wintermonate schüttet der Körper vermehrt das schlaffördernde Hormon Melatonin aus, sodass sich Menschen während der dunklen Jahreszeit häufig träge und antriebslos fühlen. Werden die Tage wie im Frühling wieder länger und lassen sich die ersten wärmenden Sonnenstrahlen blicken, bildet der Körper wieder mehr Serotonin und antreibende Hormone wie Adrenalin und Dopamin, die Menschen fühlen sich wacher und lebendiger, während gleichzeitig die Produktion des Schlafhormons Melatonin abnimmt. Studien zufolge hat der Frühling nach den langen und kalten Wintermonaten auch eine erholende Wirkung auf den menschlichen Körper, denn man nimmt eine optische Veränderung in der Natur wahr, die aus dem Winterschlaf erwacht und sich auf den Frühling vorbereitet. Kahle Baumkronen erhalten wieder ein grünes Blätterkleid, erste Blüten sprießen vorsichtig aus der Erde, morgens wird man nicht mehr nur von Wecker, sondern von zwitschernden Vögeln geweckt. All diese Veränderungen in der Natur haben den Effekt, dass Menschen sich aktiver fühlen und sich auch wie die Natur erneuern wollen. Sonne und Licht haben eine stimulierende Wirkung auf die Gemütslage, denn sonnige und warme Frühlingstage führen dazu, dass man sich wieder wohl in der eigenen Haut fühlt. Fast die Hälfte aller festen Beziehungen beginnen übrigens im Frühjahr, wobei das neben der stimulierenden Kleidung vor allem auch an der erhöhten Produktion des Sexualhormons Testosteron bei Männern liegt, denn auch die Ausschüttung dieses Hormons erfolgt zyklisch. Allerdings erscheinen Frühlingsgefühle bei jedem Menschen in anderer Ausprägung, denn einige Menschen verspüren nicht einen plötzlichen Tatendrang, sondern eine Frühjahrsmüdigkeit, wobei diese Trägheit durch heftige Temperaturschwankungen in den Frühjahrsmonaten bedingt ist, durch die der Körper überfordert ist.

Nach neuesten Untersuchungen (Meyer et al., 2016) mittels fMRI scheint neben dem Tagesrhythmus auch die Jahreszeit Auswirkungen auf kognitive Funktionen zu haben, denn die für Aufmerksamkeit zuständige Gehirnaktivität ist im Juni am höchsten und zur Wintersonnenwende am niedrigsten. Der menschliche Arbeitsspeicher hingegen ist im Herbst am aktivsten, im Frühling weniger.

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Literatur

Christelle Meyer, Vincenzo Muto, Mathieu Jaspar, Caroline Kussé, Erik Lambot, Sarah L. Chellappa, Christian Degueldre, Evelyne Balteau, André Luxen, Benita Middleton, Simon N. Archer, Fabienne Collette, Derk-Jan Dijk, Christophe Phillips, Pierre Maquet, and Gilles Vandewalle (2016). Seasonality in human cognitive brain responses. PNAS, 10.1073/pnas.1518129113.

Gundlach, Christopher, Müller, Matthias M., Hoff, Maike, Ragert, Patrick, Nierhaus, Till, Villringer, Arno & Sehm, Bernhard (2020). Reduction of somatosensory functional connectivity by transcranial alternating current stimulation at endogenous mu-frequency. NeuroImage, 221, doi:10.1016/j.neuroimage.2020.117175.

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Mure, Ludovic S., Vinberg, Frans, Hanneken, Anne & Panda, Satchidananda (2019). Functional diversity of human intrinsically photosensitive retinal ganglion cells. Science, 366, 1251-1255.

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Porcu, A., Nilsson, A., Booreddy, S., Barnes, S., Welsh, D.K. & Dulcis, D. (2022). Seasonal changes in day length induce multi-synaptic neurotransmitter switching to regulate hypothalamic network activity and behavior. Science Advances, doi:10.0.4.102/sciadv.abn9867

Shimmura, Tsuyoshi & Yoshimura, Takashi (2013). Circadian clock determines the timing of rooster crowing. Current Biology, 23, doi:10.1016/j.cub.2013.02.015.

Stangl, W. (2022, 12. Oktober). Verschiebung des Schlaf-Wach-Rhythmus durch Psychostimulanzien. Psychologie-News.
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Stangl, W. (2023, 29. September). Schichtarbeit und ihre Auswirkungen auf die kognitiven Funktionen – arbeitsblätter news.
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Bildquellen

http://www.uni-marburg.de/sleep/dgsm/rat/schlaf.jpg