Im Traumschlaf arbeitet das Gehirn fast so aktiv wie im Wachzustand, obwohl der Körper völlig entspannt ist. Messungen an Mäusen zeigen nun einen weiteren Widerspruch: Die Durchblutung des Gehirns steigt schon vor dem Traumschlaf stark an, doch die Nervenzellen verlieren in dieser Phase Energie. Forscher der Tohoku University in Japan sprechen von einem Energieparadox. Was die Nervenzellen in dieser Zeit so viel Energie kostet, ist eine der spannendsten offenen Fragen der Schlafforschung.
Der Schlaf verläuft in wiederkehrenden Zyklen aus verschiedenen Phasen. Auf den leichten und tiefen Schlaf, zusammengefasst als Non-REM-Schlaf, folgt beim Menschen mehrmals pro Nacht der REM-Schlaf. Die Abkürzung steht für Rapid Eye Movement, schnelle Augenbewegungen, die in dieser Phase hinter den geschlossenen Lidern auftreten. Der REM-Schlaf ist eng mit lebhaften Träumen verbunden und wird deshalb auch Traumschlaf genannt. Fachleute bezeichnen ihn zudem als paradoxen Schlaf, denn die Hirnströme ähneln denen im Wachzustand, während die Muskeln fast vollständig erschlaffen. Der Traumschlaf gilt als wichtig für das Gedächtnis und die Verarbeitung von Gefühlen. Wie das Gehirn in dieser Phase mit Energie versorgt wird, war bislang jedoch kaum untersucht. Dabei ist das Organ ein großer Verbraucher: Beim Menschen macht es nur etwa zwei Prozent des Körpergewichts aus, benötigt aber rund 20 Prozent der Energie.
Das Gehirn besitzt kaum eigene Energiereserven. Es ist darauf angewiesen, dass das Blut ständig Sauerstoff und Glukose heranführt. In den Zellen wird daraus Adenosintriphosphat gewonnen, kurz ATP, der universelle Energieträger aller Lebewesen. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Astrozyten, sternförmige Helferzellen, die zwischen Blutgefäßen und Nervenzellen sitzen. Sie nehmen Glukose aus dem Blut auf und wandeln sie unter anderem in Pyruvat um, ein Zwischenprodukt, das Nervenzellen zur Energiegewinnung nutzen können. Die gängige Annahme lautete bisher: Steigt die Durchblutung, bekommen die Nervenzellen mehr Treibstoff, und ihr Energievorrat wächst. Ein Team um den Doktoranden Yusuke Takahashi, die Assistenzprofessorin Yoko Ikoma und den Professor Ko Matsui von der Graduate School of Life Sciences der Tohoku University wollte das während des natürlichen Schlafs direkt überprüfen.
Die Wissenschaftler untersuchten Mäuse, die ungestört schliefen. Mit einem Verfahren der Fluoreszenzbildgebung konnten sie durch den Schädelknochen hindurch große Teile der Großhirnrinde beobachten. Blutgefäße erscheinen dabei als dunkle Schatten, deren Veränderung Rückschlüsse auf das lokale Blutvolumen zulässt. Zusätzlich setzten die Forscher leuchtende Sensoren ein, die in den Nervenzellen die Menge an ATP und in den Astrozyten die Menge an Pyruvat anzeigen. Elektroden am Schädel und an der Nackenmuskulatur verrieten, ob die Tiere wach waren, sich im Non-REM-Schlaf befanden oder im REM-Schlaf. So ließ sich die Energieversorgung des Gehirns sekundengenau mit den Schlafphasen vergleichen. Im Non-REM-Schlaf zeigte sich ein fein abgestimmtes System: Bestimmte Hirnwellen im sogenannten Theta-Bereich sagten Veränderungen des Blutvolumens etwa vier bis fünf Sekunden im Voraus vorher. Schnelle Durchblutungswellen liefen dabei in rund einer Sekunde von der Stirnseite zum Hinterkopf.
Beim Übergang in den Traumschlaf änderte sich das Bild grundlegend. Schon etwa 50 Sekunden bevor der REM-Schlaf nach den klassischen Kriterien überhaupt erkennbar war, begann das Blutvolumen im Gehirn anzusteigen. Der Anstieg setzte im hinteren Teil der Großhirnrinde ein und breitete sich innerhalb von etwa 15 bis 20 Sekunden nach vorn aus. Das Gehirn scheint sich also auf den Traumschlaf vorzubereiten, bevor er beginnt. Während des REM-Schlafs blieb die Durchblutung erhöht, und auch das Pyruvat in den Astrozyten nahm zu. Nach der bisherigen Vorstellung hätte nun auch das ATP in den Nervenzellen steigen müssen. Stattdessen sank es deutlich. Wie die Mitteilung der Tohoku University zusammenfasst, nehmen Blutvolumen und Pyruvat in den Astrozyten zu, während das ATP in den Nervenzellen abnimmt. Die Ergebnisse erschienen am 27. Juli 2026 in der Fachzeitschrift Communications Biology.
Warum die Energie der Nervenzellen trotz besserer Versorgung sinkt, lässt die Studie noch offen. Die Autoren halten mehrere Erklärungen für möglich. Die Nervenzellen könnten im Traumschlaf besonders viel ATP verbrauchen, etwa für die Umgestaltung von Synapsen, für den Austausch zwischen Hippocampus und Großhirnrinde oder für großräumige Umschaltungen in den Nervennetzen. All diese Prozesse gelten als wichtig für die Festigung von Erinnerungen und sind energieaufwendig. Denkbar ist aber auch, dass der Transport von Energieträgern aus den Astrozyten zu den Nervenzellen in dieser Phase gedrosselt wird, sodass der zusätzliche Treibstoff zwar im Gehirn ankommt, aber nicht dort, wo er gebraucht wird. Die Forscher betonen in einem Beitrag über die Hintergründe ihrer Studie ausdrücklich, dass ihre Ergebnisse nicht zeigen, dass Träumen müde macht. Sie belegen einen realen Stoffwechseleffekt, dessen Bedeutung erst noch verstanden werden muss.
Die Untersuchung wurde an Mäusen durchgeführt, und die eingesetzten Methoden lassen sich nicht ohne Weiteres auf Menschen übertragen. Mäuse schlafen in kurzen Episoden über den ganzen Tag verteilt, und ihre REM-Phasen dauern nur Minuten. Ob das Energieparadox beim Menschen genauso auftritt, muss daher erst mit anderen Verfahren überprüft werden. Dennoch liefert die Studie einen wichtigen Baustein für das Verständnis des Schlafs. Sie zeigt, dass der Traumschlaf nicht einfach ein Ruhezustand ist, in dem sich die Energiespeicher füllen, sondern eine Phase intensiver Stoffwechselarbeit, die das Gehirn sogar vorausschauend vorbereitet. Das passt zu Hinweisen, wonach der REM-Schlaf eng mit der Verarbeitung und Umgestaltung von Erinnerungen verknüpft ist. Wie empfindlich das Gedächtnis auf äußere Einflüsse reagiert, zeigte kürzlich auch eine Studie, nach der fehlerhafte KI-Zusammenfassungen falsche Erinnerungen erzeugen können. Wo die Energie der Nervenzellen im Traumschlaf bleibt, wollen die japanischen Forscher als Nächstes klären.