Energieverbrauch
Das Gehirn beansprucht etwa 20 % des gesamten Energiehaushalts unseres Körpers. Gemäß dem American College of Neuropsychopharmacology erhält das Gehirn "15 % des Herzzeitvolumens, 20 % des gesamten Körpersauerstoffverbrauchs und 25 % der gesamten Körperzuckernutzung". Obwohl es vergleichsweise klein ist, verbraucht das Gehirn also eine unverhältnismäßig hohe Menge an Energie aus dem Körper.
Verbraucht das Gehirn weniger Energie, während man schläft?
In einer Welt der Nahrungsmittelknappheit, in der wir uns entwickelt haben, umgeben von wilden Tieren, ist es möglich, dass der Schlaf dazu beigetragen hat, Energie zu sparen, wenn es nicht geeignet war nach Nahrung zu suchen. Der gesamte Energiestoffwechsel ist im Schlaf bis zu 10 % niedriger.
Eine Studie zeigte aber, dass der Energieverbrauch des Körpers je nach Schlafstadium nicht stark variiert. Mit der Positronen-Emissions-Tomographie können Wissenschaftler sehen, welche Bereiche des Gehirns die meiste Glukose verbrauchen. Damit lässt sich bestimmen welche Teile während des Schlafes die aktivsten sind.
Das Ponin-Tegmentum, der thalmische Limbus und die Rückseite des Kortex sind während der REM-Schlafphase aktiver, während der präfrontale Kortex und der Parietallappen weniger aktiv sind. Die zusätzliche Energie, die das Gehirn im REM-Schlaf verbraucht, wird durch den geringeren Energiebedarf der Skelettmuskulatur, die während des REM gelähmt ist, ausgeglichen, was zu einer positiven Energiebilanz führt.
In der gleichen Studie fanden Wissenschaftler auch heraus, dass Schlafentzug den Energieverbrauch erhöht, was mit anderen Symptomen des Schlafentzuges wie einem subjektiven Kältegefühl in Einklang steht. Der zusätzliche Energieverbrauch während des Schlafentzuges scheint durch einen geringeren Energieverbrauch während des Erholungsschlafes (damit ist der "Nachholschlaf" gemeint) ausgeglichen zu werden. Die subjektive Wahrnehmung erholsamen Schlafes weist jedoch keinen Zusammenhang mit dem tatsächlichen nächtlichen Energieverbrauch auf.
Kalorienverbrauch während des Schlafes
Viele glauben, dass im Schlaf fast keine Kalorien verbraucht werden, was jedoch nicht korrekt ist. Während die Muskeln im Schlaf ruhen und deren Energieverbrauch sehr niedrig ist, sind andere energieaufwendige Prozesse im Körper durchaus aktiv.
Eine geeignete Methode zur Messung des Energieverbrauchs ist das "metabolische Äquivalent". Dies normalisiert im Wesentlichen den Energieverbrauch über Körpertypen hinweg. Ein metabolisches Äquivalent ist definiert als der Energieverbrauch einer Person, die sitzt, wach ist und nicht trainiert - der "Ruheumsatz". Dieser liegt bei etwa 1 kcal/kg h. Eine Person, die Fahrrad fährt, kann 5 metabolische Äquivalente aufwenden. Ein Läufer kann bei 9 oder mehr metabolischen Äquivalenten liegen. Die metabolische Äquivalenzzahl für jede Aktivität hängt vom Fitnessniveau und der Intensität ab.
Hausarbeit liegt bei etwa 3 MET (MET für "metabolic equivalent") und Gartenarbeit zwischen 3 und 4 MET. Der Wachzustand bei Schlaflosigkeit hat ein MET von 1, was dem Ruheumsatz entspricht.
Ein schlafender Mensch hat ein metabolische Äquivalent von 0,9. Ein Erwachsener mit einem Gewicht von 70 kg verbraucht im Ruhezustand etwa 70 Kilokalorien pro Stunde und ca. 60 im Schlaf. Daraus können wir schließen, dass der Zweck des Schlafes nicht einfach darin besteht, Energie zu konservieren, da sich der Energieverbrauch nicht besonders zum ruhendem Wachzustand unterscheidet.
Kann das Gehirn müde werden?
Experimente haben gezeigt, dass das Gehirn durchaus Erschöpfung entwickeln kann. In einem Experiment wurden Tiere dazu gebracht ihre rechte Körperseite stärker zu beanspruchen (die von der linken Seite des Gehirns gesteuert wird). Im darauf folgenden Schlaf zeigten die EEG-Werte der linken Hirnhälfte intensivere Deltawellen. Es wird vermutet, dass der Schlaf evolutionsbedingt in Schlafphasen aufgespalten wurde, um verschiedenen Teilen des Gehirns Erholung zu ermöglichen.