Gedächtnis
Wie der Schlaf ist auch unser Gedächtnis für Wissenschaftler weitgehend ein Rätsel. Bekannt ist lediglich, dass im Schlaf unwichtige Erinnerungen gelöscht und wichtige Informationen gefestigt werden. Die Quantität und Qualität des Schlafes beeinflussen die Erinnerungsfähigkeit einer Person.
Ein breites Maß an Forschung auf diesem Gebiet belegt, dass Schlaf nützlich, vielleicht sogar erforderlich, ist für die Speicherung von Informationen und die Festigung von Erinnerungen. Für das "deklarative Gedächtnis" scheint der Schlaf in Bezug auf langfristige Speicherung ebenfalls entscheidend zu sein.
Für die Konditionierung - die Assoziation zwischen Reizen oder Stimuli und Reaktion - sind die Beweise nicht eindeutig. Schlaf scheint jedoch dafür ebenfalls vorteilhaft zu sein. Alle Hirnabschnitte für das Gedächtnis relevanten Hirnabschnitte - der Hippocampus, der Neocortex und die Amygdala - sind im Schlaf aktiv.
Neurowissenschaftler vermuten, dass Schlaf "sowohl quantitative als auch qualitative Veränderungen der Gedächtnisrepräsentationen ermöglicht". Das bedeutet, dass Psychologen testen können, wie sich Menschen an Ereignisse und Fakten erinnern (qualitativ) und nachweisen, wie sich diese Erinnerungen nach dem Schlaf ändern. Eine wissenschaftliche Analyse des Gehirns zeigt Veränderungen in den synaptischen Verbindungen (quantitativ) nach dem Schlaf.
Unser Gedächtnis ist allgemein in drei Prozesse teilbar: Akquisition, Konsolidierung und Erinnerung. Akquisition und Erinnerung geschehen während wir wach sind. Die Konsolidierung erfolgt im Wach- und Schlafzustand. Konsolidierung bedeutet, dass Informationen von einem kurzfristigen "Zwischenspeicher" in das Langzeitgedächtnis überführt werden. Erfahrungen und Allgemeinwissen werden so aktualisiert.
Erinnerungen scheinen in allen drei Schlafphasen - Leichtschlaf, Tiefschlaf und REM-Schlaf - verankert und geformt zu werden. Man kann aber nicht genau sagen, welche Arten von Erinnerungen während des REM- und NREM-Schlafs verarbeitet werden.
Auswahl der Informationen zum Speichern
Wissenschaftler versuchen zu entschlüsseln, wie genau die Informationen durch die elektrophysiologischen Mechanismen im Gedächtnis gespeichert und abgerufen werden. Sie glauben, dass der Hippocampus und der Neocortex verschiedene Methoden anwenden, um Erinnerungen zu speichern.
Der Hippocampus speichert einzigartige Darstellungen, während der Neocortex überlappende Darstellungen ermöglicht, die für das Verständnis von Mustern nützlich sind. Man vermutet, dass das Kurzzeitgedächtnis durch neuronale Aktivität repräsentiert wird, während das Langzeitgedächtnis strukturelle Veränderungen im Gehirn sind - die Bildung neuer, beständiger Synapsen. Dies erklärt, warum Kurzzeitamnesien auftreten können (das Gedächtnis der letzten 12 Stunden wird gelöscht), ohne das Langzeitgedächtnis zu beeinträchtigen.
Die Kommunikation zwischen Hippocampus und Neocortex ermöglicht neue Daten, die am Vortag gelernt wurden, im Neocortex zu "aktualisieren". Elektrophysiologische, computergestützte und bildgebende Studien haben gezeigt, dass diese Informationsübertragungen auf den Neokortex stattfinden. Vor allem im Tiefschlaf werden die Erinnerungen, die in den Hippocampus eingebracht wurden (Kurzzeitgedächtnis), auf den Neokortex umgeleitet (Langzeitgedächtnis).
Dieser Informationsfluss findet sowohl während der Wachzeit, als auch während des NREM-Schlafs statt. Während des REM-Schlafes besteht nicht viel Kommunikation zwischen diesen beiden Hirnabschnitten. Stattdessen gibt der Neokortex Erinnerungen für sich selbst wieder.
Dieses Modell der Gedächtnisfestigung im Schlaf erklärt, warum gestörter NREM-Schlaf mit Problemen bei der Bildung von Erinnerungen für Patienten mit Alzheimer, Schizophrenie und Fibromyalgie verbunden ist.
Neurochemie und bewusste Erfahrung
Ein hoher Cortisolspiegel kann den Informationsfluss zwischen Hippocampus und Neocortex stören. Das könnte der Grund sein, warum Menschen unter hohem Stress nicht einfach komplexe Sachverhalte lernen können.
Es gibt auch Hinweise darauf, dass verschreibungspflichtige Schlafmittel die Festigung von Informationen im Gedächtnis hemmen. Tests mit Zolpidem und Zaleplon haben ergeben, dass die Menschen Schwierigkeiten hatten sich an Dinge zu erinnern, die sie am Vortag gelernt hatten.