Schlaf

Schlaf ist ein Zustand der äußeren Ruhe bei Menschen und Tieren. Dabei unterscheiden sich viele Lebenszeichen von denen des Wachzustands. Puls, Atemfrequenz und Blutdruck sinken bei Primaten und anderen höheren Lebewesen im sogenannten NREM-Schlaf ab und die Gehirnaktivität verändert sich. Das Schließen der Augen während des NREM-Schlafs unterstützt diese Funktion.
Im sogenannten REM-Schlaf, auch als „paradoxer Schlaf“ bezeichnet, finden sich hingegen Zustände, die denen des Wach-Seins ähneln, insbesondere eine erhöhte Gehirnaktivität (an Träume aus dieser Phase erinnert man sich am häufigsten) und ein Anstieg von Herz- und Atemfrequenz sowie des Blutdrucks. Ausgenommen von diesem „aktiven Schlafzustand“ ist die Muskulatur, die im REM-Schlaf blockiert wird (Atonie). Dadurch lebt der Träumende seine im Traum erlebten motorischen Handlungen nicht aus. Mit den Störungen und der Physiologie des Schlafs beschäftigt sich ein eigenes Teilgebiet der Medizin, die Somnologie (Schlafmedizin oder auch Schlafforschung).
Die Funktionen des Schlafs sind erst teilweise aufgeklärt. Sicher ist, dass Menschen und viele Tiere schlafen müssen, um zu überleben, der genaue Grund ist jedoch noch unbekannt. Schlafentzug ist eine verbreitete Foltermaßnahme.
Verhältnismäßig neu sind Bestrebungen, kulturelle und geschichtliche Unterschiede und Veränderungen in den Schlafgewohnheiten zu dokumentieren und zu beurteilen. Dies soll eines Tages ermöglichen, genauere Informationen über die evolutionären Ursachen des Schlafs zu ermitteln.
Die sogenannte „innere Uhr“ ist unter anderem wesentlich an der Regelung des Schlaf-wach-Rhythmus beteiligt, dem der Wechsel von Tag und Nacht (hell und dunkel) zu Grunde liegt. Der zweite Faktor, der neben dem Tag-Nacht-Wechsel das Schlafbedürfnis beeinflusst, ist die Zeit, die seit dem letzten Aufwachen vergangen ist. Die Forschung versucht, Daten zu optimaler Einschlafzeit und Schlafdauer zu ermitteln.
Die innere Uhr passt auch Stoffwechselabläufe, Wachstumsleistungen und Verhaltensweisen den tagesperiodischen Schwankungen an. Eine Störung des normalen Ablaufs (circadianer Rhythmus) tritt üblicherweise bei Schichtarbeit und Fernflugreisen auf (Jetlag).
An der Schlafeinleitung sind im Wesentlichen drei Hirnregionen beteiligt: die "Formatio reticularis" im Hirnstamm und zwei Zwischenhirngebiete: der Thalamus und der Hypothalamus. Die "Formatio reticularis" ist bekannt für ihre Funktion als Signalgeber für Wachheit und gehört zum sogenannten aufsteigenden retikulären Aktivierungssystem. Ihre Aufmerksamkeits- und Weck-Funktionen übt die "Formatio reticularis" über Botenstoffe aus, mit denen sie den Thalamus, gleichsam das „Tor zum Bewusstsein“, erregt. Diese Neurotransmitter sind Noradrenalin und Acetylcholin. Innerhalb der "Formatio reticularis" gibt es weitere komplexe Verschaltungen u. a. mit den Raphe-Kernen. Diese haben mit ihrem Transmitter Serotonin vor allem beim Einschlafen einen hemmenden Einfluss auf die noradrenergen Systeme.
Beim Einschlafen können Kerngebiete im Hirnstamm über verschiedene Wege hemmend auf die Aktivität des Thalamus einwirken. Dabei wird auch ein weiterer Transmitterstoff benutzt, nämlich γ-Aminobuttersäure (GABA). Es gibt also zwei Hauptwege, über die das aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem den Thalamus erreicht: Direkt zur Aktivierung oder Erhöhung der Aufmerksamkeit und indirekt über hemmende Nervenzellen zur Abnahme der Aufmerksamkeit bis hin zur Schlafeinleitung.
Daneben wirken dieselben Kerngebiete im Hirnstamm hemmend auf Nervenzellgruppen im Rückenmark, was eine Erschlaffung der Skelettmuskeln (Atonie) zur Folge hat. Der Mensch wird nicht nur schläfrig, sondern auch der Tonus der Muskulatur nimmt ab. Beim Einschlafen im Sitzen fällt beispielsweise der Kopf nach vorn. Häufig kommt es beim Einschlafen auch zu speziellen Einschlafzuckungen.
Der Hypothalamus ist mit dem Auge verbunden und produziert bei Dunkelheit weniger von dem Transmitter Histamin und einem Peptid namens Orexin (von griech. "orexis" „Verlangen, Appetit“), das zu einer gesteigerten Aufmerksamkeit führt. Orexin hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Schlaf-wach-Verhalten des Menschen. Zuerst wurde die appetitsteigernde Wirkung des Hormons festgestellt, daher der Name. Auch der "Nucleus preopticus ventrolateralis" (das „Esszentrum des Gehirns“, engl. "ventrolateral preoptic nucleus", VLPO) des Hypothalamus ist an der Schlafeinleitung beteiligt. Der "Nucleus suprachiasmaticus" (SCN) enthält direkte Afferenzen (Zuleitungen) aus der Retina. Hier liegt die Hauptschaltzentrale der inneren Uhr, einer Art "Schrittmacher", der die circadiane Rhythmik synchronisiert. Der SCN beeinflusst auch die Aktivität des Sympathikus. Über dieses vegetative System stimuliert der SCN die Freisetzung von Melatonin aus der Zirbeldrüse. Melatonin wird in den Abendstunden vermehrt ausgeschüttet und trägt zur Schlafeinleitung bei. Folglich erfährt das Gehirn über den Hypothalamus, dass es Zeit zum Schlafen ist, weil es dunkel geworden ist.
Der Körper besitzt weitere Botenstoffe, die zu erhöhtem Schlafbedürfnis beitragen können. So entsteht bei großen Stoffwechselleistungen (körperliche Arbeit) vermehrt Adenosin, das Müdigkeit hervorruft. Auch Entzündungsmediatoren wie Interleukin-1 wirken ähnlich und führen bei einer von Fieber begleiteten Krankheit zu erhöhtem Schlafbedarf.
Auch in seinem weiteren Verlauf ist der Schlaf neurophysiologisch gesteuert. Zu seiner Aufrechterhaltung variieren funktionelle Systeme des Gehirns die Schlaftiefe in zeitlichen Abständen. Dabei wechseln sich Tiefschlafphasen, in denen der Schlafende schwerer aufzuwecken ist, mit weniger tiefem Schlaf ab. Wenn sich gegen Ende des Schlafs, üblicherweise nach etwa sechs bis acht Stunden, diese Schlafphasen in immer kürzeren Abständen abwechseln, wird der Schlafende wach. Dieser zyklische Prozess wird auch "Schlafrhythmus" genannt.
Während des gesunden Schlafs zeigen Nervenzellverbände spezielle Synchronisierungen. Das bedeutet, dass sich ihre Aktionspotentiale in einem gemeinsamen Takt auslösen. Durch das Ableiten elektrischer Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche mittels einer Elektroenzephalografie (EEG) können diese verschiedenen Rhythmen gemessen und sichtbar gemacht werden. Je nach Schlaftiefe und dem damit verbundenen charakteristischen Wellen-Muster lässt sich der Schlaf in verschiedene Stadien einteilen.
Nach der Frequenz und Amplitude dieser „inneren Rhythmen“ werden folgende Stadien und die dazugehörigen Wellen unterschieden, wobei die folgende Einteilung der Schlafstadien I–IV von 1968 ist (in der neueren Einteilung von 2007 sind die beiden Tiefschlafstadien 3  4 zu einem, N3, zusammengefasst; siehe Schlafprofil):
Die Stadien I-IV werden (im Gegensatz zum REM-Schlaf) als "Non-REM-", "NREM-" oder "orthodoxer Schlaf" bezeichnet. Die Stadien III und IV werden als "Tiefschlaf" oder (aufgrund der langsamen Hirnwellen) "Slow-Wave-Sleep" bezeichnet. In den Stadien I bis IV nimmt die EMG-Aktivität (Elektromyografie; Muskeltonus, v. a. der Hals- und Nackenmuskulatur) ab, bis es im REM-Schlaf zur völligen Muskelatonie kommt. Die Stadien I bis IV mit anschließendem REM-Schlaf werden mehrere Male pro Nacht wiederholt (etwa fünf- bis siebenmal). Dabei nehmen die Tiefschlafphasen zeitlich ab und die REM-Phasen zu. Das Stadium IV wird im späteren Verlauf der Nacht nicht mehr erreicht. Ältere Menschen erreichen sehr oft das Stadium IV überhaupt nicht mehr. Auch das Schlafmuster ändert sich mit dem Alter: Alte Menschen schlafen nachts nur noch wenige Stunden und schlafen dafür häufig am Tag noch einmal ein bis zwei Stunden. Säuglinge schlafen den ganzen Tag, aber jeweils in kurzen Phasen. Bei Erwachsenen konzentriert sich der Schlaf auf eine Kernzeit, meist in der Nacht. Ein Schlafzyklus dauert etwa 90 Minuten. Dieser 90-Minuten-Zyklus setzt sich auch in der Wachzeit fort und führt zu Phasen wechselnder Leistungsbereitschaft (ultradiane Rhythmik).
Die individuellen Schwankungen unterworfene „optimale“ tägliche Menge an Schlaf für den Menschen sowie deren Verteilung über den Tag ist wissenschaftlich umstritten. Nachdem lange die negativen Folgen von Schlafmangel im Mittelpunkt der Forschung standen, geraten in letzter Zeit zunehmend die offenbar ebenfalls unliebsamen Folgen von zu viel Schlaf ins Blickfeld. Dabei scheint sich – nach großen Studien in den USA und in Japan – herauszukristallisieren, dass die oft für Erwachsene genannten „acht Stunden am Tag“ schon zu lang sind und das Optimum eher zwischen sechs und sieben Stunden liegt, was auch der Durchschnitts-Schlafzeit in Deutschland entspricht (6 Stunden 59 Minuten laut einer an der Universität Regensburg durchgeführten Studie). Studien der Universitäten von Warwick und London kamen zum gleichen Ergebnis. Eine internationale Studie der amerikanischen National Sleep Foundation 2013 zeigte auch vergleichbare Ergebnisse, wobei klare Unterschiede in der Schlafdauer zwischen Werktagen und arbeitsfreien Tagen feststellbar waren. Auch gaben die meisten Personen an, nicht so viel Schlaf zu bekommen wie sie eigentlich benötigen würden, um sich erholt zu fühlen. Trotzdem gab die Mehrheit an, auch an Werktagen ausreichend Schlaf zu bekommen, um sich am Morgen erholt zu fühlen.
Eine in Current Biology veröffentlichte Studie mit 33 Teilnehmern deutet auf einen möglichen Zusammenhang zwischen der Schlafstruktur und den Mondphasen hin.
Das individuelle Schlafbedürfnis des Erwachsenen schwankt etwa zwischen sechs und zehn Stunden und folgt ungefähr einer Normalverteilung. Extreme treten bei Säuglingen auf, die 14 bis 17 Stunden schlafen (über den Tag verteilt), und bei alten Menschen, deren Schlafbedürfnis geringer ist („senile Bettflucht“). Nach Meinung des Schlafforschers Peretz Lavie ist von einem schlafgesunden Menschen auszugehen, wenn dieser sich bei einer täglichen Schlafdauer von vier bis zwölf Stunden wohlfühlt.
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass das individuell unterschiedlich ausgeprägte Schlafbedürfnis konstitutionell vorgegeben ist und folglich nicht durch falsch verstandenes „Training“ ausgeschaltet oder längerfristig ignoriert werden kann, ohne dass der Organismus Schaden erleidet. Wer zu den Menschen mit vermehrtem Schlafbedarf gehört, sollte daher seinen alltäglichen Lebensrhythmus nach Möglichkeit darauf einstellen und sein Verhalten entsprechend anpassen. Die optimale Schlafdauer eines Menschen hängt auch vom circadianen Rhythmus ab. Denn der Schlaf zur „falschen“ Tageszeit ist relativ ineffizient. Der Zeitraum für den Schlaf ist am besten, wenn die folgenden zwei Ereignisse in der Mitte des Schlafens zusammentreffen:
Weiter sind innerhalb eines 24-Stunden-Tages die Phasen maximaler und minimaler Leistungsfähigkeit je nach Typus unterschiedlich verteilt. Vereinfachend kann zwischen einem "Morgentyp" und einem "Abendtyp" unterschieden werden. Der "Morgentyp" (zum Beispiel ein Frühaufsteher) ist bereits früh am Morgen fit und leistungsfähig, der "Abendtyp" entwickelt unter anderem als "Nachtschwärmer" (auch Nachtmensch) zu fortgeschrittener Abendzeit nochmals ein Aktivitätsmaximum. Im Jahre 2005 wurden die seit langem bekannten genetischen Einflüsse präzisiert, die hierbei eine Rolle spielen (Period3-Gen).
Tagschlaf ist möglich, weil die Hormonausschüttung erst nach dem Einleiten des Schlafs beginnt. Wird man kurz nach dem Beginn des Schlafs aufgeweckt, so hat man möglicherweise eine REM-Phase absolviert, besitzt aber noch nicht eine so hohe Hormonkonzentration, durch die man gleich wieder einschlafen würde.
Als Schlafmangel bezeichnet man den kumulativen Effekt von zu wenig Schlaf. Schlafmangel kann zu mentaler oder physischer Müdigkeit führen und entsprechend die Leistungsfähigkeit reduzieren. Die genauen physiologischen Veränderungen durch Schlafmangel sind Gegenstand der Forschung.
Übermäßige Müdigkeit am Tag kann eine Folge von Schlafmangel sein. Sie kann jedoch auch als Folge einer Schlafstörung wie Narkolepsie oder dem Schlafapnoe-Syndrom sein. Eine betroffene Person ist immer müde, selbst wenn sie lange genug geschlafen hat. Diese Symptome sollten mit einem Arzt besprochen werden. Die Krankheiten sind oft behandelbar. Wer sich dieser Krankheiten nicht bewusst ist, kann für sich oder andere zur Gefahr werden, etwa durch Sekundenschlaf beim Autofahren oder plötzliche Unaufmerksamkeit am Arbeitsplatz. Schlafmediziner nennen dieses Krankheitsbild „Nicht erholsamer Schlaf“. Übermäßige Müdigkeit trotz genügend Schlaf kann allerdings auch gerade bei jungen Frauen an Eisenmangel, Blutarmut (Anämie) oder anderen Mangelerscheinungen liegen.
Hilfen wie das Radio lauter zu drehen, das Fenster zu öffnen oder die Klimaanlage einzuschalten, um wach zu bleiben, sind kurzzeitig und können für die Person gefährlich werden, wenn trotz Müdigkeit oder Schwindelgefühlen weiter gefahren wird. Wer sich während der Fahrt müde fühlt, sollte baldmöglichst anhalten und ruhen. Koffeinhaltige Getränke verschieben nur die Müdigkeit. Laut Spork "(Das Schlafbuch, 2007)" hilft es am effektivsten, sofort einen Parkplatz aufzusuchen, ein starkes koffeinhaltiges Getränk zu trinken und danach zu schlafen. Das Koffein weckt die Person nach etwa 30 Minuten und es ist Studien zufolge möglich, unfallfrei weiterzufahren. Die Kombination aus Schlaf und Koffein wirkte in den Studien besser als jede der Maßnahmen alleine.
Schlaf ist im Tierreich verbreitet, aber nicht universell. Der römische Gelehrte Plinius der Ältere schrieb in seiner „Naturkunde (Naturalis historia)“ dazu: "„Die Frage nach dem Schlaf der Tiere bedarf keiner undurchsichtigen Vermutung. Dass unter den Landtieren alle, welche die Augen schließen, schlafen, ist offensichtlich. Dass Wassertiere ebenfalls schlafen, wenn auch recht wenig, glauben selbst diejenigen, welche es bei den übrigen Tieren in Zweifel ziehen. Ja, die Delphine und Walfische hört man sogar schnarchen.“" Die heutige Sicht ist aber etwas differenzierter, man geht heute davon aus, dass die meisten Wirbeltiere (genaugenommen, die Überklasse der Kiefermäuler) die gleichen Schlafphasen wie der Mensch durchlaufen. Eine Ausnahme ist beispielsweise der Ameisenigel, ein früher Vertreter der Säugetiere, der keinen Traumschlaf (REM-Schlaf, siehe unten) zu kennen scheint.
Vögel zeigen ebenfalls ein dem Menschen ähnliches Schlafbild, sobald sie sicher sein können, dass die Stelle im Baum, die sie sich ausgesucht haben, sicher vor Feinden ist. Von dem Ast oder Zweig können sie nicht herunterfallen, da eine spezifische Anlage der Sehnen bewirkt, dass die Zehen beim Absitzen allein durch das Gewicht des Vogels den Zweig fest umschließen und sich verhaken. So können diese Tiere ruhig schlafen, da sie zum Sitzen und Balancehalten keinen Muskel anspannen müssen.
Bei weiteren Tierarten wie Schlangen, Eidechsen und Fischen wird Schlaf (inklusive Traumschlaf) angenommen. Die Beurteilung wird umso schwieriger, je weniger entwickelt die Tierart ist. Auch wird es zunehmend schwieriger, (Traum-)Schlaf von bloßem Ruhen zu unterscheiden.
Tiere ohne bewegliche Augenlider schlafen mit offenen Augen, z. B. Krebse, Fliegen, Libellen, Schlangen und Fische.
Mehrere Tierarten beherrschen den sogenannten "Halbhirnschlaf". In diesem Schlafzustand schläft nur eine der Gehirnhälften, während die andere aktiv bleibt. Es wird auch nur ein Auge geschlossen, sodass die Umgebung noch wahrgenommen werden kann. Diese Fähigkeit wurde zunächst bei Delfinen entdeckt, was bei ihnen als Lungenatmer im Wasser wohl einer Notwendigkeit entspricht, um nicht zu ertrinken. Gesichert ist der Halbhirnschlaf auch bei Großen Schwertwalen. Interessant ist, dass die Kälber dieser Arten im ersten Lebensmonat überhaupt nicht schlafen, was gewisse Zweifel an der These entstehen lässt, wonach der Schlaf essenziell für die Entwicklung des Gehirns sei. In den allermeisten Fällen schlafen Neugeborene deutlich länger als ausgewachsene Tiere. Seelöwen und Seebären kennen beide Arten von Schlaf. Befinden sie sich an Land, schlafen sie wie Landsäuger, im Wasser wechseln sie zum Halbhirnschlaf. Auch bei Vögeln wurde der zeitweilige Halbhirnschlaf inzwischen nachgewiesen.
Bei Tieren variiert sowohl die Dauer des Schlafes insgesamt als auch die Dauer des REM-Schlafes stark von Art zu Art:
Die Aufklärung der biologischen Funktionen des Schlafs ist nach wie vor Gegenstand intensiver Forschung. Es gibt jedoch bereits eine Reihe von Hypothesen, die zum Teil schon recht gut durch psychologische und auch physiologische Experimente untermauert wurden.
Die Grundlage für die Entwicklung von Ruhe- und Aktivitätszyklen gab die Erdrotation mit ihrem für alle Organismen unveränderlichen Rhythmus von Tag und Nacht. Die Blüten von Pflanzen öffnen und schließen sich in Abhängigkeit zur Tageszeit. Selbst Einzeller wie die Geißelalge "Lingulodinium polyedrum" (= "Gonyaulax polyedra") richten ihre Aktivität nach dem Sonnenstand. Solche Beobachtungen an wenig entwickelten Organismen legen die Vermutung nahe, dass schon früh in der Evolution Anpassungen an die Licht- und Temperaturverhältnisse stattgefunden haben, um die metabolische Aktivität zu regulieren. Staedt und Stoppe vermuteten in neueren Studien, dass sich der elektrophysiologisch messbare Schlaf im Zuge der Entwicklung immer komplexerer neuronaler Netzwerke entwickelt habe. Danach gäbe es eine direkte Beziehung zwischen dem Bedarf an Schlaf und der Leistungsfähigkeit des Gehirns, insbesondere was die Verarbeitung und Speicherung von Information betreffe.
Entwicklungsbiologische Beobachtungen zeigten, dass die Vorgänge während des REM-Schlafes von Neugeborenen besonders wichtig für die Entwicklung des jungen Organismus zu sein scheinen. Studien, die den Effekt von Schlafmangel an Kleinkindern untersuchten, zeigten auf, dass dies zu Verhaltensstörungen, permanenten Schlafproblemen, reduzierter Gehirnmasse und einer ungewöhnlich hohen Nervenzellsterblichkeit führt.
REM-Schlaf scheint für die Entwicklung des Gehirns von entscheidender Bedeutung zu sein. Bei Neugeborenen – die an sich schon viel schlafen – macht er den größten Teil des Schlafes aus. Vergleicht man verschiedene Tierarten, so ist die Tiefschlafphase von Neugeborenen umso länger, je weniger entwickelt das Baby geboren wird. Es wurde vermutet, dass während des REM-Schlafes die Muskeln deshalb teilweise gelähmt würden, um die Aktivierung und Entwicklung des Gehirns voranzutreiben, ohne dass die dadurch entstehenden Nervenimpulse zu Bewegungen führen, die besonders ein Neugeborenes in Schwierigkeiten bringen könnten. REM-Mangel von Kleinkindern führt später zu Entwicklungsproblemen.
Diese Theorie erklärt jedoch nicht, weshalb auch Erwachsene nach wie vor REM-Schlaf brauchen, und auch nur unzureichend, weshalb der REM-Anteil bereits nach dem dritten Lebensjahr etwa gleich ist wie bei einem Erwachsenen. Die Jungen von Meeressäugetieren kennen keinen REM-Schlaf zu Beginn ihres Lebens, erst im Laufe der Zeit nimmt dieser zu. Zumindest bei diesen Tieren ist er also zur Entwicklung nicht notwendig. Zu beachten ist dabei jedoch, dass diese Tiere niemals mit beiden Gehirnhälften schlafen können, da sie als Lungenatmer sonst ertrinken würden.
Schlaf fördert die Wundheilung. Eine Studie von Gumustekin aus dem Jahr 2004 konnte aufzeigen, dass Schlafentzug die Heilung von Brandwunden bei Ratten negativ beeinflusst.
Es wurde auch aufgezeigt, dass Schlafentzug das Immunsystem und den Stoffwechsel beeinflusst. Bei einem Versuch wurden Ratten 24 Stunden am Schlafen gehindert. Verglichen mit der Kontrollgruppe war der Anteil an weißen Blutkörperchen um 20 Prozent reduziert, was eine deutliche Veränderung des Immunsystems darstellt.
Gesunde Menschen haben einen deutlich höheren Stoffwechselumsatz als Menschen, die an einer Schlafstörung leiden.
Eine Studie an 305 Kindern sammelte Informationen über Wachstum, Größe und Gewicht, sowie die von den Eltern aufgezeichnete Schlafzeit während der ersten zehn Lebensjahre. Die Studie ermittelte keinen erkennbaren Zusammenhang zwischen Dauer des Schlafs bei Kindern und ihrem Wachstum. Die Konzentration von Wachstumshormonen nahm allerdings bei erwachsenen Männern während des Schlafs zu, besonders in den Stadien III und IV. Während einer Schlafzeit von acht Stunden schütteten besonders diejenigen Männer viele Wachstumshormone aus, deren gesamte Tiefschlafphasen relativ lang waren. Ob natürliche oder unnatürliche Änderungen der Schlafdauer zu Unterschieden beim Wachstum führen, ist jedoch noch unklar.
Die Schlafzeit verschiedener Arten ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zur Größe des Tieres, aber zunehmend mit dem Grundumsatz, der bei kleinen Tieren groß ist (siehe dazu auch Kleibers Gesetz). Ratten mit einem sehr hohen Grundumsatz schlafen bis zu 14 Stunden pro Tag, während Elefanten und Giraffen mit deutlich geringerem Umsatz nur drei bis vier Stunden pro Tag schlafen.
Um Energie zu sparen, wäre es ausreichend, regungslos zu ruhen, ohne den Organismus teilweise von der Umwelt abzuschneiden, was gefährlich sein kann. Ein ruhendes, aber nicht schlafendes Tier hat größere Chancen, Raubtieren zu entgehen, und kann trotzdem Energie sparen. Allerdings konnte mittels Untersuchungen am Menschen gezeigt werden, dass Testpersonen im wachen Zustand trotz körperlicher Inaktivität tatsächlich deutlich mehr Energie verbrauchen als beim Schlafen bzw. im gleichen Zeitraum (24 Stunden) mit normalem Schlaf-wach-Rhythmus: Während der Nacht, in der der Effekt besonders ausgeprägt ist, wiesen die Probanden im Wachzustand einen um fast "ein Drittel" (~32 Prozent) höheren Energieverbrauch auf, als wenn sie schliefen.
Neuere Studien zeigten, dass es im Schlaf nicht nur zu einer Energieeinsparung kommt, sondern v. a. im Tiefschlaf in einigen Hirnarealen zu einer deutlichen Energiespeicherung. Der universale Energieträger ATP (Adenosintriphosphat) stieg im Gehirn von Ratten nur während des Tiefschlafes an und hing mit der Verminderung der Nervenaktivität in diesem Schlafstadium zusammen. Entsprechendes konnte auch in Studien mit anästhesierten Tieren gezeigt werden.
Manche Tiere brauchen nach dem Aufwachen aus ihrem Winterschlaf erneut einen Erholungsschlaf, möglicherweise aufgrund von „Schlafmangel“ während des Winterschlafs. Die Tiere hatten hierbei genügend Ruhe, benötigen jedoch anscheinend den Schlaf noch für etwas anderes.
Einen Hinweis auf die Stoffwechsel-Funktionen des Schlafes lieferten Messungen mithilfe von Multiphotonenmikroskopie an lebenden Mäusen, die während ihres Schlafs einen erhöhten Abtransport von Stoffwechsel-Abfallprodukten hatten, die von neuronaler Aktivität während ihrer Wachzeit stammten.