Η απώλεια ύπνου διαταράσσει τη νευρική υπογραφή της επιτυχημένης μάθησης Μέρος 1

Ο ύπνος υποστηρίζει την εδραίωση της μνήμης καθώς και τη μάθηση της επόμενης ημέρας. Η επιρροή "Ενεργά Συστήματα" των ενοποιήσεων εκτός σύνδεσης υποδηλώνει ότι η επεξεργασία μνήμης που σχετίζεται με τον ύπνο ανοίγει το δρόμο για νέα μάθηση, αλλά τα εμπειρικά στοιχεία που υποστηρίζουν αυτήν την ιδέα είναι λίγα.

Χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο διασταύρωσης εντός των υποκειμένων (n=30), αξιολογήσαμε συμπεριφορικούς και ηλεκτροφυσιολογικούς δείκτες επεισοδιακής κωδικοποίησης μετά από μια νύχτα ύπνου ή ολικής στέρησης ύπνου σε υγιείς ενήλικες (ηλικίας 18-25 ετών) και διερευνήσαμε εάν είχε προβλεφθεί η συμπεριφορά συμπεριφοράς από την ολονύχτια ενοποίηση των επεισοδιακών συσχετισμών από την προηγούμενη μέρα. Ο ύπνος υποστήριξε την εδραίωση της μνήμης και τη μάθηση της επόμενης ημέρας σε σύγκριση με τη στέρηση ύπνου.

Ωστόσο, το μέγεθος αυτού του οφέλους εξυγίανσης που σχετίζεται με τον ύπνο δεν προέβλεψε σημαντικά την ικανότητα δημιουργίας νέων αναμνήσεων μετά τον ύπνο. Είναι ενδιαφέρον ότι η στέρηση ύπνου προκάλεσε μια ποιοτική αλλαγή στη νευρική υπογραφή της κωδικοποίησης: Ενώ ο αποσυγχρονισμός βήτα 12-20 Hz - ένας καθιερωμένος δείκτης επιτυχούς κωδικοποίησης - παρατηρήθηκε μετά τον ύπνο, η στέρηση ύπνου διέκοψε τον βήτα αποσυγχρονισμό κατά την επιτυχή μάθηση. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η αποτελεσματική μάθηση εξαρτάται από τον ύπνο αλλά όχι απαραίτητα από την ενοποίηση που σχετίζεται με τον ύπνο.

Λέξεις κλειδιά:

μάθηση; μνήμη; ενοποίηση; βήτα αποσυγχρονισμός? στέρηση ύπνου.

Εισαγωγή

Πώς θυμόμαστε γεγονότα από περασμένες μέρες; Είναι πλέον σταθερά αποδεδειγμένο ότι ο ύπνος διευκολύνει την εδραίωση της μνήμης. η διαδικασία με την οποία τα αδύναμα και αρχικά ασταθή ίχνη μνήμης γίνονται ισχυρές και διαρκείς αναπαραστάσεις (Gais et al. 2006; Talamini et al. 2008; Payneet al. 2012; Durrant et al. 2016; Cairney, Lindsay, et al.2018; Gaskell et al. 2018· Ashton et al. 2020· Ashton andCairney 2021).

Ενώ αρχικά θεωρήθηκε ότι ο ύπνος παρέχει μόνο παθητική προστασία στην εδραίωση της μνήμης (δηλαδή προστατεύοντας τις αναμνήσεις από τις παρεμβολές που προκαλούνται από την εμπειρία της εγρήγορσης), πρόσφατη εργασία υποδηλώνει ότι οι νεοσχηματισμένες μνήμες ενισχύονται ενεργά κατά τη διάρκεια του ύπνου (Rasch et al. 2007· Schönauer et al. 2017· Cairney , Guttesen, et al. 2018· Wang et al. 2019· Schreiner et al. 2021).

Η επιδραστική αναφορά "Ενεργά Συστήματα" της ενοποίησης που σχετίζεται με τον ύπνο υποστηρίζει ότι η επανενεργοποίηση των μνημών που εξαρτώνται από τον ιππόκαμπο κατά τη διάρκεια ύπνου αργών κυμάτων (SWS) διευκολύνει τη μετακίνησή τους στον νεοφλοιό για μακροχρόνια αποθήκευση (Walker 2009; Born and Wilhelm2012; Rasch και Born; K20; al. 2019).

Υποστηρίζοντας αυτήν την άποψη, μελέτες λειτουργικής νευροαπεικόνισης έχουν δείξει ότι η ολονύκτια ενοποίηση υποστηρίζει μια μετατόπιση του δικτύου ανάκτησης μνήμης από τον τόνο του ιππόκαμπου (Takashima et al. 2009), με το χρόνο που αφιερώνεται στο SWS να προβλέπει τη μείωση της εξάρτησης ανάκτησης του ιππόκαμπου (Takashima et al. 2015).

Στην ίδια γραμμή, άλλες εργασίες έχουν δείξει ότι ο ύπνος μετά τη μάθηση (σε σύγκριση με τη στέρηση ύπνου) προάγει τη λειτουργική σύζευξη μεταξύ της δραστηριότητας του ιππόκαμπου και του προμετωπιαίου φλοιού όταν η ανάκτηση αξιολογείται 48 ώρες αργότερα (Gais et al. 2007).

Συνολικά, αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η μεταφορά πληροφοριών από τον ιππόκαμπο στο νεοφλοιώδες εμφανίζεται κατά τη διάρκεια των πρώτων νυχτών μετά την μάθηση, αν και η διαδικασία ενοποίησης απαιτεί πιθανώς πολλές εβδομάδες ή και μήνες για να ολοκληρωθεί (Dudai2004; Dudai et al. 2015).

Ενώ τα οφέλη του ύπνου για την εδραίωση της μνήμης είναι γνωστά, πρόσφατη έρευνα έχει δείξει ότι ο ύπνος υποστηρίζει επίσης την επόμενη μέρα εκμάθηση των αναμνήσεων που εξαρτώνται από τον ιππόκαμπο.

Όταν μια νύχτα στέρησης ύπνου προηγείται μιας νέας ευκαιρίας μάθησης, η ανάκληση της δηλωτικής μνήμης είναι σοβαρά εξασθενημένη, ακόμη και μετά τον ύπνο ανάκτησης (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015; Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018), υποδηλώνοντας ότι η απουσία ύπνου διαταράσσει τη μνήμη που κωδικοποιεί τον ιππόκαμπο. Πράγματι, σε σύγκριση με έναν κανονικό νυχτερινό ύπνο, η στέρηση ύπνου αποδυναμώνει τις αποκρίσεις του ιππόκαμπου κατά την επιτυχή μάθηση (δηλαδή για αναμνήσεις που ανακαλούνται σωστά σε ένα μεταγενέστερο τεστ ανάκτησης μετά τον ύπνο αποκατάστασης), οδηγώντας σε συνολική μείωση της απόδοσης ανάκλησης (Yoo et al. 2007).

Αντίστοιχα, οι ημερήσιοι μεσημεριανοί ύπνοι όχι μόνο διευκολύνουν τη μάθηση (Mander et al. 2011) αλλά και αποκαθιστούν τις ικανότητες κωδικοποίησης του ιπποκαμπικού σε σύγκριση με την αντίστοιχη περίοδο εγρήγορσης (Ong et al. 2020).

Η αλληλεπίδραση διαφόρων εγκεφαλικών ρυθμών έχει αναγνωριστεί ως ένας βασικός μηχανισμός που ρυθμίζει την επικοινωνία μεταξύ του ιππόκαμπου και του νεοφλοιού κατά την επεξεργασία της μνήμης που σχετίζεται με τον ύπνο.

αργές ταλαντώσεις (<1 Hz electroencephalography [EEG] activity) have been causally linked to overnight memory retention (Marshall et al. 2006; Ngo et al. 2013; Ong et al. 2016; Perl et al. 2016; Leminen et al. 2017; Papalambros et al. 2017) and are thought to play a central role in the reactivation and reorganization of hippocampus-dependent memories (Walker 2009; Born and Wilhelm 2012; Rasch and Born 2013; Klinzing et al. 2019). 

Τα κύματα δέλτα (1–4 Hz), με αντίθεση, έχουν εμπλακεί στη λήθη μέσω διαδικασιών συναπτικής επανακανονικοποίησης (Genzel et al. 2014) και θεωρείται ότι αλληλεπιδρούν με αργές ταλαντώσεις για να ρυθμίσουν την ισορροπία μεταξύ ενοποίησης και αποδυνάμωσης της μνήμης (Kim et al. 2019).

Περιέργως, οι νευρικές ταλαντώσεις που εμπλέκονται στην επεξεργασία της ολονύκτιας μνήμης έχουν επίσης συνδεθεί με τη νέα μάθηση στον ιππόκαμπο, υποδηλώνοντας ότι αυτές οι διεργασίες βασίζονται σε επικαλυπτόμενους μηχανισμούς.

Για παράδειγμα, η επιλεκτική καταστολή της δραστηριότητας αργών κυμάτων (SWA;0.5–4 Hz) μέσω μιας προσέγγισης ακουστικής διαταραχής βλάπτει την κωδικοποίηση της δηλωτικής μνήμης και μειώνει τη δραστηριότητα που σχετίζεται με την κωδικοποίηση στον ιππόκαμπο (Van Der Werf et al.2009). Αμοιβαία, η ενίσχυση του SWA μέσω της ηλεκτρικής διέγερσης βελτιώνει την κωδικοποίηση των εξαρτώμενων από τον ιππόκαμπο αναμνήσεις αλλά όχι τις μη ιπποκαμπικές διαδικαστικές δεξιότητες (Antonenko et al. 2013).

Η αύξηση των αργών ταλαντώσεων μέσω ακουστικής διέγερσης οδηγεί σε παρόμοια αποτελέσματα, με το μέγεθος της αργής ενίσχυσης της ταλάντωσης να προβλέπει τόσο την ενεργοποίηση του ιππόκαμπου όσο και τη συμπεριφορά συμπεριφοράς κατά την κωδικοποίηση (Ong et al.2018). Σε ποιο βαθμό οι διαδικασίες μνήμης που διαμεσολαβούνται από τους εγκεφαλικούς ρυθμούς ύπνου συμβάλλουν στις ικανότητες μάθησης της επόμενης ημέρας δεν έχει ακόμη εξεταστεί άμεσα στην εμπειρική έρευνα.

Σε αυτήν την προκαταχωρισμένη μελέτη (osf.io/78dja), δοκιμάσαμε την υπόθεση ότι ο βαθμός στον οποίο τα άτομα ενοποιούν νέες μνήμες κατά τη διάρκεια του ύπνου προβλέπει την ικανότητά τους να κωδικοποιήσουν νέες πληροφορίες την επόμενη μέρα και ότι το SWA (0.5–4 Hz) συμβάλλει στην αυτή η σχέση.

Σε ένα σχέδιο διασταύρωσης εντός των υποκειμένων, υγιείς νεαροί ενήλικες εκπαιδεύτηκαν σε μια εργασία οπτικοχωρικής μνήμης πριν από μια νύχτα ύπνου είτε με παρακολούθηση EEG είτε ολικής στέρησης ύπνου και δοκιμάστηκαν το επόμενο πρωί.

Στη συνέχεια, οι συμμετέχοντες εκπαιδεύτηκαν σε μια νέα εργασία με ζευγάρια-συνεργάτες, αλλά δεν δοκιμάστηκαν παρά μόνο 48 ώρες αργότερα (επιτρέποντας τον ύπνο ανάκτησης σε συνθήκες στέρησης ύπνου). Η απόδοση ανάκτησης στις δοκιμές οπτικοχωρικής μνήμης και συζευγμένων συσχετισμών παρείχε έτσι ανεξάρτητες μετρήσεις ενοποίησης ολονύκτιας και μάθησης της επόμενης ημέρας, αντίστοιχα.

Επιλέξαμε αυτές τις συγκεκριμένες εργασίες μνήμης επειδή και οι δύο εξαρτώνται από τον ιππόκαμπο (Eichenbaum2004; Konkel and Cohen 2009) και το πλαίσιο Active Systems ασχολείται κυρίως με την ολονύκτια ενοποίηση των αναμνήσεων που εξαρτώνται από τον ιππόκαμπο (Walker 2009; Born and Wilhelm; al. 2019).

Επιπλέον, προηγούμενες εργασίες έχουν δείξει σταθερά ότι η εδραίωση τόσο των οπτικοχωρικών όσο και των συνδεδεμένων αναμνήσεων ενισχύεται από τον ολονύκτιο ύπνο (Cairney, Lindsay, et al. 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton and Cairney 2021).

Θεωρήσαμε ότι η χρησιμοποίηση 2 εννοιολογικά διαφορετικών εργασιών ήταν η βέλτιστη, καθώς αυτό θα εξασφάλιζε ότι οποιαδήποτε πιθανή σχέση μεταξύ της ενοποίησης μιας νύχτας και της μάθησης της επόμενης ημέρας δεν θα επηρεαζόταν από αναδρομική ή προληπτική παρέμβαση.

By comparing overnight sleep and sleep deprivation, we could also investigate how protracted wakefulness affects the neural correlates of learning. Specifically, EEG recordings were acquired during paired-associates learning to test the hypothesis that sleep deprivation disrupts theta (4–8 Hz) and gamma (>40 Hz) συγχρονισμός, ο οποίος υποστηρίζει τη δέσμευση στοιχείων στην επεισοδιακή μνήμη (Summerfield and Mangels 2005; Osipova et al. 2006; Köster et al. 2018; Henin et al. 2019).

Επιπλέον, σε μια διερευνητική ανάλυση, διερευνήσαμε την επίδραση της στέρησης ύπνου στον αποσυγχρονισμό βήτα 12-20 Hz, έναν καθιερωμένο δείκτη επιτυχούς μάθησης (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι διαταραχές ύπνου επηρεάζουν τη μάθηση και τη μνήμη είναι ολοένα και πιο σημαντική στη σύγχρονη κοινωνία, όπου πολλοί άνθρωποι αποτυγχάνουν να κοιμούνται τακτικά σε επαρκή ποσότητα (Bonnet and Arand 1995; Stranges et al.2012; Becker et al. 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com