Miega zudums izjauc sekmīgas mācīšanās neironu parakstu 1. daļa

Miega režīms atbalsta atmiņas konsolidāciju, kā arī nākamās dienas mācīšanos. Ietekmīgais “Aktīvo sistēmu” pārskats par bezsaistes konsolidāciju liecina, ka ar miegu saistītā atmiņas apstrāde paver ceļu jaunām mācībām, taču empīrisku pierādījumu šīs idejas atbalstam ir maz.

Izmantojot subjektu iekšējo (n=30), krustenisko dizainu, mēs novērtējām uzvedības un elektrofizioloģiskos rādītājus epizodiskai kodēšanai pēc nakts miega vai pilnīga miega trūkuma veseliem pieaugušajiem (vecumā no 18 līdz 25 gadiem) un izpētījām, vai tika prognozēta uzvedības veiktspēja. ar iepriekšējās dienas epizodisku asociāciju konsolidāciju nakti. Salīdzinot ar miega trūkumu, miegs atbalsta atmiņas konsolidāciju un nākamās dienas mācīšanos.

Tomēr šī ar miegu saistītā konsolidācijas ieguvuma lielums būtiski neparedzēja spēju veidot jaunas atmiņas pēc miega. Interesanti, ka miega trūkums izraisīja kvalitatīvas izmaiņas kodēšanas neironu parakstā: tā kā 12–20 Hz beta desinhronizācija - veiksmīgas kodēšanas marķieris - tika novērota pēc miega, miega trūkums izjauca beta desinhroniju veiksmīgas mācīšanās laikā. Kopumā šie atklājumi liecina, ka efektīva mācīšanās ir atkarīga no miega, bet ne vienmēr no ar miegu saistītās konsolidācijas.

Atslēgas vārdi:

mācīšanās; atmiņa; konsolidācija; beta desinhronizācija; miega trūkums.

Ievads

Kā mēs atceramies notikumus no pagātnes dienām? Tagad ir stingri noteikts, ka miegs atvieglo atmiņas konsolidāciju; process, kurā vājas un sākotnēji labilas atmiņas pēdas kļūst par spēcīgiem un noturīgiem priekšstatiem (Gais et al. 2006; Talamini et al. 2008; Payneet al. 2012; Durrant et al. 2016; Cairney, Lindsay, et al. 2018; Gaskell et al. 2018; Eshton et al. 2020; Ashton andCairney 2021).

Lai gan sākotnēji tika uzskatīts, ka miegs nodrošina tikai pasīvu aizsardzību atmiņas nostiprināšanai (ti, pasargājot atmiņas no traucējumiem, ko rada nomoda pieredze), nesenais darbs liecina, ka miega laikā tiek aktīvi nostiprinātas jaunizveidotās atmiņas (Rasch et al. 2007; Schönauer et al. 2017; Cairney , Gutsen et al. 2018; Wang et al. 2019; Schreiner et al. 2021).

Ietekmīgais "Aktīvo sistēmu" pārskats par miegu saistītu konsolidāciju liecina, ka no hipokampa atkarīgo atmiņu atkārtota aktivizēšana lēnā viļņu miega (SWS) laikā atvieglo to migrāciju uz neokorteksu ilgstošai uzglabāšanai (Walker 2009; Born and Wilhelm 2012; Rasch un Born 2013; Klinz 201). al. 2019).

Atbalstot šo viedokli, funkcionālie neiroattēlveidošanas pētījumi ir parādījuši, ka nakts konsolidācija atbalsta atmiņas izguves tīkla nobīdi no hipokampa toneokorteksa (Takashima et al. 2009), un SWS pavadītais laiks prognozē hipokampu atkarības samazināšanos (Takashima et al. 2006; Cairney et al. 2015).

Līdzīgi citi darbi ir parādījuši, ka pēcapmācības miegs (salīdzinājumā ar miega trūkumu) veicina funkcionālu saikni starp aktivitāti hipokampā un prefrontālo garozu, kad atgūšana tiek novērtēta 48 stundas vēlāk (Gais et al. 2007).

Kopumā šie atklājumi liecina, ka informācijas nodošana no hipokampa uz neokortikālu notiek pirmajās naktīs pēc mācīšanās, lai gan, domājams, konsolidācijas process ilgst daudzas nedēļas vai pat mēnešus (Dudai2004; Dudai et al. 2015).

Lai gan miega priekšrocības atmiņas nostiprināšanai ir labi zināmas, nesenais darbs liecina, ka miegs atbalsta arī nākamajā dienā no hipokampu atkarīgo atmiņu apguvi.

Ja miega trūkuma nakts ir pirms jaunas mācīšanās iespējas, deklaratīvā atmiņa ir nopietni traucēta pat pēc atveseļošanās miega (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015; Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018), liecina, ka miega trūkums traucē atmiņas kodēšanas hipokampu. Patiešām, salīdzinot ar parastu nakts miegu, miega trūkums vājina hipokampu atbildes reakcijas veiksmīgas mācīšanās laikā (ti, atmiņām, kas tiek pareizi atsauktas atmiņā vēlākā atgūšanas testā pēc atveseļošanās miega), izraisot vispārēju atsaukšanas veiktspējas samazināšanos (Yoo et al. 2007).

Attiecīgi dienas snaudas ne tikai atvieglo mācīšanos (Mander et al. 2011), bet arī atjauno hipokampu kodēšanas spējas, salīdzinot ar līdzvērtīgu nomoda periodu (Ong et al. 2020).

Dažādu smadzeņu ritmu mijiedarbība ir identificēta kā galvenais mehānisms, kas regulē saziņu starp hipokampu un neokorteksu ar miegu saistītās atmiņas apstrādes laikā.

Lēnas svārstības (<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). 

Delta viļņi (1–4 Hz), kontrastējot, ir saistīti ar aizmirstību, izmantojot sinaptiskās renormalizācijas procesus (Genzel et al. 2014), un tiek uzskatīts, ka tie mijiedarbojas ar lēnām svārstībām, lai regulētu līdzsvaru starp atmiņas konsolidāciju un vājināšanu (Kim et al. 2019).

Interesanti, ka neironu svārstības, kas saistītas ar nakts atmiņu apstrādi, ir saistītas arī ar jaunmācību hipokampā, kas liecina, ka šie procesi ir balstīti uz pārklāšanās mehānismiem.

Piemēram, selektīva lēno viļņu aktivitātes (SWA; 0,5–4 Hz) nomākšana, izmantojot akustiskās perturbācijas pieeju, pasliktina deklaratīvās atmiņas kodēšanu un samazina ar kodēšanu saistīto aktivitāti hipokampā (Van Der Werf et al.2009). Savstarpēji SWA uzlabošana, izmantojot elektrisko stimulāciju, uzlabo no hipokampu atkarīgo atmiņu kodēšanu, bet ne no hipokampu saistītās procesuālās prasmes (Antonenko et al. 2013).

Lēnu svārstību palielināšana, izmantojot dzirdes stimulāciju, rada līdzīgus efektus, jo lēno svārstību pastiprināšanās lielums paredz gan hipokampu aktivāciju, gan uzvedības veiktspēju kodēšanas laikā (Ong et al.2018). Cik lielā mērā atmiņas procesi, ko izraisa miega smadzeņu ritmi, veicina nākamās dienas mācīšanās spējas, vēl nav tieši jāpārbauda empīriskajos pētījumos.

Šajā iepriekš reģistrētajā pētījumā (osf.io/78dja) mēs pārbaudījām hipotēzi, ka tas, cik lielā mērā indivīdi miega laikā nostiprina jaunas atmiņas, paredz viņu spēju nākamajā dienā kodēt jaunu informāciju un ka SWA (0,5–4 Hz) veicina šīs attiecības.

Pētījuma ietvaros veseli jaunieši tika apmācīti vizuālās telpiskās atmiņas uzdevumā pirms nakts EEG kontrolēta miega vai pilnīgas miega trūkuma, un viņi tika pārbaudīti nākamajā rītā.

Pēc tam dalībnieki tika apmācīti veikt jaunu pāru asociēto uzdevumu, bet tika pārbaudīti tikai 48 stundas vēlāk (ļaujot atgūt miegu miega trūkuma apstākļos). Tādējādi vizuālās telpiskās atmiņas un pāru saistīto testu izguves veiktspēja attiecīgi nodrošināja neatkarīgu nakts konsolidācijas un nākamās dienas mācīšanās metriku.

Mēs izvēlējāmies šos konkrētos atmiņas uzdevumus, jo tie abi ir atkarīgi no hipokampa (Eichenbaum2004; Konkel un Cohen 2009), un Active Systems ietvars galvenokārt ir saistīts ar no hipokampa atkarīgo atmiņu konsolidāciju vienas nakts laikā (Walker 2009; Born un Wilhelm 2012; al. 2019).

Turklāt iepriekšējie darbi ir konsekventi parādījuši, ka gan vizuālo telpisko, gan pārī saistīto atmiņu konsolidāciju veicina nakts miegs (Cairney, Lindsay et al. 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton and Cairney 2021).

Mēs uzskatījām, ka 2 konceptuāli atšķirīgu uzdevumu veikšana ir optimāla, jo tas nodrošinātu, ka jebkādas iespējamās attiecības starp vienas nakts konsolidāciju un nākamās dienas mācīšanos neietekmēs retroaktīva vai proaktīva iejaukšanās.

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) sinhronizāciju, kas atbalsta vienumu saistīšanu epizodiskajā atmiņā (Summerfield un Mangels 2005; Osipova et al. 2006; Köster et al. 2018; Henin et al. 2019).

Turklāt pētnieciskā analīzē mēs pētījām miega trūkuma ietekmi uz 12–20 Hz beta desinhronizāciju, kas ir atzīts veiksmīgas mācīšanās marķieris (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

Izpratne par to, kā miega traucējumi pasliktina mācīšanos un atmiņu, kļūst arvien svarīgāka mūsdienu sabiedrībā, kur daudziem cilvēkiem neizdodas regulāri izgulēties (Bonnet un Arand 1995; Stranges et al. 2012; Becker et al. 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com