Hilang Tidur Mengganggu Tanda Tangan Neural Pembelajaran Berjaya Bahagian 1

Tidur menyokong penyatuan ingatan serta pembelajaran pada hari berikutnya. Akaun "Sistem Aktif" yang berpengaruh bagi penyatuan luar talian menunjukkan bahawa pemprosesan memori yang berkaitan dengan tidur membuka jalan kepada pembelajaran baharu, tetapi bukti empirikal yang menyokong idea ini adalah terhad.

Dengan menggunakan subjek dalam (n=30), reka bentuk silang, kami menilai indeks tingkah laku dan elektrofisiologi pengekodan episod selepas tidur malam atau kurang tidur sepenuhnya dalam orang dewasa yang sihat (berumur 18–25 tahun) dan menyiasat sama ada prestasi tingkah laku telah diramalkan oleh penyatuan semalaman persatuan episod dari hari sebelumnya. Penyatuan ingatan yang disokong tidur dan pembelajaran keesokan harinya berbanding dengan kekurangan tidur.

Walau bagaimanapun, magnitud manfaat penyatuan yang berkaitan dengan tidur ini tidak meramalkan dengan ketara keupayaan untuk membentuk kenangan baru selepas tidur. Menariknya, kekurangan tidur mendorong perubahan kualitatif dalam tandatangan saraf pengekodan: Manakala penyahsegerakan beta 12–20 Hz-penanda mantap pengekodan yang berjaya-dicerap selepas tidur, kekurangan tidur mengganggu nyahkroni beta semasa pembelajaran berjaya. Secara keseluruhan, penemuan ini mencadangkan bahawa pembelajaran yang berkesan bergantung pada tidur tetapi tidak semestinya pada penyatuan yang berkaitan dengan tidur.

Kata kunci:

pembelajaran; ingatan; penyatuan; penyahsegerakan beta; kurang tidur.

pengenalan

Bagaimanakah kita mengingati peristiwa dari zaman dahulu? Ia kini kukuh bahawa tidur memudahkan penyatuan memori; proses di mana kesan ingatan yang lemah dan pada mulanya labil menjadi perwakilan yang kuat dan berkekalan (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).

Walaupun tidur pada asalnya dianggap hanya memberikan perlindungan pasif kepada penyatuan ingatan (iaitu dengan melindungi ingatan daripada gangguan yang ditimbulkan oleh pengalaman terjaga), kerja baru-baru ini menunjukkan bahawa ingatan yang baru terbentuk secara aktif diperkukuhkan semasa tidur (Rasch et al. 2007; Schönauer et al. 2017; Cairney , Guttesen, et al. 2018; Wang et al. 2019; Schreiner et al. 2021).

Akaun "Sistem Aktif" yang berpengaruh bagi penyatuan yang berkaitan dengan tidur menyatakan bahawa pengaktifan semula kenangan yang bergantung kepada hippocampus semasa tidur gelombang perlahan (SWS) memudahkan penghijrahan mereka ke neokorteks untuk penyimpanan jangka panjang (Walker 2009; Born dan Wilhelm2012; Rasch dan Born 2013; Klinzing et. al. 2019).

Menyokong pandangan ini, kajian neuroimaging berfungsi telah menunjukkan bahawa penyatuan semalaman menyokong peralihan dalam rangkaian pengambilan semula memori daripada hippocampus toneocortex (Takashima et al. 2009), dengan masa yang dihabiskan dalam SWS meramalkan pengurangan kebergantungan semula hippocampal (Takashima et al. 2006; Cairney et al. 2015).

Sepanjang garis yang sama, kerja lain telah menunjukkan bahawa tidur selepas pembelajaran (berbanding dengan kekurangan tidur) menggalakkan gandingan berfungsi antara aktiviti inhippocampus dan korteks prefrontal apabila pengambilan dinilai 48 jam kemudian (Gais et al. 2007).

Secara keseluruhan, penemuan ini mencadangkan bahawa pemindahan maklumat hippocampal-ke-neokortikal muncul pada malam pertama selepas pembelajaran, walaupun proses penyatuan mungkin mengambil masa beberapa minggu atau bahkan beberapa bulan untuk diselesaikan (Dudai2004; Dudai et al. 2015).

Walaupun faedah tidur untuk penyatuan ingatan diketahui umum, kerja baru-baru ini telah menunjukkan bahawa tidur juga menyokong pembelajaran hari berikutnya tentang kenangan bergantung kepada hippocampus.

Apabila malam kurang tidur mendahului peluang pembelajaran baru, ingatan deklaratif akan terjejas teruk, walaupun selepas tidur pemulihan (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015; Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018), mencadangkan bahawa ketiadaan tidur mengganggu pengekodan memori dalam hippocampus. Sememangnya, berbanding dengan tidur malam biasa, kurang tidur melemahkan tindak balas hippocampal semasa pembelajaran yang berjaya (iaitu untuk kenangan yang diingati dengan betul dalam ujian perolehan kemudian selepas tidur pemulihan), yang membawa kepada penurunan keseluruhan prestasi ingat (Yoo et al. 2007).

Sejajar dengan itu, tidur siang bukan sahaja memudahkan pembelajaran (Mander et al. 2011) tetapi juga memulihkan keupayaan pengekodan hippocampal berbanding tempoh terjaga yang sama (Ong et al. 2020).

Interaksi pelbagai irama otak telah dikenal pasti sebagai mekanisme utama yang mengawal komunikasi antara hippocampus dan neokorteks semasa pemprosesan memori yang berkaitan dengan tidur.

Ayunan perlahan (<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). 

Gelombang delta (1–4 Hz), sebaliknya, telah terlibat dalam melupakan melalui proses penormalan semula sinaptik (Genzel et al. 2014) dan difikirkan untuk berinteraksi dengan ayunan perlahan untuk mengawal keseimbangan antara penyatuan dan kelemahan memori (Kim et al. 2019).

Menariknya, ayunan saraf yang terlibat dalam pemprosesan memori semalaman juga telah dikaitkan dengan pembelajaran baru dalam hippocampus, menunjukkan bahawa proses ini bergantung pada mekanisme yang bertindih.

Contohnya, menyekat aktiviti gelombang perlahan secara terpilih (SWA;0.5–4 Hz) melalui pendekatan gangguan akustik menjejaskan pengekodan ingatan deklaratif dan mengurangkan aktiviti berkaitan pengekodan dalam hippocampus (Van Der Werf et al.2009). Secara timbal balik, meningkatkan SWA walaupun rangsangan elektrik meningkatkan pengekodan ingatan bergantung kepada hippocampus tetapi bukan kemahiran prosedur nonhippocampal (Antonenko et al. 2013).

Meningkatkan ayunan perlahan melalui rangsangan pendengaran membawa kepada kesan yang sama, dengan magnitud peningkatan ayunan perlahan meramalkan kedua-dua pengaktifan hippocampal dan prestasi tingkah laku pada pengekodan (Ong et al.2018). Sejauh mana proses ingatan yang dimediasi oleh irama otak tidur menyumbang kepada keupayaan pembelajaran hari berikutnya masih belum diperiksa secara langsung dalam penyelidikan empirikal.

Dalam kajian prapendaftaran ini (osf.io/78dja), kami menguji hipotesis bahawa sejauh mana individu menyatukan ingatan baharu semasa tidur meramalkan kebolehan mereka untuk mengekod maklumat baharu daya berikut dan yang SWA (0.5–4 Hz) menyumbang kepada hubungan ini.

Dalam subjek dalam, reka bentuk silang, orang dewasa muda yang sihat telah dilatih mengenai tugas memori visuospatial sebelum malam sama ada tidur yang dipantau EEG atau kekurangan tidur total dan telah diuji pada keesokan harinya.

Selepas itu, para peserta telah dilatih dalam tugas pasangan berganding novel tetapi tidak diuji sehingga 48 jam kemudian (membolehkan tidur pemulihan dalam keadaan kurang tidur). Prestasi perolehan semula pada memori visuospatial dan ujian bersekutu berpasangan dengan itu menyediakan metrik bebas penyatuan semalaman dan pembelajaran hari berikutnya, masing-masing.

Kami memilih tugas ingatan tertentu ini kerana kedua-duanya bergantung pada hippocampus (Eichenbaum2004; Konkel dan Cohen 2009) dan Rangka Kerja Sistem Aktif terutamanya berkenaan dengan penyatuan semalaman kenangan yang bergantung kepada hippocampus (Walker 2009; Born dan Wilhelm 2012; Rascht2013; Rascht2012; Rascht. al. 2019).

Selain itu, kerja sebelum ini secara konsisten menunjukkan bahawa penyatuan kedua-dua kenangan visual dan berpasangan disokong oleh tidur semalaman (Cairney, Lindsay, et al. 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton dan Cairney 2021).

Kami berpendapat bahawa menggunakan 2 tugasan berbeza secara konsep adalah optimum, kerana ini akan memastikan bahawa sebarang potensi hubungan antara penyatuan semalaman dan pembelajaran hari berikutnya tidak akan dipengaruhi oleh gangguan retroaktif atau proaktif.

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) penyegerakan, yang menyokong pengikatan item dalam ingatan episod (Summerfield dan Mangels 2005; Osipova et al. 2006; Köster et al. 2018; Henin et al. 2019).

Tambahan pula, dalam analisis penerokaan, kami menyiasat kesan kekurangan tidur pada penyahsegerakan beta 12–20 Hz, penanda pembelajaran yang berjaya (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

Memahami bagaimana gangguan tidur menjejaskan pembelajaran dan ingatan semakin penting dalam masyarakat moden, di mana ramai orang gagal mendapatkan jumlah tidur yang mencukupi secara kerap (Bonnet dan Arand 1995; Stranges et al.2012; Becker et al. 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com