Hilang Tidur Mengganggu Tanda Tangan Neural Pembelajaran Berjaya Bahagian 3

Analisis data

Tingkah laku

Data gelagat dianalisis menggunakan R Studio (v.1.4.1717,R Studio Team 2021). Penyatuan memori diindeks oleh perubahan dalam ketepatan memori visuospatial antara ujian segera dan tertunda.

Ujian tertunda ialah kaedah ujian yang sering digunakan untuk menguji ingatan dan kesan pembelajaran. Prinsip asasnya ialah selepas tugas pembelajaran dan ingatan tertentu selesai, ujian ditangguhkan untuk beberapa waktu untuk memerhati ingatan jangka panjang orang dan penguasaan pengetahuan yang dipelajari.

Penyelidikan menunjukkan bahawa ujian tertunda boleh membantu kami menyatukan ingatan dan meningkatkan pembelajaran. Kami biasanya belajar dan menghafal berulang kali apabila mempelajari pengetahuan baharu, tetapi ujian tertunda boleh membantu kami menghafal dan mengingat dengan lebih berkesan, membantu memperdalam pemahaman dan ingatan kami tentang pengetahuan yang telah kami pelajari. Ingatan yang mendalam ini lebih berkemungkinan membantu kita pulih dengan cepat dan mengingat kembali maklumat yang kita perlukan pada masa hadapan.

Melalui ujian tertunda, kita boleh menemui titik buta dalam pembelajaran kita, mengetahui kandungan yang paling sukar untuk kita ingat, dan mengkaji dan menguasai semula dengan cara yang disasarkan untuk menguasai pengetahuan yang diperlukan secara lebih komprehensif.

Tetapi kita perlu ambil perhatian bahawa ujian kelewatan tidak berkesan sepenuhnya. Ia digunakan terutamanya untuk menyatukan pengetahuan yang telah kita kuasai, dan tidak akan membantu kita mempelajari konsep atau mata pengetahuan. Oleh itu, apabila mempelajari ilmu baru, kita juga perlu lebih banyak mencatat dan mengaplikasikan ilmu yang dipelajari dalam kehidupan sebenar bagi mendalami kefahaman dan ingatan terhadap ilmu tersebut.

Pendek kata, ujian tertunda sangat membantu pembelajaran dan ingatan kita. Ia membolehkan kami menyatukan ingatan pengetahuan dengan lebih baik dan mempelajari serta menguasai pengetahuan yang diperlukan dengan lebih berkesan. Marilah kita menggunakan ujian tertunda secara aktif untuk meningkatkan hasil pembelajaran kita dan menguasai pengetahuan dan kemahiran yang diperlukan dengan lebih baik semasa proses pembelajaran. Ia boleh dilihat bahawa kita perlu meningkatkan daya ingatan, dan Cistanche deserticola boleh meningkatkan daya ingatan dengan ketara kerana Cistanche deserticola adalah bahan perubatan tradisional Cina yang mempunyai banyak kesan unik, salah satunya adalah untuk meningkatkan daya ingatan. Keberkesanan daging cincang berasal dari pelbagai bahan aktif yang terkandung di dalamnya, termasuk asid, polisakarida, flavonoid, dll. Bahan-bahan ini boleh menggalakkan kesihatan otak dalam pelbagai cara.

Klik tahu suplemen untuk meningkatkan ingatan

Bagi setiap ujian dan peserta, kami mengira skor ralat untuk setiap imej dengan mengira jarak (cm) antara lokasi yang dipanggil semula (pusat imej) dan lokasi di mana imej itu muncul semasa tontonan pasif. Kami memperoleh indeks pengekalan (RI) dengan menolak skor ralat pada ujian tertunda daripada skor ralat pada ujian segera untuk setiap imej dan kemudian purata merentas imej.

RI susulan dikira antara ujian segera dan susulan menggunakan kaedah yang sama. Untuk memudahkan pemahaman (cth RI yang lebih tinggi=pengekalan yang lebih baik), kami menukar susunan penolakan RI kepada yang telah dipradaftarkan.

This change yields statistically identical results aside from the sign change. As preregistered, 1 participant was removed from analyses that included RISleepBenefit scores (see below) because their RI at the delayed test in the sleep deprivation condition was >3 SD daripada min.

Pembelajaran hari berikutnya dinilai oleh indeks pembelajaran(LI), yang disamakan dengan peratusan imej yang diiktiraf dengan betul pada ujian pasangan bersekutu. Antara perbezaan keadaan dalam RI dan LI dianalisis menggunakan ujian-t sampel berpasangan dengan ambang keertian P < 0.05. Kami melaporkan Cohen's d "klasik" sebagai anggaran kesan kami kerana ia tidak terjejas oleh reka bentuk eksperimen dan dengan itu memudahkan perbandingan merentas kajian yang berbeza (fungsi R: cohen, pakej R: LSR, Navarro2015).

Salah satu matlamat utama kami adalah untuk menyiasat perkaitan antara penyatuan yang berkaitan dengan tidur dan pembelajaran hari berikutnya serta cara SWA menyumbang kepada perhubungan ini. Untuk melakukan ini, kami mula-mula mengukur faedah tidur (berbanding kekurangan tidur) pada RI dan LI. Kami menolak (untuk setiap peserta) RI dalam keadaan kurang tidur daripada RI dalam keadaan tidur untuk memperoleh Manfaat RISleep.

Begitu juga, kami menolak (untuk setiap peserta) LI dalam keadaan kurang tidur daripada LI dalam keadaan tidur untuk mendapatkan LISleepBenefit. Oleh itu, skor positif pada RISleepBenefit dan LISleepBenefit menunjukkan peningkatan prestasi yang berkaitan dengan tidur. RISleepBenefit dan SWA (lihat di bawah) telah dimasukkan sebagai peramal LISleepBenefit dalam analisis regresi berbilang kemasukan paksa.

Analisis regresi berbilang Bayesian (pakej R: BayesFactor, Morey, dan Rouder 2018) digunakan untuk menguji bukti nol (iaitu tiada hubungan antara penyatuan berkaitan tidur [RISleepBenefit], SWA dan pembelajaran hari berikutnya [LISleepBenefit]). Korelasi penerokaan telah dikira menggunakan Pearson's R.

EEG (tidur)

Prapemprosesan

Data EEG tidur telah dibahagikan kepada 3{19}} zaman dan dijaringkan dalam RemLogic 3.4 mengikut kriteria standard (Iber 2007). Epochs dijaringkan sebagai N2 atauSWS peringkat tidur telah dieksport ke MATLAB 2019a menggunakan FieldTriptoolbox (Oostenveld et al. 2011, v.10/04/18) untuk analisis lanjut. Artifak telah dikenal pasti dan dialih keluar menggunakan Pelayar DataFieldTrip (min ± artifak SD ditolak, 3.5 ± 2.85), saluran bising telah dialih keluar (4 saluran merentas 4 peserta) dan 2 set data keseluruhan dikecualikan kerana hingar yang berlebihan. Data yang selebihnya adalah laluan jalur ditapis antara 0.3 Hz dan 30 Hz menggunakan penapis laluan rendah dan laluan tinggi Butterworth.

Analisis spektrum kuasa

Disebabkan oleh bunyi yang ketara dalam saluran oksipital (sebagai akibat elektrod tertanggal pada waktu malam pada beberapa peserta), kami hanya memasukkan saluran hadapan (F3 dan F4), tengah (C3 dan C4), dan parietal (P3 dan P4) dalam analisis spektrum kami daripada data EEG tidur. Menggunakan fungsi daripada kotak alat FieldTrip, zaman N2 tanpa artifak dan zaman SWS telah digunakan pada Transformasi Fourier Pantas dengan 10.24- tetingkap Hanning dan 50% pertindihan. Kuasa EEG dalam SWA (0.5– 4 Hz) dan jalur gelendong pantas (12.1–16 Hz) ditentukan dengan purata merentasi tong frekuensi dan saluran yang sepadan.

EEG (pembelajaran)

Prapemprosesan

Kesemua 8 saluran EEG (F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1, dan O2) telah dimasukkan dalam analisis pembelajaran kami. Data ditapis laluan tinggi (0.5 Hz), ditapis takuk (49–51 Hz) dan dibahagikan kepada percubaan (−3 s hingga 4.5 s sekitar permulaan rangsangan). Percubaan yang peserta tidak bertindak balas telah dialih keluar daripada analisis (min ± SD tidak termasuk percubaan, tidur: 0.1 ± 0.45, kekurangan tidur: 5.11 ± 7.93, Priestet al. 2001).

Daripada elektrod kulit kepala, kelipan mata dan komponen jantung telah dikenal pasti dan dikeluarkan menggunakan analisis komponen bebas, dan saluran bising diinterpolasi melalui purata wajaran jiran terdekat mereka (14 saluran merentas 6 peserta dan 2 keadaan). Percubaan telah diperiksa secara visual dan data daripada 2 peserta telah dialih keluar disebabkan oleh hingar yang berlebihan dalam berbilang saluran.

Analisis kekerapan masa

Perwakilan frekuensi masa (TFR) dikira secara berasingan untuk frekuensi yang lebih rendah (4–30 Hz) dan frekuensi yang lebih tinggi (30–60 Hz). Batas atas pradaftar kami ialah 120 Hz, tetapi oleh kerana kadar pensampelan kami ialah 200 Hz, sempadan atas berada di atas kekerapan Nyquist dan perlu diturunkan. Untuk frekuensi yang lebih rendah, data telah dililitkan dengan 5-5-kitaran Hanning tirus dalam 0.{ {9}}Langkah frekuensi Hz dan 5-langkah mstime menggunakan panjang tetingkap penyesuaian (iaitu panjang tetingkap berkurangan dengan peningkatan frekuensi, cth1.25 s pada 4 Hz dan 1 s pada 5 Hz, untuk mengekalkan 5 kitaran).

Untuk frekuensi yang lebih tinggi, data telah digabungkan dengan tirus bagi Slepiansequence (3 tirus), juga dalam langkah 0.5 Hz dan 5 ms dengan panjang tetingkap penyesuaian. Untuk analisis terakhir ini, pelicinan frekuensi telah ditetapkan kepada 0.4 daripada kekerapan faedah (cth. pelicinan 20 Hz pada 50 Hz). Penolakan artifak dicapai melalui pendekatan terdorong data yang digunakan secara berasingan pada analisis frekuensi yang lebih rendah dan lebih tinggi: nilai kuasa yang melebihi persentil ke-85 sepanjang masa/titik frekuensi dan percubaan telah dialih keluar daripada set data setiap peserta.
TFR telah ditukar kepada peratus perubahan kuasa berbanding tetingkap garis dasar prastimulus −400 ms hingga -200 ms. Tetingkap ini dipilih untuk mengurangkan pencemaran garis dasar oleh aktiviti pascastimulus sambil mengekalkan kedekatan dengan permulaan rangsangan (perhatikan bahawa tetingkap masa pascastimulus minat kami bermula pada 0.3 s, lihat di bawah).

Percubaan dibahagikan kepada pasangan imej kata sifat yang diingati dan dilupakan (berdasarkan fasa ujian 48 jam kemudian). Oleh kerana penapis takik 49-51 Hz kami bertindih dengan julat frekuensi gamma kami, telah menjalankan analisis frekuensi tinggi kami (30-60 Hz) tanpa penapis takik dan keputusan dalam julat frekuensi gamma (40-60 Hz) tidak berubah.

Perangkaan

Analisis TFR dilakukan sebagai analisis sampel bergantung dan telah diperbetulkan untuk berbilang perbandingan menggunakan kaedah pilih atur berasaskan kluster bukan parametrik FieldTrip (1,000 rawak). Kelompok ditakrifkan mengikut masa saluran ∗ sambil membuat purata merentas jalur frekuensi yang diminati (theta [4–8 Hz], alfa [8–12 Hz], beta [12–20 Hz] dan gamma [40–60 Hz], ambang kluster P < 0.05).

Analisis pradaftar dalam jalur gamma dan gamma adalah {{0}}berekor, manakala analisis penerokaan adalah 2-berekor. Untuk mengurangkan gangguan daripada respons yang ditimbulkan visual awal, tetingkap masa minat ditetapkan daripada 0.3 s kepada 2 s (Friedman dan Johnson 2000; Osipova et al. 2006). Pendekatan faktorial digunakan untuk menilai kesan kekurangan tidur(berbanding tidur) pada korelasi saraf pengekodan: Kami mengira perbezaan purata besar TFR untuk gandingan imej adjektif yang diingati kemudiannya dalam setiap keadaan (tidur dan kurang tidur) dan kemudian masukkan ini berbeza dengan analisis permutasi berasaskan kluster (Sleepremembered > forgotten > SleepDeprivationremembered > forgotten).

Untuk mencerminkan rasional ujian pilih atur berasaskan kluster, kami melaporkan kesannya sebagai dz Cohen berdasarkan purata kluster terbesar (iaitu purata merentas semua saluran dan titik masa yang menyumbang pada mana-mana titik kepada kluster terbesar, Meyeret al. 2021).

Keputusan

Tidur memberi manfaat kepada penyatuan ingatan

Untuk menilai penyatuan semalaman, kami mengira RIfdaripada ujian memori visuospatial segera dan tertunda (RI yang lebih tinggi {{0}} pengekalan semalaman yang lebih baik, lihat kaedah Bahandan). Seperti yang dijangkakan, RI adalah lebih tinggi dengan ketara selepas tidur berbanding kekurangan tidur (t(28)=3.78,P <0.001, d=0.71, lihat Rajah 2a). Untuk memastikan bahawa penemuan kami tidak didorong oleh kelesuan perbezaan antara keadaan pada ujian tertunda, kami juga menilai pengekalan ingatan antara ujian segera dan susulan (yang berlaku 48 jam selepas ujian tertunda, dengan itu membenarkan tidur pemulihan).

Seperti yang dijangkakan, RI masih lebih tinggi dengan ketara dalam keadaan tidur (berbanding kekurangan tidur) (t(28)=2.18, P=0.038, d {{5} }.44, lihat Rajah 2b), menunjukkan bahawa tidur telah memudahkan penyatuan semalaman. Tiada perbezaan antara keadaan yang ketara dalam ketepatan visuospatial pada paling segera (min ± ralat standard min (SEM), tidur:2.44 ± 0.10, kekurangan tidur: 2.57 ± 0.10, t (28)=−0.98,P=0.337, d=0.19, BF01=3.28) dan tiada perbezaan dalam faedah tidur pada pengekalan ( RISleepBenefit [keadaan iesleep RI − keadaan kurang tidur RI], lihat di bawah) antara peserta yang melengkapkan keadaan tidur sebelum atau selepas keadaan kurang tidur(t(27)=0.22, P=0.828, d=0.08, BF01=2.81).

Walaupun masa tindak balas pada PVT adalah lebih perlahan pada waktu pagi selepas kurang tidur (min ± SEM,399.00 ms ± 17.63) daripada tidur (289.15 ± 4.34, P < 0.0{ {19}}1), tidak terdapat hubungan yang signifikan antara RISleepBenefit dan PVTSleepBenefit (iaitu min RT selepas tidur − min RT selepas kurang tidur, R{{10}} −0.15, P {{ 13}}.440, BF01=1.92). Begitu juga, seperti yang ditunjukkan oleh SSS, peserta berasa kurang arif selepas kurang tidur (min ± SEM, 5.37 ± 0.15) berbanding selepas tidur (2.27 ± 0.16). Walau bagaimanapun, tiada korelasi yang ketara antara RISleepBenefit dan SSSSleepBenefit(iaitu penarafan min selepas tidur - penarafan min selepas kurang tidur, R2 < −0.01, P=0.991, BF01=2.46). Analisis lanjutan data PVT dan SSS tersedia dalam Bahan Tambahan.
Tidur meningkatkan pembelajaran keesokan harinya

Untuk menilai prestasi pengekodan selepas tidur atau kurang tidur, kami mengira LI, yang disamakan dengan peratusan imej yang diiktiraf dengan betul pada ujian rakan berganding (ini berlaku 48 jam selepas pengekodan, selepas tidur pemulihan). Seperti yang dijangkakan, prestasi pengekodan adalah lebih tinggi dengan ketara selepas tidur berbanding kekurangan tidur (t(29)=12.19, P < 0.001, d=2.17, lihat Rajah 2c), mencadangkan bahawa tidur telah memberi manfaat kepada pembelajaran pada hari berikutnya. Tidak terdapat perbezaan yang signifikan dalam faedah tidur pada pembelajaran baharu (LISleepBenefit; iaitu keadaan tidurLI − keadaan kurang tidur LI, lihat di bawah) antara peserta yang menyelesaikan keadaan tidur sebelum atau selepas keadaan kurang tidur ( t(28)=0.37,P=0.712, d=0.14, BF01=2.75).

Tiada hubungan yang signifikan antaraLISleepBenefit dan PVTSleepBenefit (R{{0}} −0.30, P=0.113), walaupun bukti untuk null kekal tidak konklusif (BF{{ 5}}.86). Begitu juga, tiada korelasi yang ketara antara LISleepBenefit dan SSSSleepBenefit(R2=−0.35, P=0.056) dengan bukti tidak konklusif untuk null (BF01=0.53).

Tiada hubungan antara penyatuan berkaitan tidur, aktiviti gelombang perlahan dan pembelajaran hari berikutnya

Seterusnya, kami menguji hipotesis bahawa penyatuan semalaman meramalkan pembelajaran hari berikutnya dan SWA menyumbang kepada hubungan ini. Oleh kerana kami menyasarkan untuk menyasarkan hubungan antara pemprosesan memori yang berkaitan dengan tidur dan pembelajaran hari berikutnya, adalah perlu untuk terlebih dahulu mengukur kesan positif tidur (berbanding kekurangan tidur) pada RI dan LI. Oleh itu, kami menolak kedua-dua RI dan LI antara keadaan kurang tidur dan kurang tidur (berdasarkan asas peserta demi peserta) sehingga skor positif pada metrik RISleepBenefit dan LISleepBenefit yang terhasil menunjukkan peningkatan prestasi yang berkaitan dengan tidur. SWA ditakrifkan sebagai kuasa EEG dalam 0.5–4 Hz jalur frekuensi semasa peringkat tidur N2 dan SWS (runtuh merentas semua saluran EEG). Dalam model regresi berbilang, kami memasukkanRISleepBenefit dan SWA sebagai peramal dan LISleepBenefit sebagai pembolehubah hasil. Bertentangan dengan jangkaan, penyatuan berkaitan tidur (RISleepBenefit) dan SWA tidak mengambil kira pembelajaran hari berikutnya dengan ketara (LISleepBenefit,F(2, 24)=1.51, R2=0.11, P {{ 18}}.242, lihat Rajah 3). Tiada perhubungan yang ketara diperhatikan antara RISleepBenefit danLISleepBenefit secara bebas daripada SWA (B=3.30, t(24)=0.86,P=0.399) atau antara SWA dan LISleepBenefit secara bebas daripada RISleepBenefit (B=−0.51, t(24)=−1.65, P=0.111).RISleepBenefit tidak mempunyai korelasi yang ketara dengan SWA (R{ {37}}.21, P=0.298). Analisis Bayesian susulan mendedahkan bukti anekdot yang menyokong nol (iaitu penyatuan berkaitan tidur dan SWA tidak mengambil kira pembelajaran hari berikutnya, BF01=2.04).

Dalam analisis subsidiari, kami mengulangi regresi berganda ini tetapi hanya memasukkan data daripada keadaan tidur ke dalam model kami (iaitu RISleepBenefit dan LISleepBenefit digantikan dengan RI dan LI daripada keadaan tidur sahaja). Penemuan kami mencerminkan analisis di atas: penyatuan berkaitan tidur (RI) dan SWA tidak mengambil kira secara signifikan pembelajaran hari berikutnya (LI, F(2, 25)=1.83, P=0.181 , R2=0.13, BF{{10}}.68).Tiada juga hubungan yang signifikan antaraRI dan LI secara bebas daripada SWA (B=4.46, t(25 )=1.67,P=0.107) atau antara SWA dan LI secara bebas daripada RI(B=−0.25, t(25)=−1.16, P { {26}}.256), dan tiada korelasi yang ketara diperhatikan antara RI dan SWA (R2=0.28,P=0.143).

Kami juga meneroka sama ada RI dalam keadaan tidur dikaitkan dengan parameter tidur lain yang sebelum ini terlibat dalam penyatuan ingatan deklaratif: masa(min) dalam SWS (Backhaus et al. 2006; Scullin 2013) dan kuasa gelendong pantas (12.1–16 Hz , Cox et al. 2012; Tamminen et al. 2010). Walau bagaimanapun, tiada hubungan yang signifikan muncul (semua P > 0.368). Data tidur tersedia dalam Jadual 1.

Kekurangan tidur mengganggu penyegerakan beta semasa pembelajaran berjaya

Akhirnya, kami menguji hipotesis bahawa kekurangan tidur mengganggu penyegerakan theta dan gamma semasa pembelajaran. Walau bagaimanapun, tiada perbezaan ketara diperhatikan dalam jalur theta (4–8 Hz) atau gamma (40–60 Hz) apabila membandingkan TFR antara gandingan imej adjektif yang diingati dan terlupa atau antara keadaan tidur dan kekurangan tidur, dan terdapat tiada interaksi yang ketara antara kontras ini (semua P > 0.05).

Dalam analisis penerokaan, kami menyiasat kesan kekurangan tidur pada penyahsegerakan beta, penanda pembelajaran yang berjaya (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016). Selaras dengan penemuan sebelumnya ini, pengurangan keseluruhan dalam kuasa beta diperhatikan semasa pengekodan pada gandingan imej adjektif yang diingati (vs. terlupa) apabila menggabungkan keadaan tidur dan kekurangan tidur (bersamaan dengan 2 kelompok di hemisfera kiri bermula pada ~ 1.5-1.7 s (P=0.044,d=-0.66) dan pada ~1.75–1.9 s (P=0.038, d=−0.49) selepas permulaan rangsangan (lihat Rajah 4a ).

Menariknya, perubahan dalam kuasa beta yang mengiringi pembelajaran yang berjaya adalah berbeza dengan ketara dalam keadaan tidur dan kekurangan tidur (interaksi, sepadan dengan gugusan di hemisfera kiri ∼{{0}}.5–0.7 s, P=0.014, d=−0.33, lihat Rajah 4b dan d). Manakala pengekodan gandingan imej adjektif yang diingati (vs. terlupa) dikaitkan dengan pengurangan kuasa beta selepas tidur ( P=0.005),peningkatan kuasa beta yang jelas muncul daripada kontras yang sama selepas kekurangan tidur (P=0.019, lihat Rajah 4c, walaupun ujian post hoc yang terakhir ini tidak bertahan dengan pembetulan Bonferroni, alpha { {16}}.0125). Selain itu, kuasa beta telah dikurangkan dengan ketara semasa pengekodan pasangan yang diingati kemudiannya dalam keadaan tidur (berbanding kekurangan tidur) (P=0.001), tetapi tiada perbezaan sedemikian diperhatikan semasa pengekodan pasangan yang terlupa kemudiannya (P=0 .928).

To explore whether this significant interaction was driven by increased fatigue in the sleep deprivation (vs. sleep) condition, we correlated (for each participant) average beta power for the contrast Sleepremembered > forgotten >Kekurangan Tidur diingati > dilupakan (dalam kelompok peringkat kumpulan yang penting) dengan SSSSleepBenefit danPVTSleepBenefit. Tiada perhubungan yang ketara diperhatikan(SSS: R2=−0.20, P=0.311, BF01=1.58, PVT: R2=0. 18,P=0.371, BF01=1.73), menunjukkan bahawa penemuan di atas tidak timbul daripada kelesuan perbezaan antara keadaan.

Pengurangan keseluruhan kuasa beta juga diperhatikan untuk keadaan tidur (berbanding kekurangan tidur) apabila menggabungkan gandingan imej-imej imbuhan yang diingati dan terlupa yang sepadan dengan 2 gugusan di sebelah kiri (∼1–1.5 s, P=0.{{8} }14, d=−0.63) dan hemisfera kanan (∼1.3–1.7 s, P=0.038, d=−0.47) .Memandangkan pautan yang dilaporkan sebelum ini antara penyahsegerakan alfa (8–12 Hz) dan pembelajaran yang berjaya (Griffiths et al. 2016; Weisz et al. 2020), kami juga meneroka aktiviti dalam jalur frekuensi ini (kontras yang sama seperti di atas), tetapi tiada kesan ketara telah diperhatikan (semua P > 0.05).

Aktigrafi

Waktu tidur semasa selang {{0}}j antara ujian tertunda dan susulan (seperti yang dianggarkan melalui aktigrafi jam tangan) telah digunakan pada 2 (Keadaan: Tidur/Kurang Tidur) ∗ 2 (Malam: 1/2 ) pengukuran berulang ANOVA (Rfungsi: ujian anova_, pakej R: rstatix). Ambil perhatian bahawa 2 peserta tidak disertakan dalam analisis ini kerana masalah teknikal dengan peranti actigraphy. Terdapat kesan utama Malam (F(1, 27)=62.47, P < 0.001, ηp2=0.7{ {42}}),menunjukkan bahawa semua peserta tidur lebih lama pada malam1 berbanding malam 2. Keadaan yang ketara ∗ Interaksi malam (F(1, 27)=14.21, P < 0.{ {45}}1, ηp2=0.35) turut muncul, dengan ujian post hoc yang diperbetulkan Bonferroni menunjukkan bahawa tempoh tidur adalah lebih lama dalam keadaan kurang tidur (berbanding tidur) pada malam 1 (min ± jam SEM tidur, kurang tidur: 9.03 ± 0.45, tidur: 7.52 ± 0.24, P=0.006)tetapi lebih pendek pada malam 2 (kurang tidur: 5.33 ± 0.23,tidur: 6.00 ± 0.25, P=0.03 . Tiada kesan utama Keadaan (F(1, 27)=3.07, P=0.091, ηp2=0.10).

Ada kemungkinan bahawa tempoh tidur yang lebih lama pada malam pertama selepas belajar dalam keadaan kurang tidur (vs.tidur) menambah penyatuan gandingan imej kata sifat yang baru dipelajari, yang berpotensi mengurangkan kesan awal kehilangan tidur pada pengekodan. Untuk menguji kemungkinan ini, kami mengaitkan perbezaan antara keadaan dalam tempoh tidur pada malam pertama selepas pembelajaran (keadaan kurang tidur − keadaan tidur) denganLISleepBenefit. Walau bagaimanapun, tiada hubungan yang ketara muncul (R2=−0.06, P=0.756, BF01=2.33).

Perbincangan

Tidur memberikan faedah berbanding bangun untuk mengekalkan ingatan dan juga untuk mempelajari yang baharu (Gais et al. 2006; Yoo et al. 2007; Talamini et al. 2008; Payne et al. 2012; Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. al. 2015; Durrant et al.2016; Tempesta et al. 2016; Cairney, Lindsay, et al. 2018; Cousins ​​et al. 2018; Gaskell et al. 2018; Ashton et al.2020; Ashton dan Cairney 2021). Ada yang mencadangkan bahawa faedah ini boleh dijelaskan oleh peranan aktif SWS dan ayunan saraf yang berkaitan dalam mengalihkan rangkaian pengambilan memori dari hippocampus ke neokorteks dan dengan itu memulihkan kapasiti hippocampal untuk pembelajaran baru (Walker 2009; Born dan Wilhelm 2012; Rasch andBorn 2013; Klinzing e. al. 2019). Dalam kajian semasa, menguji hipotesis bahawa sejauh mana individu menyatukan ingatan baru semasa tidur meramalkan keupayaan mereka untuk mengekod maklumat baru pada hari berikutnya dan bahawa SWA menyumbang kepada hubungan ini. Walaupun kami memerhatikan faedah tidur (berbanding dengan kekurangan tidur) pada langkah kami dalam penyatuan semalaman dan pembelajaran keesokan harinya, kami tidak menemui bukti hubungan antara 2 langkah atau dengan SWA.

Memandangkan kepentingan tidur untuk pembelajaran baharu, kami selanjutnya berusaha untuk memahami bagaimana kekurangan tidur mempengaruhi korelasi saraf pengekodan yang berjaya. Menariknya, manakala pembelajaran persatuan yang diingati kemudiannya (vs.dilupakan) dikaitkan dengan pengurangan kuasa beta 12–20 Hz selepas tidur (seperti yang dilaporkan kerja sebelum ini, Hanslmayr et al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. ), tiada perbezaan ketara dalam kuasa beta muncul selepas kekurangan tidur. Penemuan ini mencadangkan bahawa ketiadaan tidur mengganggu operasi saraf yang menyokong pengekodan memori, yang membawa kepada prestasi suboptimum.

Faedah tidur penyatuan semalaman dan pembelajaran hari berikutnya

Kerja terdahulu telah menunjukkan bahawa tidur menyokong penyatuan memori (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; Ashtonand Cairney 2021) dan pembelajaran seterusnya (McDermottet al. 2003; Yoo et al. 2007; Kaida et al. 2015; Tempestaet al. 2016; Cousins ​​et al. 2018). Selaras dengan kajian ini, kami mendapati bahawa pengekalan ingatan dan pembelajaran keesokan harinya mendapat manfaat daripada tidur semalaman berbanding kekurangan tidur.

Walaupun ini adalah penyiasatan pradaftar peranan tidur dalam pembelajaran dan ingatan dan didorong oleh kerja terdahulu mengenai topik yang sama (Gais et al. 2006; Yoo et al.2007), adalah penting untuk mempertimbangkan sejauh mana penemuan kami boleh menguraikan kesan ingatan. tidur daripada pengaruh gangguan kurang tidur. Tempoh terjaga yang berpanjangan menimbulkan pelbagai gangguan kognitif (Krause et al. 2017), bermakna prestasi yang lebih lemah dalam keadaan kurang tidur (vs.tidur) boleh mencerminkan akibat tidak langsung daripada kehilangan tidur dan bukannya secara langsung. ketiadaan tidur (sememangnya, peserta dalam kajian semasa lebih perlahan untuk bertindak balas terhadap PVT dan dilaporkan kurang berwaspada pada SSS selepas kurang tidur daripada tidur). Memberi tumpuan pertama pada penilaian kami tentang penyatuan semalaman, gangguan kognitif umum yang timbul daripada kekurangan tidur mungkin telah menjejaskan prestasi perolehan semula, mewujudkan tanggapan peningkatan yang berkaitan dengan tidur dalam pengekalan.

Walaupun ini adalah kebimbangan yang munasabah memandangkan kesan tidur-ingatan yang diperhatikan pada ujian tertunda kami (yang diikuti dengan serta-merta selepas selang semalaman), ia tidak menjelaskan mengapa kelebihan pengekalan dalam keadaan tidur masih ada 48 hlter (sekali individu yang kurang tidur mempunyai peluang yang mencukupi. untuk tidur pemulihan). Selain itu, kami memerhatikan hubungan yang tidak signifikan antara faedah tidur (vs.kekurangan tidur) pada pengekalan ingatan dan antara perbezaan keadaan dalam skor SSS atau masa tindak balas PVT, menunjukkan bahawa penemuan kami tidak didorong oleh gangguan kognitif umum yang mengiringi kekurangan tidur. Oleh itu adalah munasabah untuk membuat kesimpulan bahawa data kami mencerminkan kesan positif tidur pada penyatuan ingatan. Sejauh mana faedah ingatan tidur ini boleh dijelaskan oleh ketiadaan gangguan terjaga (seperti yang dialami dalam keadaan kurang tidur) atau mekanisme penyatuan bergantung tidur yang aktif, walau bagaimanapun, tidak boleh disimpulkan daripada data kami.

Berbalik kepada analisis kami tentang pembelajaran hari berikutnya, walaupun fasa penilaian juga berlaku 48 jam selepas pengekodan, fasa pembelajaran awal berlaku serta-merta selepas tidur atau kurang tidur. Oleh itu, kami tidak boleh menolak kemungkinan bahawa peningkatan ketara dalam prestasi pengekodan selepas tidur dipengaruhi oleh gangguan kognitif umum berikutan kekurangan tidur. Walau bagaimanapun, yang penting, kami berpendapat bahawa data EEG kami memberikan bukti yang munasabah bahawa ketiadaan tidur akan mengganggu pembelajaran baharu. Khususnya, jika kesan kami didorong oleh defisit kognitif yang tidak spesifik berikutan kekurangan tidur, seseorang akan menjangkakan untuk melihat hanya perbezaan umum dalam aktiviti EEG antara keadaan tidur dan kekurangan tidur (iaitu hanya kesan utama keadaan merentas semua ujian pengekodan). Sebaliknya, interaksi asignifikan menunjukkan bahawa penyahsegerakan beta telah diperkuatkan dalam keadaan tidur (vs. kurang tidur), khususnya pada percubaan yang mana gandingan imej-adjektif diingati. Kesan tidur pada penyahsegerakan beta semasa pembelajaran yang berjaya tidak diramalkan oleh perbezaan antara keadaan dalam skor SSS atau masa tindak balas PVT, dan tiada perbezaan antara keadaan dalam kuasa beta muncul untuk berpasangan yang kemudiannya dilupakan (lihat Rajah 4b dan c). Kerana beta penyahsegerakan ialah penanda saraf yang mantap bagi pemprosesan semantik semasa pembelajaran yang berjaya (Hanslmayr et al. 2011, 2014; Griffiths et al. 2016), penemuan ini mungkin mencadangkan bahawa mekanisme saraf pengekodan sememangnya terganggu oleh ketiadaan tidur. Sokongan lanjut untuk pandangan ini tersedia di bawah, di mana kami menggariskan cara otak boleh terlibat dalam strategi pembelajaran pampasan apabila laluan pemprosesan semantik dikompromi oleh kekurangan tidur (lihat "Kehilangan tidur mengganggu pembelajaran berkesan").

Oleh kerana RI kami berdasarkan ujian untuk item yang sama pada sesi segera, tertunda dan susulan, ada kemungkinan data kami dipengaruhi oleh kesan amalan perolehan semula (iaitu kenangan yang menjalani amalan pengambilan biasanya lebih diingati daripada yang tidak, Roediger dan Karpicke 2006; Carpenter et al. 2008). Iaitu, kelebihan pengekalan yang diperhatikan selepas tidur (vs.kekurangan tidur) pada ujian tertunda mungkin telah dikekalkan pada ujian susulan hasil daripada amalan pengambilan semula. Walau bagaimanapun, memandangkan ingatan yang diperkukuh melalui pengambilan mendapat sedikit manfaat daripada penyatuan yang berkaitan dengan tidur (Bäuml et al. 2014; Antony et al. 2017; Antony dan Paller 2018), maka, di bawah hipotesis amalan perolehan semula, ujian serta-merta sepatutnya telah membatalkan sebarang kesan tidur kemudian. pada pengekalan. Walaupun masih boleh dikatakan bahawa perbezaan antara keadaan dalam pengekalan pada ujian tertunda didorong oleh kemerosotan tidak spesifik berikutan kekurangan tidur, ini tidak akan menjelaskan mengapa kelebihan ingatan dalam keadaan tidur masih ada 48 jam kemudian (sebaik tidur pemulihan telah berlaku). Oleh itu, kami berpendapat bahawa kesan amalan mendapatkan semula tidak dapat memberikan penjelasan yang munasabah tentang penemuan kami.

Memandangkan tidur pemulihan selepas kekurangan tidur dicirikan oleh peningkatan homeostatik dalam SWS (Borbély 1982; Borbély et al. 2016), seseorang mungkin menjangkakan penyatuan semalaman bagi pasangan imej kata sifat yang baru dipelajari akan diperkuatkan dalam kekurangan tidur(vs. tidur) keadaan, berpotensi mengurangkan kesan awal kehilangan tidur pada pengekodan. Walaupun kami tidak merakam EEG tidur semasa peserta berada jauh dari makmal (dan oleh itu tidak mempunyai gambaran tentang peningkatan homeostatik dalam SWS selepas kurang tidur), kami memantau tingkah laku tidur dengan aktivasi jam tangan. Peserta tidur lebih lama pada malam pertama selepas pembelajaran dalam keadaan kurang tidur (vs. tidur), tetapi perbezaan antara keadaan dalam tempoh tidur ini tidak berkorelasi dengan ketara dengan magnitud faedah tidur untuk pembelajaran. Ini menunjukkan bahawa tidur pemulihan yang lebih lama dalam keadaan kurang tidur tidak mempengaruhi kesan kehilangan tidur pada pembelajaran baru.

Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa penyatuan yang dipertingkatkan pada gandingan imej kata sifat yang baru dipelajari dalam keadaan kurang tidur (vs. tidur) (disebabkan oleh tidur pemulihan yang lebih lama atau lebih mendalam) boleh mengaburkan hubungan antara pengekalan ingatan yang berkaitan dengan tidur dan pembelajaran hari berikutnya. dalam analisis regresi berbilang kami.Walau bagaimanapun, kesan nol yang sama diperhatikan apabila analisis kami dihadkan kepada data daripada keadaan tidur bersyarat dan bukannya penolakan antara keadaan tidur dan kekurangan tidur (seperti yang dilakukan dalam analisis primer kami). Oleh itu, tiada hubungan antara penyatuan semalaman dan pembelajaran keesokan harinya diperhatikan apabila pengaruh kekurangan tidur (dan kemungkinan peningkatan penyatuan yang berkaitan dengan tidur semasa tidur pemulihan) telah dialih keluar daripada data kami.

Tiada kaitan antara penyatuan berkaitan tidur dan pembelajaran hari berikutnya

Jika penyatuan ingatan semasa SWS menyokong peralihan dalam rangkaian pengambilan semula ingatan daripada hippocampusto neokorteks, maka penyatuan yang berkaitan dengan tidur bagi ingatan yang bergantung kepada hippocampus harus meramalkan pembelajaran hari berikutnya mengenai persatuan baru yang dimediasi hippocampus, dan SWA harus memudahkan perhubungan ini. kami memerhatikan tiada kesan sedemikian dalam data kami, menunjukkan bahawa pembelajaran baru dalam hippocampus mungkin tidak bergantung pada pemprosesan memori hippocampal semasa tidur malam sebelumnya.

Tafsiran alternatif bagi kesan nol ini ialah paradigma eksperimen kami tidak dapat memberikan ujian yang mencukupi untuk hipotesis kami. Walaupun kami berpendapat bahawa penggunaan 2 tugasan bergantung kepada hippocampus yang berbeza secara konsep akan menghalang penemuan kami daripada dipengaruhi oleh gangguan retroaktif atau proaktif, perbezaan kualitatif antara tugas ini mungkin telah menafikan keupayaan kami untuk mengesan hubungan antara penyatuan memori yang berkaitan dengan tidur dan pembelajaran hari berikutnya. Walau bagaimanapun, ini adalah cadangan spekulatif yang boleh ditangani dalam penyelidikan masa depan (cth dengan menggunakan tugasan bersekutu untuk menilai pengekalan memori semalaman dan pengekodan seterusnya).
Walaupun kajian kami didorong oleh andaian rangka kerja Sistem Aktif (Walker 2009; Born and Wilhelm 2012; Rasch and Born 2013; Klinzinget al. 2019), adalah penting untuk mempertimbangkan juga penemuan kami dalam konteks penskalaan bawah sinaptik homeostatik, yang dianggap sebagai satu lagi mekanisme asas di mana tidur menyokong pembelajaran dan ingatan (Tononi dan Cirelli 2014, 2016). Dari perspektif ini, tidur adalah harga yang dibayar oleh otak untuk membangkitkan keplastikan untuk mengelakkan pengumpulan peningkatan sinaptik. Oleh kerana penormalan semula sinaptik sepatutnya berlaku terutamanya semasa tidur (apabila litar saraf boleh menjalani penskalaan sinaptik yang luas dan sistematik), malam yang kurang tidur akan menghalang pemulihan homeostasis selular dan menjejaskan pembelajaran hari berikutnya. Beberapa akaun teori pemprosesan memori yang berkaitan dengan tidur telah mencapai kemajuan dalam menyelaraskan prinsip utama rangka kerja Sistem Aktif dan Synaptic Homeostasis, menunjukkan bahawa proses ini berfungsi secara bersama untuk menyokong keplastikan global dan penurunan skala tempatan, masing-masing, dan dengan berbuat demikian, menyediakan masa hadapan hippocampus. pengekodan (Lewis dan Durrant 2011; Genzel et al.2014; Klinzing et al. 2019). Menariknya, manakala ulang tayang dan penyatuan memori global telah dikaitkan dengan perlahan (<1 Hz) oscillations, downscaling and forgetting are associated with delta waves (1–4 Hz) in local networks (Genzel et al. 2014; Kim et al. 2019). How interactions between global slow oscillations and local delta waves regulate overnight memory processing is therefore pertinent to further understanding the relationship between sleep-associated consolidation and next-day learning.

Kehilangan tidur mengganggu pembelajaran yang berkesan

Pembelajaran yang berjaya dikaitkan dengan penyahsegerakan beta sisi kiri ∼0.5–1.5 s selepas permulaan rangsangan (Hanslmayr et al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffithset al. 2016, 202). Selaras dengan kajian terdahulu ini, kami memerhatikan penurunan kuasa beta ~ 0.3-2 s selepas permulaan rangsangan semasa pengekodan persatuan yang diingati (vs. terlupa), dan ini paling ketara di hemisfera kiri. Penyahsegerakan beta dianggap mencerminkan pemprosesan semantik semasa pembentukan ingatan yang berjaya (Hanslmayr et al. 2011; Fellner et al. 2013); apabila kuasa beta berkurangan, kedalaman pemprosesan semantik meningkat (Hanslmayr et al. 2009). Secara lebih luas, ayunan alfa/beta neokortikal telah dikaitkan dengan pemprosesan maklumat masuk semasa pengekodan episod (Griffiths et al. 2021). Untuk tugasan pembelajaran kami, peserta diarahkan untuk membentuk imej atau cerita yang jelas yang menghubungkan kata sifat dan imej setiap pasangan. Penurunan kuasa beta yang diperhatikan semasa pembelajaran yang berjaya mungkin mencerminkan penglibatan operasi pemprosesan maklumat, mungkin melibatkan perwakilan semantik, membolehkan persatuan novel ini diikat bersama menjadi satu episod yang koheren dan komited kepada ingatan.
Walau bagaimanapun, yang penting, perubahan dalam kuasa beta yang mengiringi pembelajaran yang berjaya berbeza mengikut sama ada peserta telah tidur atau kekal makan merentasi selang semalaman. Manakala pengekodan pasangan imej-imej adjektif yang diingati kemudiannya (vs. terlupa) dikaitkan dengan penyahsegerakan beta selepas tidur, tiada perbezaan ketara dalam kuasa beta muncul daripada kontras yang sama selepas kekurangan tidur. Oleh itu, kekurangan tidur yang berlarutan kelihatan mengganggu operasi pemprosesan semantik apabila peserta berjaya membentuk kenangan baru. Tafsiran ini adalah selaras dengan penemuan tingkah laku sebelum ini di mana individu yang kurang tidur mengalami kesukaran dalam mengekod pasangan rangsangan yang tidak semantik (Alberca-Reinaet al. 2014). Oleh itu, otak yang kurang tidur mungkin bergantung kepada laluan pemprosesan alternatif apabila melakukan maklumat baharu kepada ingatan. Malah, kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa kekurangan tidur membawa kepada tindak balas saraf pampasan semasa pembelajaran (Chee dan Choo 2004; Drummond et al. 2004) dan pengiktirafan (Sterpenich et al.2007).

Apakah sifat laluan alternatif ini untuk belajar selepas kurang tidur? Adalah menarik untuk ambil perhatian bahawa kami memerhatikan peningkatan pengawalseliaan aktiviti beta semasa pembelajaran yang berjaya (berbanding tidak berjaya) dalam keadaan kurang tidur (walaupun perbezaan ini tidak bertahan dalam pembetulan Bonferroni untuk pelbagai perbandingan). Peningkatan kuasa beta telah dikaitkan dengan ingatan kerja dan aktif. latihan (Tallon-Baudry et al. 2001; Hwang et al. 2005; Onton et al. 2005; Deiber et al. 2007), mencadangkan bahawa individu yang kurang tidur mungkin terlibat dalam lebih banyak strategi latihan berasaskan permukaan kerana laluan pemprosesan semantik dengan berkompromi ketiadaan tidur.

Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa penemuan di atas dalam penyahsegerakan beta timbul daripada analisis penerokaan yang tidak dipradaftarkan dan oleh itu harus dirawat dengan berhati-hati sehingga masa ia direplikasi dalam penyelidikan pengesahan.

Kesimpulan

Kami menyiasat sama ada penyatuan memori dalam sleeppredicts pembelajaran hari berikutnya dan sama ada SWA menyumbang kepada hubungan ini. Tambahan pula, kami menyiasat bagaimana korelasi saraf pembelajaran yang berjaya dipengaruhi oleh kekurangan tidur. Walaupun tidur meningkatkan pengekalan ingatan dan pembelajaran keesokan harinya, kami tidak menemui bukti perhubungan antara pengukur SWA ini. Manakala penyahsegerakan beta yang diwujudkan bagi pemprosesan semantik semasa pembelajaran yang berjaya-ada semasa pengekodan perkaitan yang diingati (vs. terlupa) selepas tidur, tiada perbezaan dalam kuasa beta yang diperhatikan selepas kekurangan tidur. Oleh itu, kekurangan tidur yang berpanjangan mungkin mengganggu keupayaan kita untuk menarik pengetahuan onsemantik apabila mengekodkan persatuan novel, yang memerlukan penggunaan lebih banyak laluan berasaskan permukaan dan akhirnya tidak optimum untuk pembelajaran.

Ucapan terima kasih

Kami berterima kasih kepada Marcus O. Harrington untuk bantuan dengan pengumpulan data dan Jennifer E. Ashton untuk bantuan dengan bahan eksperimen. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada ahli Kumpulan Tidur, Bahasa dan Memori di University ofYork atas perbincangan yang bermanfaat tentang data.

Bahan tambahan

Rujukan

Alberca-Reina E, Cantero JL, Atienza M. Kongruen semantik membalikkan kesan sekatan tidur pada pengekodan bersekutu. Neurobiol Belajar Mem. 2014:110:27–34.

Antonenko D, Diekelmann S, Olsen C, Born J, Mölle M. Nappinguntuk memperbaharui kapasiti pembelajaran: pengekodan dipertingkatkan selepas rangsangan tidur ayunan perlahan. Eur J Neurosci. 2013:37(7):1142–1151.

Antony JW, Paller KA. Pengambilan semula dan tidur kedua-duanya mengatasi melupakan maklumat spatial. Belajar Mem. 2018:25(6):258–263.

Antony JW, Ferreira CS, Norman KA, Wimber M. Retrieval sebagai laluan cepat ke penyatuan ingatan. Trend Cogn Sci. 2017:21(8):573–576.

Ashton JE, Cairney SA. Kenangan yang berkaitan dengan masa depan tidak diperkuatkan secara terpilih semasa tidur. PLoS One. 2021:16(11):e0258110.

Ashton JE, Harrington MO, Guttesen AÁV, Smith AK, Cairney SA.Tidur mengekalkan rangsangan fisiologi dalam ingatan emosi. SciRep. 2019:9(1):5966.

Ashton JE, Harrington MO, Langthorne D, Ngo H-VV, Cairney SA. Kurang tidur menyebabkan kehilangan ingatan yang berpecah-belah. Belajar Mem.2020:27(4):130–135.

For more information:1950477648nn@gmail.com