Unekaotus häirib eduka õppimise närvisignaali 1. osa

Unerežiim toetab nii mälu konsolideerimist kui ka järgmise päeva õppimist. Mõjukas "Aktiivsete süsteemide" offline konsolideerimise aruanne viitab sellele, et unega seotud mälutöötlus sillutab teed uuele õppimisele, kuid empiirilisi tõendeid selle idee toetuseks napib.

Kasutades subjektide sisemist (n=30), ristuvat disaini, hindasime tervetel täiskasvanutel (vanuses 18–25 aastat) episoodilise kodeerimise käitumuslikke ja elektrofüsioloogilisi indekseid pärast öist magamist või täielikku unepuudust ning uurisime, kas käitumine oli ennustatav. eelmise päeva episoodiliste seoste üleöö konsolideerimisega. Võrreldes unepuudusega toetas uni mälu konsolideerimist ja järgmise päeva õppimist.

Selle unega seotud konsolideerimise kasu suurus ei ennustanud aga märkimisväärselt võimet luua pärast und uudseid mälestusi. Huvitav on see, et unepuudus kutsus esile kvalitatiivse muutuse kodeerimise närvisignatuuris: kui 12–20 Hz beeta-desünkroniseerimist – eduka kodeerimise väljakujunenud markerit – täheldati pärast und, siis unepuudus katkestas eduka õppimise ajal beeta-desünkroonimise. Kokkuvõttes näitavad need leiud, et tõhus õppimine sõltub unest, kuid mitte tingimata unega seotud konsolideerumisest.

Võtmesõnad:

õppimine; mälu; konsolideerimine; beeta desünkroniseerimine; magamatus.

Sissejuhatus

Kuidas mäletame sündmusi möödunud päevadest? Nüüdseks on kindlalt tõestatud, et uni hõlbustab mälu konsolideerumist; protsess, mille käigus nõrgad ja algselt labiilsed mälujäljed muutuvad tugevateks ja püsivateks esindusteks (Gais jt 2006; Talamini jt 2008; Payneet al. 2012; Durrant jt 2016; Cairney, Lindsay jt 2018; Gaskell et al. 2018; Ashton jt 2020; Ashton jaCairney 2021).

Kui algselt arvati, et uni pakub mälu konsolideerimisele ainult passiivset kaitset (st varjab mälestusi ärkvelolekust tulenevate häirete eest), siis hiljutised tööd näitavad, et äsja moodustunud mälestused tugevnevad une ajal aktiivselt (Rasch jt 2007; Schönauer jt 2017; Cairney , Guttsen jt 2018; Wang jt 2019; Schreiner jt 2021).

Mõjukas "Aktiivsete süsteemide" ülevaade unega seotud konsolideerimisest eeldab, et hipokampusest sõltuvate mälestuste taasaktiveerimine aeglase une (SWS) ajal hõlbustab nende migreerumist neokorteksile pikaajaliseks säilitamiseks (Walker 2009; Born ja Wilhelm 2012; Rasch ja Born 2013; Klinz 201). al. 2019).

Seda seisukohta toetavad funktsionaalsed neuropiltimise uuringud on näidanud, et üleöine konsolideerimine toetab mälu taastamise võrgustiku nihkumist hipokampuse toneokorteksist (Takashima jt 2009), kusjuures SWS-is kulutatud aeg ennustab hipokampuse otsimise sõltuvuse vähenemist (Takashima et al. 2006; Cairney jt 2006; Cairney et al. 2015).

Samamoodi on teised tööd näidanud, et õppimisjärgne uni (võrreldes unepuudusega) soodustab funktsionaalset seost aktiivsuse inhippokampuse ja prefrontaalse ajukoore vahel, kui seda hinnatakse 48 tundi hiljem (Gais et al. 2007).

Kokkuvõttes näitavad need leiud, et hipokampusest neokortikaalsesse teabeedastus ilmneb esimestel öödel pärast õppimist, kuigi konsolideerimisprotsess võtab eeldatavasti mitu nädalat või isegi kuud (Dudai2004; Dudai et al. 2015).

Kuigi une eelised mälu tugevdamisel on hästi teada, on hiljutised tööd näidanud, et uni toetab ka järgmisel päeval hipokampusest sõltuvate mälestuste õppimist.

Kui uudsele õppimisvõimalusele eelneb öö unepuudus, on deklaratiivne mälu meenutamine tõsiselt halvenenud isegi pärast taastunud und (Alberca-Reina jt 2014; Kaida jt 2015; Tempesta jt 2016; Cousins ​​jt 2018), viitab sellele, et une puudumine häirib mälu kodeerivat hipokampust. Tõepoolest, võrreldes tavalise öise unega, nõrgendab unepuudus eduka õppimise käigus hipokampuse reaktsioone (st mälestuste puhul, mis on pärast taastumist und hilisemas otsingutestis õigesti meelde tuletatud), mis viib üldise tagasikutsumisvõime languseni (Yoo et al. 2007).

Vastavalt sellele ei hõlbusta päevased uinakud mitte ainult õppimist (Mander et al. 2011), vaid ka taastavad hipokampuse kodeerimisvõimet võrreldes samaväärse ärkveloleku perioodiga (Ong jt 2020).

Erinevate ajurütmide koosmõju on määratletud võtmemehhanismina, mis reguleerib hippokampuse ja neokorteksi vahelist suhtlust unega seotud mälutöötluse ajal.

Aeglased võnked (<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). 

Deltalained (1–4 Hz) on kontrastina seotud unustamisega sünaptilise renormaliseerimise protsesside kaudu (Genzel et al. 2014) ja arvatakse, et need toimivad koos aeglaste võnkudega, et reguleerida tasakaalu mälu konsolideerimise ja nõrgenemise vahel (Kim et al. 2019).

Huvitaval kombel on üleöömälu töötlemisega seotud närvivõnkumisi seostatud ka hipokampuse uusõppega, mis viitab sellele, et need protsessid põhinevad kattuvatel mehhanismidel.

Näiteks aeglase laine aktiivsuse (SWA; 0,5–4 Hz) selektiivne mahasurumine akustilise häire lähenemisviisi abil kahjustab deklaratiivset mälu kodeerimist ja vähendab kodeerimisega seotud aktiivsust hipokampuses (Van Der Werf et al. 2009). Vastupidiselt parandab SWA suurendamine elektrilise stimulatsiooni abil hipokampusest sõltuvate mälestuste kodeerimist, kuid mitte hippokampusest sõltuvaid protseduurioskusi (Antonenko et al. 2013).

Aeglaste võnkumiste suurendamine kuulmisstimulatsiooni abil toob kaasa sarnased efektid, kusjuures aeglase võnke tugevnemise ulatus ennustab nii hipokampuse aktivatsiooni kui ka käitumuslikku jõudlust kodeerimisel (Ong et al. 2018). Mil määral aitavad une ajurütmidest vahendatud mäluprotsessid kaasa järgmise päeva õppimisvõimele, tuleb empiirilistes uuringutes veel otseselt uurida.

Selles eelregistreeritud uuringus (osf.io/78dja) testisime hüpoteesi, et see, mil määral inimesed une ajal uusi mälestusi kinnistavad, ennustab nende võimet järgmisel päeval uudset teavet kodeerida ja et SWA (0,5–4 Hz) aitab kaasa see suhe.

Katsealusesiseses, ristuva kujunduses koolitati terveid noori täiskasvanuid enne öist EEG-ga jälgitud und või täielikku unepuudust visuosruumilise mälu ülesandega ja neid testiti järgmisel hommikul.

Seejärel koolitati osalejaid uudse paarispartnerite ülesande täitmiseks, kuid neid testiti alles 48 tundi hiljem (võimaldab unepuuduse tingimustes und taastuda). Kogumisruumilise mälu ja paarisassotsieerunud testide otsingutulemused pakkusid seega sõltumatuid mõõdikuid vastavalt üleöö konsolideerimise ja järgmise päeva õppimise kohta.

Valisime need konkreetsed mäluülesanded, kuna need sõltuvad mõlemad hipokampusest (Eichenbaum2004; Konkel ja Cohen 2009) ning Active Systems Framework on peamiselt seotud hipokampusest sõltuvate mälestuste üleöö konsolideerimisega (Walker 2009; Born ja Wilhelm 2012; Klinnnzing et al. 2019).

Veelgi enam, varasemad tööd on järjekindlalt näidanud, et nii visuaalruumiliste kui ka paaris-seotud mälestuste konsolideerimist toetab üleöö magamine (Cairney, Lindsay jt 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton ja Cairney 2021).

Arutlesime, et kahe kontseptuaalselt erineva ülesande rakendamine on optimaalne, kuna see tagaks, et tagasiulatuv või ennetav sekkumine ei mõjutaks võimalikku seost üleöö konsolideerimise ja järgmise päeva õppimise vahel.

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) sünkroniseerimine, mis toetab üksuste sidumist episoodilises mälus (Summerfield ja Mangels 2005; Osipova jt 2006; Köster jt 2018; Henin jt 2019).

Lisaks uurisime uurimusliku analüüsi käigus unepuuduse mõju 12–20 Hz beeta desünkroniseerimisele, mis on eduka õppimise väljakujunenud marker (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

Kaasaegses ühiskonnas, kus paljud inimesed ei suuda regulaarselt piisavalt magada, on üha olulisem mõista, kuidas unehäired kahjustavad õppimist ja mälu (Bonnet ja Arand 1995; Stranges et al. 2012; Becker jt 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com