کم خوابی نشانه عصبی یادگیری موفق را مختل می کند قسمت 1

خواب از تثبیت حافظه و همچنین یادگیری روز بعد پشتیبانی می کند. گزارش تأثیرگذار «سیستم‌های فعال» از تثبیت‌های آفلاین نشان می‌دهد که پردازش حافظه مرتبط با خواب راه را برای یادگیری جدید هموار می‌کند، اما شواهد تجربی در حمایت از این ایده کمیاب است.

با استفاده از یک طرح متقاطع درون آزمودنی (n=30)، شاخص‌های رفتاری و الکتروفیزیولوژیک رمزگذاری اپیزودیک پس از یک شب خواب یا محرومیت کامل از خواب را در بزرگسالان سالم (18 تا 25 سال) ارزیابی کردیم و بررسی کردیم که آیا عملکرد رفتاری پیش‌بینی شده است یا خیر. با تجمیع یک شبه انجمن های اپیزودیک از روز قبل. خواب از تثبیت حافظه و یادگیری روز بعد در مقایسه با محرومیت از خواب پشتیبانی می کند.

با این حال، میزان این مزیت تثبیت مرتبط با خواب به طور قابل توجهی توانایی ایجاد خاطرات جدید پس از خواب را پیش‌بینی نمی‌کند. جالب توجه است که محرومیت از خواب باعث تغییر کیفی در امضای عصبی رمزگذاری شد: در حالی که همگام‌سازی بتای 12 تا 20 هرتز - یک نشانگر ثابت رمزگذاری موفقیت‌آمیز - پس از خواب مشاهده شد، محرومیت از خواب باعث اختلال در عدم همزمانی بتا در طول یادگیری موفق شد. در مجموع، این یافته‌ها نشان می‌دهند که یادگیری مؤثر به خواب بستگی دارد، اما نه لزوماً به تثبیت مرتبط با خواب.

کلید واژه ها:

یادگیری؛ حافظه؛ تحکیم؛ همگام سازی بتا؛ محرومیت از خواب

معرفی

چگونه رویدادهای روزهای گذشته را به خاطر می آوریم؟ اکنون کاملاً ثابت شده است که خواب تثبیت حافظه را تسهیل می کند. فرآیندی که طی آن ردپای حافظه ضعیف و در ابتدا ناپایدار به بازنمایی های قوی و پایدار تبدیل می شود (گیس و همکاران 2006؛ تالامینی و همکاران 2008؛ پینیت همکاران 2012؛ دورانت و همکاران 2016؛ کایرنی، لیندزی و همکاران 2018؛ گاسکل و همکاران 2018؛ اشتون و همکاران 2020؛ اشتون و کرنی 2021).

در حالی که در ابتدا تصور می‌شد که خواب فقط محافظت غیرفعال از تثبیت حافظه می‌کند (یعنی با محافظت از خاطرات در برابر تداخل ناشی از تجربه بیداری)، تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که خاطرات تازه شکل‌گرفته به طور فعال در طول خواب تقویت می‌شوند (راش و همکاران 2007؛ شونائر و همکاران 2017؛ کایرنی). ، گوتسن، و همکاران 2018؛ وانگ و همکاران 2019؛ شراینر و همکاران 2021).

گزارش تأثیرگذار «سیستم‌های فعال» از تثبیت مرتبط با خواب بیان می‌کند که فعال‌سازی مجدد حافظه‌های وابسته به هیپوکامپ در طول خواب امواج آهسته (SWS) مهاجرت آن‌ها به نئوکورتکس برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت را تسهیل می‌کند (Walker 2009؛ Born and Wilhelm2012؛ Rasch13et and Born K20). al. 2019).

با حمایت از این دیدگاه، مطالعات تصویربرداری عصبی عملکردی نشان داده‌اند که تثبیت یک شبه از تغییر شبکه بازیابی حافظه از تونئوکورتکس هیپوکامپ (تاکاشیما و همکاران 2009) با زمان صرف شده در SWS برای پیش‌بینی کاهش وابستگی به بازیابی هیپوکامپ پشتیبانی می‌کند (Takashima et al. 2015).

در همین راستا، کار دیگری نشان داده است که خواب پس از یادگیری (در مقایسه با محرومیت از خواب) باعث تقویت جفت عملکردی بین فعالیت اینهیپوکامپ و قشر جلوی پیشانی می شود که بازیابی آن 48 ساعت بعد ارزیابی می شود (Gais et al. 2007).

در مجموع، این یافته‌ها نشان می‌دهند که انتقال اطلاعات هیپوکامپ به نئوکورتال در اولین شب‌های پس از یادگیری ظاهر می‌شود، اگرچه فرآیند تثبیت احتمالاً چندین هفته یا حتی ماه‌ها طول می‌کشد تا تکمیل شود (Dudai2004؛ Dudai et al. 2015).

در حالی که فواید خواب برای تثبیت حافظه به خوبی شناخته شده است، تحقیقات اخیر نشان داده است که خواب از یادگیری روز بعد از خاطرات وابسته به هیپوکامپ نیز پشتیبانی می کند.

هنگامی که یک شب محرومیت از خواب مقدم بر یک فرصت یادگیری جدید است، یادآوری حافظه بیانی، حتی پس از خواب بهبودی، به شدت مختل می شود (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015; Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018). حاکی از آن است که فقدان خواب حافظه رمزگذاری داخل هیپوکامپ را مختل می کند. در واقع، در مقایسه با خواب عادی شبانه، محرومیت از خواب پاسخ‌های هیپوکامپ را در حین یادگیری موفق تضعیف می‌کند (یعنی برای خاطراتی که به درستی در آزمون بازیابی بعدی پس از خواب بهبودی یادآوری می‌شوند)، که منجر به کاهش کلی در عملکرد یادآوری می‌شود (یو و همکاران 2007).

به همین ترتیب، چرت های روزانه نه تنها یادگیری را تسهیل می کند (ماندر و همکاران 2011) بلکه قابلیت های رمزگذاری هیپوکامپ را در مقایسه با دوره بیداری مشابه نیز بازیابی می کند (Ong et al. 2020).

تأثیر متقابل ریتم های مختلف مغز به عنوان یک مکانیسم کلیدی که ارتباط بین هیپوکامپ و نئوکورتکس را در طول پردازش حافظه مرتبط با خواب تنظیم می کند، شناسایی شده است.

نوسانات آهسته (<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). 

امواج دلتا (1 تا 4 هرتز)، با کنتراست، در فراموشی از طریق فرآیندهای عادی سازی مجدد سیناپسی نقش دارند (Genzel et al. 2014) و تصور می شود که با نوسانات آهسته برای تنظیم تعادل بین تثبیت و تضعیف حافظه تعامل داشته باشند (Kim et al. 2019).

به طور جالبی، نوسانات عصبی دخیل در پردازش حافظه یک شبه نیز با یادگیری جدید در هیپوکامپ مرتبط است، که نشان می دهد این فرآیندها بر مکانیسم های همپوشانی متکی هستند.

به عنوان مثال، سرکوب انتخابی فعالیت موج آهسته (SWA؛0.5-4 هرتز) از طریق رویکرد اغتشاش صوتی، رمزگذاری حافظه بیانی را مختل می کند و فعالیت مرتبط با رمزگذاری را در هیپوکامپ کاهش می دهد (Van Der Werf et al.2009). متقابلاً، تقویت SWA از طریق تحریک الکتریکی، رمزگذاری حافظه‌های وابسته به هیپوکامپ را بهبود می‌بخشد، اما نه مهارت‌های رویه‌ای غیرهیپوکامپ (Antonenko et al. 2013).

افزایش آهسته نوسانات از طریق تحریک شنوایی منجر به اثرات مشابهی می شود، با بزرگی افزایش نوسان آهسته که هم فعال شدن هیپوکامپ و هم عملکرد رفتاری را در رمزگذاری پیش بینی می کند (Ong et al.2018). اینکه تا چه اندازه فرآیندهای حافظه با واسطه ریتم های مغزی خواب به توانایی های یادگیری در روز بعد کمک می کند، هنوز به طور مستقیم در تحقیقات تجربی مورد بررسی قرار نگرفته است.

در این مطالعه از پیش ثبت‌شده (osf.io/78dja)، ما این فرضیه را آزمایش کردیم که میزان تلفیق خاطرات جدید افراد در طول خواب، توانایی آنها را برای رمزگذاری اطلاعات جدید در روز بعد پیش‌بینی می‌کند و SWA (0.5-4 هرتز) به آن کمک می‌کند. این رابطه

در یک طرح متقاطع درون آزمودنی‌ها، بزرگسالان جوان سالم قبل از یک شب خواب تحت نظارت EEG یا محرومیت از خواب کامل، بر روی یک کار حافظه دیداری-فضایی آموزش دیدند و صبح روز بعد مورد آزمایش قرار گرفتند.

پس از آن، شرکت‌کنندگان در یک تکلیف جدید مرتبط با زوج‌ها آموزش دیدند، اما تا 48 ساعت بعد (که امکان خواب بهبودی در شرایط محرومیت از خواب را فراهم می‌کرد) آزمایش نشدند. عملکرد بازیابی در آزمون‌های حافظه دیداری فضایی و همبستگی‌های زوجی به ترتیب معیارهای مستقلی از تثبیت یک شبه و یادگیری روز بعد را ارائه می‌کند.

ما این وظایف حافظه خاص را انتخاب کردیم زیرا هر دو به هیپوکامپ متکی هستند (Eichenbaum2004؛ Konkel and Cohen 2009) و چارچوب Active Systems در درجه اول به تثبیت یک شبه خاطرات وابسته به هیپوکامپ مربوط می شود (Walker 2009; Born and Wilhelm 120130; al. 2019).

علاوه بر این، کارهای قبلی به طور مداوم نشان داده‌اند که تثبیت خاطرات بصری-فضایی و حافظه‌های مرتبط با هم با خواب شبانه تقویت می‌شود (کرنی، لیندسی، و همکاران 2018؛ اشتونت همکاران، 2020؛ اشتون و کایرنی 2021).

ما استدلال کردیم که بکارگیری 2 وظیفه از نظر مفهومی متفاوت بهینه است، زیرا این اطمینان را ایجاد می کند که هرگونه رابطه بالقوه بین تثبیت یک شبه و یادگیری روز بعد تحت تأثیر تداخل عطف به ماسبق یا پیشگیرانه قرار نگیرد.

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 هرتز) همگام سازی، که از اتصال آیتم در حافظه اپیزودیک پشتیبانی می کند (سامرفیلد و منگلز 2005؛ اوسیپووا و همکاران 2006؛ کوستر و همکاران 2018؛ هنین و همکاران 2019).

علاوه بر این، در یک تجزیه و تحلیل اکتشافی، ما تأثیر محرومیت از خواب را بر همگام‌سازی بتای 12 تا 20 هرتز، نشانگر تثبیت‌شده یادگیری موفق، بررسی کردیم (Hanslmayret al. 2009، 2011، 2012، 2014؛ Griffiths et al. 2016).

درک اینکه چگونه اختلالات خواب چگونه یادگیری و حافظه را مختل می کند در جامعه مدرن بسیار مهم است، جایی که بسیاری از افراد به طور منظم نمی توانند خواب کافی داشته باشند (Bonnet and Arand 1995؛ Stranges et al.2012; Becker et al. 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com