Schlafmangel stört die neuronale Signatur erfolgreichen Lernens Teil 1

Schlaf unterstützt die Gedächtniskonsolidierung sowie das Lernen am nächsten Tag. Der einflussreiche „Active Systems“-Bericht zur Offline-Konsolidierung legt nahe, dass die schlafbezogene Gedächtnisverarbeitung den Weg für neues Lernen ebnet, empirische Belege für diese Idee sind jedoch rar.

Schlaf und Erinnerung sind untrennbar miteinander verbunden. Ausreichend Schlaf kann uns helfen, das Lernen und das Gedächtnis zu verbessern und dadurch unsere kognitiven Fähigkeiten und unsere Intelligenz zu verbessern.

Schlaf trägt nicht nur dazu bei, gelernte Informationen zu festigen, sondern trägt auch dazu bei, unsere Lernfähigkeit zu verbessern. Während wir schlafen, führt das Gehirn eine Reihe komplexer Prozesse durch, die dabei helfen, Erinnerungen zu festigen. Zu diesen Prozessen gehört die Speicherung neuer Informationen und die Verstärkung alter Informationen. Wenn wir nicht genug Schlaf bekommen, können diese Prozesse nicht stattfinden, was es für uns schwierig macht, zu lernen und Informationen zu behalten.

Darüber hinaus kann Schlafmangel zu einer Verschlechterung unserer Konzentrationsfähigkeit und Fokussierung führen, was sich natürlich auf unsere kognitiven Fähigkeiten auswirkt. Chronischer Schlafmangel kann auch zu kognitiven Beeinträchtigungen, Depressionen und anderen Gesundheitsproblemen führen.

Um ein besseres Gedächtnis zu haben, brauchen wir daher regelmäßigen Schlaf. Experten empfehlen, dass Erwachsene mindestens 7 bis 8 Stunden Schlaf pro Tag benötigen. Darüber hinaus müssen Sie auch auf die Schlafqualität achten. Behalten Sie regelmäßige Schlafgewohnheiten bei und vermeiden Sie übermäßige Müdigkeit, Stimulation und stimulierende Substanzen wie Alkohol, Koffein und Nikotin so weit wie möglich, um die Schlafqualität zu verbessern.

Kurz gesagt, gute Schlafgewohnheiten wirken sich nicht nur positiv auf die körperliche Gesundheit aus, sondern verbessern auch unsere Lern- und Gedächtnisfähigkeit erheblich. Lassen Sie uns ausgezeichnete Schlafgewohnheiten beibehalten und unsere kognitiven Fähigkeiten und unsere Lebensgesundheit schützen! Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel ist, das viele einzigartige Wirkungen hat, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Hackfleisch beruht auf den verschiedenen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Säure, Polysaccharide, Flavonoide usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

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Mithilfe eines Crossover-Designs innerhalb der Subjekte (n=30) bewerteten wir Verhaltens- und elektrophysiologische Indizes der episodischen Kodierung nach einer Nacht Schlaf oder völligem Schlafentzug bei gesunden Erwachsenen (im Alter von 18–25 Jahren) und untersuchten, ob die Verhaltensleistung vorhergesagt wurde durch die nächtliche Konsolidierung episodischer Assoziationen vom Vortag. Schlafunterstützte Gedächtniskonsolidierung und Lernen am nächsten Tag im Vergleich zu Schlafentzug.

Das Ausmaß dieses schlafassoziierten Konsolidierungsvorteils ließ jedoch keinen signifikanten Rückschluss auf die Fähigkeit zu, nach dem Schlaf neue Erinnerungen zu bilden. Interessanterweise führte Schlafentzug zu einer qualitativen Veränderung der neuronalen Signatur der Kodierung: Während nach dem Schlafen eine Beta-Desynchronisation von 12–20 Hz – ein etablierter Marker für eine erfolgreiche Kodierung – beobachtet wurde, störte Schlafentzug die Beta-Desynchronisation während des erfolgreichen Lernens. Zusammengefasst deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass effektives Lernen vom Schlaf abhängt, aber nicht unbedingt von der schlafbezogenen Konsolidierung.

Schlüsselwörter:

Lernen; Erinnerung; Konsolidierung; Beta-Desynchronisierung; Schlafentzug.

Einführung

Wie erinnern wir uns an Ereignisse aus vergangenen Tagen? Es ist mittlerweile fest belegt, dass Schlaf die Festigung des Gedächtnisses erleichtert; der Prozess, durch den schwache und anfänglich labile Gedächtnisspuren zu starken und dauerhaften Repräsentationen werden (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 und Cairney 2021).

Während ursprünglich angenommen wurde, dass Schlaf nur einen passiven Schutz für die Gedächtniskonsolidierung bietet (d. h. indem er Erinnerungen vor Störungen durch Wacherfahrungen abschirmt), deuten neuere Arbeiten darauf hin, dass neu gebildete Erinnerungen während des Schlafs aktiv gestärkt werden (Rasch et al. 2007; Schönauer et al. 2017; Cairney). , Guttesen et al. 2018; Wang et al. 2019; Schreiner et al. 2021).

Der einflussreiche „Active Systems“-Bericht zur schlafassoziierten Konsolidierung geht davon aus, dass die Reaktivierung von Hippocampus-abhängigen Erinnerungen während des Slow-Wavesleep (SWS) ihre Migration in den Neocortex zur Langzeitspeicherung erleichtert (Walker 2009; Born und Wilhelm 2012; Rasch und Born 2013; Klinzing et al. 2019).

Diese Ansicht wird durch funktionelle Neuroimaging-Studien gestützt, die gezeigt haben, dass die nächtliche Konsolidierung eine Verlagerung des Gedächtnisabrufnetzwerks vom Hippocampus zum Neokortex unterstützt (Takashima et al. 2009), wobei die im SWS verbrachte Zeit die Verringerung der Abrufabhängigkeit des Hippocampus vorhersagt (Takashima et al. 2006; Cairney). et al. 2015).

In diesem Sinne haben andere Arbeiten gezeigt, dass der Schlaf nach dem Lernen (im Vergleich zum Schlafentzug) die funktionelle Kopplung zwischen der Aktivität im Hippocampus und dem präfrontalen Kortex fördert, wenn der Abruf 48 Stunden später beurteilt wird (Gais et al. 2007).

Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Informationsübertragung vom Hippocampus zum Neokortikalen in den ersten Nächten nach dem Lernen stattfindet, obwohl der Konsolidierungsprozess vermutlich viele Wochen oder sogar Monate dauert (Dudai 2004; Dudai et al. 2015).

Während die Vorteile des Schlafs für die Gedächtniskonsolidierung allgemein bekannt sind, deuten neuere Arbeiten darauf hin, dass Schlaf auch das Erlernen von Hippocampus-abhängigen Erinnerungen am nächsten Tag unterstützt.

Wenn eine Nacht mit Schlafentzug einer neuen Lernmöglichkeit vorausgeht, ist die deklarative Gedächtnisleistung stark beeinträchtigt, selbst nach dem Erholungsschlaf (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015; Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018). Dies deutet darauf hin, dass ein Mangel an Schlaf die Gedächtniskodierung im Hippocampus stört. Tatsächlich schwächt Schlafentzug im Vergleich zu einer normalen Nacht die Reaktionen des Hippocampus während des erfolgreichen Lernens (d. h. bei Erinnerungen, die in einem späteren Abruftest nach dem Erholungsschlaf korrekt abgerufen werden), was zu einem allgemeinen Rückgang der Erinnerungsleistung führt (Yoo et al. 2007).

Dementsprechend erleichtern Nickerchen am Tag nicht nur das Lernen (Mander et al. 2011), sondern stellen auch die Kodierungsfähigkeiten des Hippocampus im Vergleich zu einer entsprechenden Wachphase wieder her (Ong et al. 2020).

Das Zusammenspiel verschiedener Gehirnrhythmen wurde als Schlüsselmechanismus identifiziert, der die Kommunikation zwischen Hippocampus und Neocortex während der schlafassoziierten Gedächtnisverarbeitung reguliert.

Langsame Schwingungen(<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-Wellen (1–4 Hz) hingegen sind über Prozesse der synaptischen Renormierung am Vergessen beteiligt (Genzel et al. 2014) und interagieren vermutlich mit langsamen Oszillationen, um das Gleichgewicht zwischen Gedächtniskonsolidierung und -schwächung zu regulieren (Kim et al. 2019).

Interessanterweise wurden neuronale Oszillationen, die an der Gedächtnisverarbeitung über Nacht beteiligt sind, auch mit neuem Lernen im Hippocampus in Verbindung gebracht, was darauf hindeutet, dass diese Prozesse auf überlappenden Mechanismen beruhen.

Beispielsweise beeinträchtigt die selektive Unterdrückung der Slow-Wave-Aktivität (SWA;0,5–4 Hz) über einen akustischen Störungsansatz die deklarative Gedächtniskodierung und reduziert die kodierungsbezogene Aktivität im Hippocampus (Van Der Werf et al.2009). Umgekehrt verbessert die Verbesserung der SWA durch elektrische Stimulation die Kodierung von Hippocampus-abhängigen Erinnerungen, nicht jedoch die prozeduralen Fähigkeiten außerhalb des Hippocampus (Antonenko et al. 2013).

Die Verstärkung langsamer Schwingungen durch akustische Stimulation führt zu ähnlichen Effekten, wobei die Stärke der Verstärkung der langsamen Schwingung sowohl die Aktivierung des Hippocampus als auch die Verhaltensleistung bei der Kodierung vorhersagt (Ong et al.2018). Inwieweit Gedächtnisprozesse, die durch Gehirnrhythmen im Schlaf vermittelt werden, zu den Lernfähigkeiten am nächsten Tag beitragen, muss noch in der empirischen Forschung direkt untersucht werden.

In dieser vorab registrierten Studie (osf.io/78dja) haben wir die Hypothese getestet, dass das Ausmaß, in dem Personen während des Schlafs neue Erinnerungen festigen, ihre Fähigkeit vorhersagt, neue Informationen am nächsten Tag zu kodieren, und dass SWA (0,5–4 Hz) dazu beiträgt diese Beziehung.

In einem intersubjektübergreifenden Crossover-Design wurden gesunde junge Erwachsene vor einer Nacht mit EEG-überwachtem Schlaf oder völligem Schlafentzug in einer visuellen Gedächtnisaufgabe trainiert und am nächsten Morgen getestet.

Anschließend wurden die Teilnehmer an einer neuartigen Partneraufgabe geschult, aber erst 48 Stunden später getestet (um Erholungsschlaf im Schlafentzugszustand zu ermöglichen). Die Abrufleistung bei den Tests „Visuell-räumliches Gedächtnis“ und „Paired-Associates“ lieferte somit unabhängige Metriken für die Konsolidierung über Nacht bzw. das Lernen am nächsten Tag.

Wir haben diese besonderen Gedächtnisaufgaben ausgewählt, weil sie beide auf dem Hippocampus basieren (Eichenbaum 2004; Konkel und Cohen 2009) und das Active Systems-Framework sich in erster Linie mit der Konsolidierung von Hippocampus-abhängigen Erinnerungen über Nacht befasst (Walker 2009; Born und Wilhelm 2012; Rasch und Born 2013; Klinzing). et al. 2019).

Darüber hinaus haben frühere Arbeiten durchweg gezeigt, dass die Konsolidierung sowohl visueller als auch paarassoziierter Erinnerungen durch Nachtschlaf gefördert wird (Cairney, Lindsay et al. 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton und Cairney 2021).

Wir kamen zu dem Schluss, dass die Verwendung von zwei konzeptionell unterschiedlichen Aufgaben optimal sei, da dadurch sichergestellt würde, dass eine mögliche Beziehung zwischen der Konsolidierung über Nacht und dem Lernen am nächsten Tag nicht durch rückwirkende oder proaktive Eingriffe beeinflusst würde.

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) Synchronisation, die die Elementbindung im episodischen Gedächtnis unterstützen (Summerfield und Mangels 2005; Osipova et al. 2006; Köster et al. 2018; Henin et al. 2019).

Darüber hinaus untersuchten wir in einer explorativen Analyse die Auswirkung von Schlafentzug auf die Beta-Desynchronisation bei 12–20 Hz, einem etablierten Marker für erfolgreiches Lernen (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

Zu verstehen, wie Schlafstörungen das Lernen und das Gedächtnis beeinträchtigen, wird in der modernen Gesellschaft, in der es vielen Menschen nicht gelingt, regelmäßig ausreichend zu schlafen, immer wichtiger (Bonnet und Arand 1995; Stranges et al. 2012; Becker et al. 2018).

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