Загубата на сън нарушава невронния подпис на успешното учене Част 1

Сънят поддържа консолидирането на паметта, както и ученето на следващия ден. Влиятелният разказ на „Активни системи“ за офлайн консолидации предполага, че свързаната със съня обработка на паметта проправя пътя за ново обучение, но емпиричните доказателства в подкрепа на тази идея са оскъдни.

Използвайки кросоувър дизайн в рамките на субектите (n=30), ние оценихме поведенческите и електрофизиологичните индекси на епизодично кодиране след нощ на сън или пълно лишаване от сън при здрави възрастни (на възраст 18–25 години) и проучихме дали поведенческото представяне е предвидено чрез консолидирането за една нощ на епизодични асоциации от предишния ден. Консолидиране на паметта, поддържано от съня, и учене на следващия ден в сравнение с лишаването от сън.

Въпреки това, мащабът на тази свързана със съня полза от консолидация не предсказва значително способността за формиране на нови спомени след сън. Интересното е, че лишаването от сън предизвиква качествена промяна в невронния подпис на кодирането: докато 12–20 Hz бета десинхронизация - установен маркер за успешно кодиране - се наблюдава след сън, лишаването от сън нарушава бета десинхронизацията по време на успешно обучение. Взети заедно, тези открития предполагат, че ефективното обучение зависи от съня, но не непременно от свързаната със съня консолидация.

Ключови думи:

изучаване на; памет; консолидация; бета десинхронизация; лишаване от сън.

Въведение

Как помним събития от минали дни? Вече е твърдо установено, че сънят улеснява консолидирането на паметта; процесът, при който слабите и първоначално лабилни следи от паметта стават силни и трайни репрезентации (Gais et al. 2006; Talamini et al. 2008; Payneet al. 2012; Durrant et al. 2016; Cairney, Lindsay, et al. 2018; Gaskell et al. 2018; Аштън и др. 2020; Аштън и Керни 2021).

Докато първоначално се смяташе, че сънят осигурява само пасивна защита на консолидацията на паметта (т.е. чрез екраниране на спомените от намесата, предизвикана от будното преживяване), скорошна работа предполага, че новоформираните спомени се укрепват активно по време на сън (Rasch et al. 2007; Schönauer et al. 2017; Cairney , Guttesen и др. 2018; Wang и др. 2019; Schreiner и др. 2021).

Влиятелният разказ на „Активни системи“ за свързаната със съня консолидация предполага, че повторното активиране на спомени, зависими от хипокампуса по време на сън с бавни вълни (SWS), улеснява тяхната миграция към неокортекса за дългосрочно съхранение (Walker 2009; Born and Wilhelm 2012; Rasch and Born 2013; Klinzing et. др. 2019 г.).

В подкрепа на тази гледна точка, функционалните невроизобразяващи проучвания показват, че консолидацията за една нощ поддържа изместване на мрежата за извличане на паметта от хипокампусния тонус на кортекса (Takashima et al. 2009), като времето, прекарано в SWS, предсказва намаляването на зависимостта от извличане на хипокампа (Takashima et al. 2006; Cairney et al. 2015 г.).

По същия начин, друга работа показва, че сънят след обучението (в сравнение с лишаването от сън) насърчава функционалното свързване между активността в хипокампуса и префронталния кортекс, когато възстановяването се оценява 48 часа по-късно (Gais et al. 2007).

Взети заедно, тези констатации предполагат, че трансферът на информация от хипокампал към неокортикален се появява през първите нощи след обучението, въпреки че процесът на консолидация вероятно отнема много седмици или дори месеци, за да завърши (Dudai 2004; Dudai et al. 2015).

Въпреки че ползите от съня за консолидиране на паметта са добре известни, скорошна работа показва, че сънят също така подпомага ученето на следващия ден на зависещи от хипокампуса спомени.

Когато една нощ на лишаване от сън предшества нова възможност за учене, декларативното припомняне на паметта е сериозно нарушено, дори след сън за възстановяване (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015; Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018), което предполага, че липсата на сън нарушава кодирането на паметта в хипокампуса. Наистина, в сравнение с нормална нощ на сън, лишаването от сън отслабва реакциите на хипокампа по време на успешно обучение (т.е. за спомени, които са правилно извикани в по-късен тест за възстановяване след сън за възстановяване), което води до цялостен спад в ефективността на припомнянето (Yoo et al. 2007).

Съответно, дрямката през деня не само улеснява ученето (Mander et al. 2011), но също така възстановява възможностите за кодиране на хипокампа в сравнение с еквивалентен период на будност (Ong et al. 2020).

Взаимодействието на различни мозъчни ритми е идентифицирано като ключов механизъм, който регулира комуникацията между хипокампуса и неокортекса по време на обработката на паметта, свързана със съня.

Бавни трептения (<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). 

Делта вълните (1–4 Hz), за разлика от тях, са замесени в забравянето чрез процеси на синаптична ренормализация (Genzel et al. 2014) и се смята, че взаимодействат с бавни трептения, за да регулират баланса между консолидацията и отслабването на паметта (Kim et al. 2019).

Интересно е, че невронните трептения, замесени в обработката на паметта за една нощ, също са свързани с новото обучение в хипокампуса, което предполага, че тези процеси разчитат на припокриващи се механизми.

Например, селективното потискане на активността на бавните вълни (SWA;0.5–4 Hz) чрез подход на акустични смущения влошава кодирането на декларативната памет и намалява свързаната с кодирането активност в хипокампуса (Van Der Werf et al.2009). Реципрочно, подобряването на SWA чрез електрическа стимулация подобрява кодирането на зависещи от хипокампуса спомени, но не и нехипокампални процедурни умения (Antonenko et al. 2013).

Увеличаването на бавните трептения чрез слухова стимулация води до подобни ефекти, като величината на усилването на бавните трептения предсказва както активирането на хипокампа, така и поведенческото представяне при кодиране (Ong et al.2018). До каква степен процесите на паметта, медиирани от мозъчните ритми на съня, допринасят за способностите за учене на следващия ден, все още не е пряко изследвано в емпирично изследване.

В това предварително регистрирано проучване (osf.io/78dja) тествахме хипотезата, че степента, в която индивидите консолидират нови спомени по време на сън, предсказва тяхната способност да кодират нова информация на следващия ден и че SWA (0.5–4 Hz) допринася за тази връзка.

При кросоувър дизайн в рамките на субектите, здрави млади възрастни бяха обучени на задача за визуално-пространствена памет преди нощ на наблюдаван с ЕЕГ сън или пълно лишаване от сън и бяха тествани на следващата сутрин.

След това участниците бяха обучени на нова задача за двойки, но не бяха тествани до 48 часа по-късно (позволявайки възстановителен сън в състояние на лишаване от сън). По този начин ефективността на извличане на визуално-пространствената памет и тестовете за двойки асоциирани осигуряват независими показатели съответно за консолидиране през нощта и обучение на следващия ден.

Избрахме тези конкретни задачи за паметта, защото и двете разчитат на хипокампуса (Eichenbaum 2004; Konkel и Cohen 2009), а рамката на Active Systems се занимава основно с консолидирането през нощта на спомени, зависими от хипокампуса (Walker 2009; Born and Wilhelm 2012; Rasch and Born 2013; Klinzing et. др. 2019 г.).

Освен това, предишна работа последователно показва, че консолидирането както на зрително-пространствените, така и на спомените, свързани с двойки, се подкрепя от сън през нощта (Cairney, Lindsay, et al. 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton and Cairney 2021).

Сметнахме, че използването на 2 концептуално различни задачи е оптимално, тъй като това би гарантирало, че всяка потенциална връзка между консолидацията за една нощ и ученето на следващия ден няма да бъде повлияна от ретроактивна или проактивна намеса.

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) синхронизация, която поддържа обвързването на елементи в епизодичната памет (Summerfield and Mangels 2005; Osipova et al. 2006; Köster et al. 2018; Henin et al. 2019).

Освен това, в проучвателен анализ, ние изследвахме ефекта от лишаването от сън върху 12–20 Hz бета десинхронизация, установен маркер за успешно учене (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

Разбирането как нарушенията на съня увреждат ученето и паметта е все по-важно в съвременното общество, където много хора не успяват редовно да си осигурят адекватно количество сън (Bonnet and Arand 1995; Stranges et al. 2012; Becker et al. 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com