يؤدي فقدان النوم إلى تعطيل التوقيع العصبي للتعلم الناجح، الجزء الأول

يدعم النوم تعزيز الذاكرة وكذلك التعلم في اليوم التالي. ويشير حساب "الأنظمة النشطة" المؤثر لعمليات الدمج خارج الإنترنت إلى أن معالجة الذاكرة المرتبطة بالنوم تمهد الطريق لتعلم جديد، ولكن الأدلة التجريبية التي تدعم هذه الفكرة نادرة.

باستخدام التصميم المتقاطع (n=30) المتقاطع، قمنا بتقييم المؤشرات السلوكية والفيزيولوجية الكهربية للتشفير العرضي بعد ليلة من النوم أو الحرمان التام من النوم لدى البالغين الأصحاء (الذين تتراوح أعمارهم بين 18-25 عامًا) وتحققنا مما إذا كان الأداء السلوكي متوقعًا من خلال الدمج بين عشية وضحاها للجمعيات العرضية من اليوم السابق. النوم يدعم تعزيز الذاكرة والتعلم في اليوم التالي مقارنة بالحرمان من النوم.

ومع ذلك، فإن حجم فائدة الدمج المرتبطة بالنوم لم يتنبأ بشكل كبير بالقدرة على تكوين ذكريات جديدة بعد النوم. ومن المثير للاهتمام أن الحرمان من النوم أدى إلى حدوث تغيير نوعي في التوقيع العصبي للتشفير: في حين تمت ملاحظة عدم تزامن بيتا بمعدل 12-20 هرتز - وهي علامة ثابتة للتشفير الناجح - بعد النوم، فإن الحرمان من النوم عطل عدم تزامن بيتا أثناء التعلم الناجح. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن التعلم الفعال يعتمد على النوم ولكن ليس بالضرورة على الدمج المرتبط بالنوم.

الكلمات الدالة:

تعلُّم؛ ذاكرة؛ الدمج؛ إلغاء تزامن بيتا؛ الحرمان من النوم.

مقدمة

كيف نتذكر أحداث الأيام الماضية؟ لقد أصبح من الثابت الآن أن النوم يسهل عملية تعزيز الذاكرة؛ العملية التي من خلالها تصبح آثار الذاكرة الضعيفة والمتغيرة في البداية تمثيلات قوية ودائمة (Gais et al. 2006; Talamini et al. 2008; Payneet al. 2012; Durrant et al. 2016; Cairney, Lindsay, et al.2018; Gaskell et al. 2018؛ أشتون وآخرون 2020؛ أشتون وكيرني 2021).

في حين كان يُعتقد في الأصل أن النوم يوفر فقط الحماية السلبية لتعزيز الذاكرة (أي عن طريق حماية الذكريات من التداخل الذي تسببه تجربة اليقظة)، تشير الأعمال الحديثة إلى أن الذكريات المتكونة حديثًا يتم تعزيزها بشكل نشط أثناء النوم (Rasch et al. 2007; Schönauer et al. 2017; Cairney). ، جوتيسن وآخرون 2018؛ وانغ وآخرون 2019؛ شراينر وآخرون 2021).

يفترض حساب "الأنظمة النشطة" المؤثر للدمج المرتبط بالنوم أن إعادة تنشيط الذكريات المعتمدة على الحُصين أثناء نوم الموجات البطيئة (SWS) يسهل هجرتها إلى القشرة المخية الحديثة للتخزين على المدى الطويل (Walker 2009; Born and Wilhelm2012; Rasch and Born 2013; Klinzing et آل.2019).

دعمًا لهذا الرأي، أظهرت دراسات التصوير العصبي الوظيفي أن الدمج بين عشية وضحاها يدعم التحول في شبكة استرجاع الذاكرة من القشرة اللونية للحصين (تاكاشيما وآخرون 2009)، مع توقع الوقت الذي يقضيه في SWS انخفاض الاعتماد على استرجاع الحصين (تاكاشيما وآخرون 2006؛ كيرني وآخرون. 2015).

وعلى نفس المنوال، أظهرت أعمال أخرى أن نوم ما بعد التعلم (مقارنة بالحرمان من النوم) يعزز الاقتران الوظيفي بين النشاط في الحُصين وقشرة الفص الجبهي عندما يتم تقييم الاسترجاع بعد 48 ساعة (Gais et al. 2007).

تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن نقل المعلومات من الحصين إلى القشرة المخية الحديثة يظهر خلال الليالي الأولى بعد التعلم، على الرغم من أن عملية الدمج من المفترض أن تستغرق عدة أسابيع أو حتى أشهر حتى تكتمل (Dudai2004; Dudai et al. 2015).

في حين أن فوائد النوم لتقوية الذاكرة معروفة جيدًا، فقد أشارت الأبحاث الحديثة إلى أن النوم يدعم أيضًا تعلم الذكريات المعتمدة على الحصين في اليوم التالي.

عندما تسبق ليلة من الحرمان من النوم فرصة تعليمية جديدة، فإن استرجاع الذاكرة التقريرية يكون ضعيفًا بشدة، حتى بعد نوم التعافي (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015;Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018)، مما يشير إلى أن غياب النوم يعطل تشفير الذاكرة في الحصين. في الواقع، بالمقارنة مع ليلة نوم عادية، فإن الحرمان من النوم يضعف استجابات الحصين أثناء التعلم الناجح (أي للذكريات التي يتم استرجاعها بشكل صحيح في اختبار استرجاع لاحق بعد نوم التعافي)، مما يؤدي إلى انخفاض عام في أداء الاسترجاع (Yoo et al. 2007).

في المقابل، لا تعمل القيلولة أثناء النهار على تسهيل التعلم فحسب (Mander et al. 2011) ولكنها أيضًا تستعيد قدرات تشفير الحصين مقارنة بفترة استيقاظ مكافئة (Ong et al. 2020).

تم تحديد التفاعل بين إيقاعات الدماغ المختلفة كآلية رئيسية تنظم الاتصال بين الحصين والقشرة المخية الحديثة أثناء معالجة الذاكرة المرتبطة بالنوم.

تذبذبات بطيئة(<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). 

على النقيض من ذلك، تورطت موجات دلتا (1-4 هرتز) في النسيان من خلال عمليات إعادة التطبيع التشابكي (Genzel et al. 2014) ويُعتقد أنها تتفاعل مع التذبذبات البطيئة لتنظيم التوازن بين تعزيز الذاكرة وإضعافها (Kim et al. 2019).

ومن المثير للاهتمام أن التذبذبات العصبية المرتبطة بمعالجة الذاكرة أثناء الليل تم أيضًا ربطها بالتعلم الجديد في الحصين، مما يشير إلى أن هذه العمليات تعتمد على آليات متداخلة.

على سبيل المثال، يؤدي قمع نشاط الموجة البطيئة بشكل انتقائي (SWA;0.5–4 هرتز) عبر نهج الاضطراب الصوتي إلى إضعاف تشفير الذاكرة التصريحية وتقليل النشاط المرتبط بالتشفير في الحصين (Van Der Werf et al.2009). بشكل متبادل، يؤدي تعزيز SWA من خلال التحفيز الكهربائي إلى تحسين تشفير الذكريات المعتمدة على الحصين ولكن ليس المهارات الإجرائية غير الحصين (Antonenko et al. 2013).

تؤدي زيادة التذبذبات البطيئة عن طريق التحفيز السمعي إلى تأثيرات مماثلة، حيث يتنبأ حجم تعزيز التذبذب البطيء بكل من تنشيط الحصين والأداء السلوكي عند التشفير (Ong et al.2018). إلى أي مدى تساهم عمليات الذاكرة التي تتم بوساطة إيقاعات الدماغ أثناء النوم في قدرات التعلم في اليوم التالي، لم يتم بعد فحصها بشكل مباشر في الأبحاث التجريبية.

في هذه الدراسة المسجلة مسبقًا (osf.io/78dja)، اختبرنا الفرضية القائلة بأن مدى قيام الأفراد بتجميع ذكريات جديدة أثناء النوم يتنبأ بقدرتهم على تشفير معلومات جديدة في اليوم التالي، وأن SWA (0.5–4 هرتز) يساهم في هذه العلاقة.

في موضوعات داخلية، تصميم متقاطع، تم تدريب الشباب الأصحاء على مهمة الذاكرة البصرية المكانية قبل ليلة من النوم الخاضع لمراقبة تخطيط كهربية الدماغ أو الحرمان التام من النوم، وتم اختبارهم في صباح اليوم التالي.

بعد ذلك، تم تدريب المشاركين على مهمة جديدة للزملاء المقترنين ولكن لم يتم اختبارهم إلا بعد مرور 48 ساعة (مما يسمح باستعادة النوم في حالة الحرمان من النوم). أداء الاسترجاع في الذاكرة البصرية المكانية واختبارات الشركاء المقترنة يوفر بالتالي مقاييس مستقلة للدمج بين عشية وضحاها والتعلم في اليوم التالي، على التوالي.

لقد اخترنا مهام الذاكرة المحددة هذه لأنها تعتمد على الحصين (Eichenbaum2004; Konkel and Cohen 2009) ويهتم إطار عمل الأنظمة النشطة في المقام الأول بالتوحيد الليلي للذكريات المعتمدة على الحصين (Walker 2009; Born and Wilhelm 2012; Rasch and Born2013; Klinzing et آل.2019).

علاوة على ذلك، أظهرت الأعمال السابقة باستمرار أن توحيد كل من الذكريات البصرية المكانية والمرتبطة يتم تعزيزه من خلال النوم طوال الليل (Cairney, Lindsay, et al. 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton and Cairney 2021).

لقد فكرنا في أن استخدام مهمتين مختلفتين من الناحية النظرية هو الأمثل، لأن هذا من شأنه أن يضمن أن أي علاقة محتملة بين الدمج بين عشية وضحاها والتعلم في اليوم التالي لن تتأثر بالتدخل الرجعي أو الاستباقي.

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) التزامن، الذي يدعم ربط العناصر في الذاكرة العرضية (Summerfield and Mangels 2005; Osipova et al. 2006;Köster et al. 2018; Henin et al. 2019).

علاوة على ذلك، في تحليل استكشافي، قمنا بدراسة تأثير الحرمان من النوم على عدم تزامن بيتا 12-20 هرتز، وهي علامة ثابتة على التعلم الناجح (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

إن فهم كيفية إضعاف اضطرابات النوم للتعلم والذاكرة له أهمية متزايدة في المجتمع الحديث، حيث يفشل الكثير من الناس في الحصول على قدر كافٍ من النوم بانتظام (Bonnet and Arand 1995; Stranges et al.2012; Becker et al. 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com