La pèrdua del son altera la signatura neuronal de l'aprenentatge exitós part 1

El son admet la consolidació de la memòria i l'aprenentatge al dia següent. L'influent compte "Active Systems" de la consolidació fora de línia suggereix que el processament de la memòria associat al son obre el camí per a un nou aprenentatge, però l'evidència empírica en suport d'aquesta idea és escassa.

Utilitzant un disseny creuat entre subjectes (n=30), vam avaluar índexs conductuals i electrofisiològics de codificació episòdica després d'una nit de son o privació total del son en adults sans (de 18 a 25 anys) i vam investigar si es preveia el rendiment del comportament. per la consolidació d'un dia per l'altre d'associacions episòdiques del dia anterior. La consolidació de la memòria va recolzar el son i l'aprenentatge al dia següent en comparació amb la privació del son.

Tanmateix, la magnitud d'aquest benefici de consolidació associat al son no va predir significativament la capacitat de formar nous records després del son. Curiosament, la privació del son va provocar un canvi qualitatiu en la signatura neuronal de la codificació: mentre que la desincronització beta de 12-20 Hz, un marcador establert de codificació reeixida, es va observar després del son, la privació del son va interrompre la desincronització beta durant l'aprenentatge reeixit. En conjunt, aquestes troballes suggereixen que l'aprenentatge efectiu depèn del son, però no necessàriament de la consolidació associada al son.

Paraules clau:

aprenentatge; memòria; consolidació; desincronització beta; privació del son.

Introducció

Com recordem els esdeveniments de temps passats? Ara està fermament establert que el son facilita la consolidació de la memòria; el procés pel qual les traces de memòria dèbils i inicialment làbils esdevenen representacions fortes i perdurables (Gais et al. 2006; Talamini et al. 2008; Payneet al. 2012; Durrant et al. 2016; Cairney, Lindsay, et al. 2018; Gaskell et al. 2018; . 2018; Ashton et al. 2020; Ashton i Cairney 2021).

Mentre que originalment es pensava que el son només proporcionava protecció passiva a la consolidació de la memòria (és a dir, protegint els records de la interferència que suposa l'experiència de vigília), treballs recents suggereixen que els records recentment formats s'enforteixen activament durant el son (Rasch et al. 2007; Schönauer et al. 2017; Cairney). , Guttesen, et al., 2018; Wang et al., 2019; Schreiner et al., 2021).

L'influent compte "Active Systems" de la consolidació associada al son planteja que la reactivació de les memòries dependents de l'hipocamp durant el son d'ones lentes (SWS) facilita la seva migració al neocòrtex per a l'emmagatzematge a llarg termini (Walker 2009; Born i Wilhelm2012; Rasch i Born 2013; Klinzing et 2013; al. 2019).

Donant suport a aquesta visió, els estudis de neuroimatge funcional han demostrat que la consolidació durant la nit admet un canvi en la xarxa de recuperació de memòria del tonocòrtex de l'hipocamp (Takashima et al. 2009), amb el temps dedicat a SWS predint la reducció de la dependència de recuperació de l'hipocamp (Takashima et al. 2006; Cairney et al. 2006; 2015).

En la mateixa línia, altres treballs han demostrat que el son postaprenentatge (en comparació amb la privació del son) afavoreix l'acoblament funcional entre l'activitat de l'hipocamp i l'escorça prefrontal quan s'avalua la recuperació 48 h després (Gais et al. 2007).

En conjunt, aquestes troballes suggereixen que la transferència d'informació de l'hipocamp a la neocortical sorgeix durant les primeres nits després de l'aprenentatge, tot i que presumiblement el procés de consolidació triga moltes setmanes o fins i tot mesos a completar-se (Dudai2004; Dudai et al. 2015).

Tot i que els beneficis del son per a la consolidació de la memòria són ben coneguts, treballs recents han indicat que el son també admet l'aprenentatge al dia següent dels records dependents de l'hipocamp.

Quan una nit de privació del son precedeix una nova oportunitat d'aprenentatge, la memòria declarativa es veu molt afectada, fins i tot després del son de recuperació (Alberca-Reina et al. 2014; Kaida et al. 2015; Tempesta et al. 2016; Cousins ​​et al. 2018). suggerint que l'absència de son altera la memòria que codifica l'hipocamp. De fet, en comparació amb una nit normal de son, la privació del son debilita les respostes de l'hipocamp durant l'aprenentatge reeixit (és a dir, per als records que es recorden correctament en una prova de recuperació posterior després del son de recuperació), donant lloc a una disminució general del rendiment de record (Yoo et al. 2007).

En conseqüència, les migdiades diürnes no només faciliten l'aprenentatge (Mander et al. 2011), sinó que també restableixen les capacitats de codificació de l'hipocamp en comparació amb un període equivalent de vigília (Ong et al. 2020).

La interacció de diversos ritmes cerebrals s'ha identificat com un mecanisme clau que regula la comunicació entre l'hipocamp i el neocòrtex durant el processament de la memòria associat al son.

Oscil·lacions lentes (<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). 

Les ones delta (1-4 Hz), en canvi, s'han implicat en l'oblit mitjançant processos de renormalització sinàptica (Genzel et al. 2014) i es creu que interactuen amb oscil·lacions lentes per regular l'equilibri entre la consolidació i el debilitament de la memòria (Kim et al. 2019).

Curiosament, les oscil·lacions neuronals implicades en el processament de la memòria durant la nit també s'han relacionat amb el nou aprenentatge a l'hipocamp, cosa que suggereix que aquests processos es basen en mecanismes superposats.

Per exemple, la supressió selectiva de l'activitat d'ona lenta (SWA;0.5–4 Hz) mitjançant un enfocament de pertorbació acústica perjudica la codificació de la memòria declarativa i redueix l'activitat relacionada amb la codificació a l'hipocamp (Van Der Werf et al.2009). Recíprocament, la millora de la SWA mitjançant l'estimulació elèctrica millora la codificació de memòries dependents de l'hipocamp, però no les habilitats procedimentals no hipocampals (Antonenko et al. 2013).

Augmentar les oscil·lacions lentes mitjançant l'estimulació auditiva condueix a efectes similars, amb la magnitud de la millora de l'oscil·lació lenta que prediu tant l'activació de l'hipocamp com el rendiment del comportament a la codificació (Ong et al.2018). Fins a quin punt els processos de memòria mediats pels ritmes cerebrals adormits contribueixen a les capacitats d'aprenentatge del dia següent encara no s'ha examinat directament en la investigació empírica.

En aquest estudi preregistrat (osf.io/78dja), vam provar la hipòtesi que la mesura en què els individus consoliden nous records durant el son prediu la seva capacitat per codificar informació nova l'endemà i que SWA (0.5-4 Hz) contribueix a aquesta relació.

En un disseny creuat entre els subjectes, els adults joves sans van ser entrenats en una tasca de memòria visuoespacial abans d'una nit de son controlat per EEG o privació total de son i es van provar el matí següent.

Després, els participants van ser entrenats en una nova tasca d'associats, però no es van provar fins a 48 hores més tard (permetent dormir de recuperació en la condició de privació del son). El rendiment de recuperació de les proves de memòria visuoespacial i d'associats aparellats va proporcionar mètriques independents de consolidació durant la nit i d'aprenentatge al dia següent, respectivament.

Hem escollit aquestes tasques de memòria en particular perquè totes dues depenen de l'hipocamp (Eichenbaum 2004; Konkel i Cohen 2009) i l'Active Systemsframework es preocupa principalment de la consolidació durant la nit de les memòries dependents de l'hipocamp (Walker 2009; Born i Wilhelm 2012; Rasch et Bornzi; al. 2019).

A més, treballs anteriors han demostrat constantment que la consolidació dels records visuoespacials i associats es veu reforçada pel son durant la nit (Cairney, Lindsay, et al. 2018; Ashtonet al. 2020; Ashton i Cairney 2021).

Vam raonar que l'ús de 2 tasques conceptualment diferents era òptim, ja que això garantiria que qualsevol relació potencial entre la consolidació durant la nit i l'aprenentatge al dia següent no es veuria influenciada per interferències retroactives o proactives.

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), que admet la unió d'elements a la memòria episòdica (Summerfield i Mangels 2005; Osipova et al. 2006; Köster et al. 2018; Henin et al. 2019).

A més, en una anàlisi exploratòria, es va investigar l'efecte de la privació de son en la desincronització beta de 12-20 Hz, un marcador establert d'aprenentatge exitós (Hanslmayret al. 2009, 2011, 2012, 2014; Griffiths et al. 2016).

Entendre com les alteracions del son perjudiquen l'aprenentatge i la memòria és cada cop més important a la societat moderna, on moltes persones no aconsegueixen regularment una quantitat adequada de son (Bonnet i Arand 1995; Stranges et al. 2012; Becker et al. 2018).

For more information:1950477648nn@gmail.com