"Power Nap" förhindrar utbrändhet; Morning Sleep Perfects a Skill

Det finns bevis på att sömn - till och med en tupplur - verkar förbättra informationsbearbetning och lärande. Nya experiment från NIMH-beviljade Alan Hobson, M.D., Robert Stickgold, Ph.D., och kollegor vid Harvard University visar att en snooze för middagar vänder information överbelastning och att en förbättring på 20 procent över natten för att lära sig en motorisk färdighet till stor del är spårbar till ett sent sömnstadium som vissa tidiga stiger saknas. Sammantaget tyder deras studier på att hjärnan använder en natts sömn för att befästa minnena om vanor, handlingar och färdigheter som lärts under dagen.

Sammanfattningen: vi bör sluta känna oss skyldiga för att ha tagit den "power lur" på jobbet eller fånga de extra blinkarna kvällen före vårt pianospill.

Rapportering i juli 2002 Nature Neuroscience, Sara Mednick, Ph. D., Stickgold och kollegor visar att "utbrändhet" - irritation, frustration och sämre prestanda i en mental uppgift - sätter in som en träningsdag på. Ämnen utförde en visuell uppgift och rapporterade den horisontella eller vertikala orienteringen av tre diagonala staplar mot en bakgrund av horisontella staplar i det nedre vänstra hörnet på en datorskärm. Deras poäng på uppgiften försämrades under fyra dagliga träningspass. Att låta försökspersoner ta en tupplur på 30 minuter efter den andra sessionen förhindrade ytterligare försämring, medan en 1-timmars tupplur faktiskt ökade prestandan i den tredje och fjärde sessionen tillbaka till morgonnivåerna.

I stället för generaliserad trötthet misstänkte forskarna att utbränningen var begränsad till bara de hjärnvisuella systemkretsar som var inblandade i uppgiften. För att ta reda på, anlitade de en ny uppsättning av neuralkretsar genom att byta platsens uppgift till det nedre högra hörnet av datorskärmen för bara den fjärde övningen. Som förutsagt upplevde personer ingen utbrändhet och presterade ungefär lika bra som de gjorde under den första sessionen - eller efter en kort tupplur.

Detta ledde till att forskarna föreslog att nervnätverk i den visuella cortexen gradvis blir mättade med information genom upprepade tester, vilket förhindrar ytterligare perceptuell bearbetning. "De tror att utbrändhet kan vara hjärnans" mekanism för att bevara information som har bearbetats men som ännu inte har konsoliderats i minnet av sömn."

Så hur kan en tupplur hjälpa? Inspelningar av hjärnans och okulär elektrisk aktivitet som övervakades under tupplur avslöjade att de längre timmarna tupplurar innehöll mer än fyra gånger så mycket djup eller långsam vågsömn och snabb ögonrörelse (REM) sömn än en halvtimme tupplurar. Ämnen som tog de längre tupparna tillbringade också betydligt mer tid i ett långsamt vågssömntillstånd på testdagen än på en "baslinjedag", när de inte övade. Tidigare studier från Harvard-gruppen har spårat minneskonsolidering över natten och förbättrats på samma sätt perceptuell uppgift till mängder långsam vågsömn under det första kvartalet på natten och till REM-sömn i det sista fjärdedel. Eftersom en tupplur knappt ger tillräckligt med tid för den senare tidiga morgonen REM sömneffekt att utvecklas, verkar en långsam våg sömneffekt vara motgift mot utbrändhet.

Neurala nätverk involverade i uppgiften uppdateras av "mekanismer för kortikal plasticitet" som fungerar under långsam vågsömn, föreslår forskarna. "Långsam vågsömn fungerar som det första behandlingsstadiet för erfarenhetsberoende, långsiktigt lärande och som det kritiska stadiet för att återställa perceptuell prestanda."

Harvard-teamet har nu utvidgat sin tidigare upptäckt av sömns roll för att förbättra inlärningen av den perceptuella uppgiften till en motorfärdighetsuppgift. Matthew Walker, Ph. D., Hobson, Stickgold och kollegor rapporterar i Neuron den 3 juli 2002 att en ökning på 20 procent över natten hastighet på en fingeravtryckningsuppgift redovisas mest av steg 2 icke-snabb ögonrörelse (NREM) sömn under de två timmarna strax före uppvaknandet.

Före studien var det känt att personer som lär sig motoriska färdigheter fortsätter att förbättras under minst en dag efter en träning. Till exempel rapporterar musiker, dansare och idrottare ofta att deras prestanda har förbättrats även om de inte har övat på en dag eller två. Men fram till nu var det oklart om detta kunde hänföras till specifika sömntillstånd istället för att bara gå över tiden.

I studien uppmanades 62 högerhand att skriva en sekvenssiffra (4-1-3-2-4) med sin vänstra hand så snabbt och exakt som möjligt i 30 sekunder. Varje fingerkran registrerades som en vit prick på en datorskärm snarare än antalet som skrivs in, så att motiv inte visste hur exakt de presterade. Tolv sådana försök separerade med 30-sekunders viloperioder utgjorde en träningssession som fick poäng för hastighet och noggrannhet.

Oavsett om de tränade på morgonen eller på kvällen förbättrades försökspersonerna i genomsnitt nästan 60 procent genom att helt enkelt upprepa uppgiften, med det mesta av boostet kommer inom de första få prövningar. En grupp som testades efter träning på morgonen och höll sig vaken i 12 timmar visade ingen signifikant förbättring. Men när de testades efter en natts sömn ökade deras prestanda med nästan 19 procent. En annan grupp som tränade på kvällen fick 20,5 procent snabbare efter en natts sömn, men fick endast en försumbar 2 procent efter ytterligare 12 timmars vakenhet. För att utesluta möjligheten att motorisk färdighetsaktivitet under vakttimmar kan störa konsolidering av uppgiften i minnet, en annan grupp bar till och med vantar under en dag för att förhindra skickligt finger rörelser. Deras förbättring var försumbar - tills efter en hel natts sömn, när deras poäng steg med nästan 20 procent.

Övervakning av sömnlaboratorier av 12 personer som tränade kl. 22 avslöjade att deras förbättrade prestanda var direkt proportionell mot mängden steg 2 NREM-sömn de fick under det fjärde kvartalet på natten. Även om detta steg representerar ungefär hälften av en natts sömn totalt sett, sade Walker att han och hans kollegor var förvånade över den avgörande roll steg 2 NREM spelar i att förbättra inlärningen av den motoriska uppgiften, med tanke på att REM och långsam vågsömn hade stått för den likadana förbättringen över natten i det perceptuella uppgift.

De spekulerar i att sömn kan förbättra inlärningen av motorisk färdighet via kraftfulla skurar av synkron neuronal avfyrning, kallad "spindlar", kännetecknande för steg 2 NREM-sömn under de tidiga morgontimmarna. Dessa spindlar dominerar runt hjärnans mitt, påtagligt nära motoriska regioner och är tänkte främja nya neurala förbindelser genom att utlösa en tillströmning av kalcium till celler i bark. Studier har observerat en ökning av spindlarna efter träning i en motoruppgift.

De nya resultaten har konsekvenser för att lära sig sport, ett musikinstrument eller för att utveckla konstnärlig rörelsekontroll. "Allt sådant lärande av nya åtgärder kan kräva sömn innan den maximala nyttan av praxis uttrycks," noterar forskarna. Eftersom en hel natts sömn är en förutsättning för att uppleva de kritiska sista två timmarna av NREM i steg 2 sömn, "livets moderna erosion av sömntid kan förkorta din hjärna med viss inlärningspotential," tillade Rollator.

Resultaten understryker också varför sömn kan vara viktig för inlärningen som är involverad i att återhämta funktion efter förolämpningar mot hjärnans motoriska system, som i stoke. De kan också hjälpa till att förklara varför spädbarn sover så mycket. "Deras intensitet av lärande kan driva hjärnans hunger efter stora mängder sömn," föreslog Walker.

Nästa: Den känslomässiga hjärnan
~ artiklar om ångest-panikbibliotek
~ alla artiklar om ångeststörningar