Neue Studie zeigt, wie Schlaf das Lernen verbessert

Eine neue Studie hilft zu erklären, was in Ihrem Gehirn passiert, während Sie schlafen, und hilft dabei, das motorische Lernen zu verbessern.

"Die Mechanismen der Gedächtniskonsolidierung beim motorischen Gedächtnislernen waren bisher noch ungewiss", sagte Dr. Masako Tamaki, Postdoktorand an der Brown University und Hauptautor der Studie.

„Wir haben versucht herauszufinden, welcher Teil des Gehirns was im Schlaf tut, unabhängig davon, was im Wachzustand passiert. Wir haben versucht, die spezifische Rolle des Schlafes herauszufinden. “

Mithilfe von drei verschiedenen Arten von Gehirnscans konnten die Forscher Änderungen in einigen Gehirnwellen und den genauen Ort dieser veränderten Gehirnaktivität bei Menschen im Schlaf nach dem Erlernen einer sequentiellen Fingertippaufgabe genau quantifizieren. Die Aufgabe bestand aus einer Folge von Tastenschlägen, die dem Tippen oder Klavierspielen ähnelten.

Die Ergebnisse von Experimenten, die im Massachusetts General Hospital durchgeführt und anschließend in Brown analysiert wurden, zeigen, dass die Freiwilligen mit verbesserter Geschwindigkeit und Genauigkeit, die nach einigen Stunden Schlaf bei der Aufgabe zeigten, „signifikant“ mit Änderungen der schnellen Sigma- und Delta-Gehirnwellenschwingungen in ihrer Ergänzung verbunden waren Motor Area (SMA), eine Region in der oberen Mitte des Gehirns.

Diese Gehirnwellenveränderungen in der SMA traten nach Angaben der Forscher während einer bestimmten Schlafphase auf, die als "langsamwelliger" Schlaf bekannt ist.

Während Wissenschaftler gezeigt haben, dass Schlaf viele Arten des Lernens verbessert, einschließlich der Art der sequentiellen motorischen Aufgaben, die in dieser Studie behandelt werden, waren sie sich nicht sicher, warum oder wie, so die entsprechende Autorin Yuka Sasaki, Ph.D., ein wissenschaftlicher Mitarbeiter Professor in Browns Abteilung für kognitive, sprachliche und psychologische Wissenschaften.

Es ist eine intensive Aktivität, um das Lernen zu festigen, damit das Gehirn vom Schlaf profitieren kann, weil mehr Energie verfügbar ist oder weil Ablenkungen und neue Eingaben weniger sind, bemerkte sie.

"Schlaf ist nicht nur Zeitverschwendung", sagte sie.

Für die Studie rekrutierte das Forschungsteam 15 Probanden. In den ersten drei Nächten schliefen neun von ihnen zu jeder von ihnen bevorzugten Schlafenszeit, während ihr Gehirn sowohl mit der Magnetenzephalographie (MEG), die die Schwingungen mit genauem Timing misst, als auch mit der Polysomnographie, die die Schlafphase verfolgt, gescannt wurde.

Zu diesem Zeitpunkt hatten die Forscher gute Basismessungen der Gehirnaktivität und die Probanden hatten sich daran gewöhnt, im Labor zu schlafen, stellten die Forscher fest.

Am vierten Tag lernten die Probanden die Fingertippaufgabe an ihrer nicht dominanten Hand, so dass es absichtlich schwieriger war zu lernen. Sie durften dann drei Stunden schlafen gehen und wurden mit PSG und MEG gescannt.

Dann weckten die Forscher sie auf. Eine Stunde später baten sie die Probanden, die Klopfaufgabe auszuführen.

Eine Kontrollgruppe von sechs anderen Probanden schlief nach dem Erlernen der Aufgabe nicht, wurde aber auch gebeten, sie vier Stunden später auszuführen.

Die Forscher fanden heraus, dass die Probanden, die geschlafen hatten, die Aufgabe schneller und genauer erledigten als diejenigen, die dies nicht taten.

Am fünften Tag scannten die Forscher jeden Freiwilligen mit einem Magnetresonanztomographen, der die Gehirnanatomie abbildet, damit sie sehen konnten, wo sich die beobachteten MEG-Oszillationen im Gehirn jeder Person befanden.

Die Forscher verfolgten fünf verschiedene Schwingungsfrequenzen in acht Hirnregionen - vier verschiedene Regionen auf jeder der beiden Seiten des Gehirns.

Sasaki sagte, sie erwarte, dass die bedeutendste Aktivität in der „M1“ -Hirnregion stattfinden wird, die die Motorsteuerung regelt, entdeckte jedoch stattdessen, dass die signifikanten Veränderungen in der SMA auf der gegenüberliegenden Seite der trainierten Hand auftraten.

Was an den Delta-Schwingungen und den Fast-Sigma-Schwingungen besonders wichtig war, war, dass sie zwei Hauptkriterien erfüllen: Sie änderten sich erheblich, nachdem die Freiwilligen in der Aufgabe geschult worden waren, und die Stärke dieser Änderung korrelierte mit dem Grad der Verbesserung der Aufgabe durch die Person an die Forscher.

Nach Durchführung der Experimente zogen Sasaki, Tamaki und Co-Autor Takeo Watanabe vom Krankenhaus nach Brown, wo sie ein neues Schlaflabor einrichteten. Seitdem haben sie ein Projekt gestartet, um weiter zu untersuchen, wie das Gehirn das Lernen festigt. In diesem Fall befassen sie sich mit visuellen Lernaufgaben.

"Werden wir ähnliche Effekte sehen?" Fragte Sasaki. "Wäre es mit ähnlichen Frequenzbändern und einer ähnlichen Organisation benachbarter Gehirnbereiche?"

Um das herauszufinden, müssen einige Freiwillige nur darauf schlafen.

Die Studie erschien in der Journal of Neuroscience.

Quelle: Brown University