Einführung

Mit dem Fortschritt der Gesellschaft und Veränderungen im Arbeitsrhythmus leiden immer mehr Menschen unter Schlafentzug. Schlafentzug schädigt nicht nur die körperliche und geistige Gesundheit des Einzelnen, sondern beeinträchtigt auch die Arbeitsleistung erheblich und verursacht Arbeitsfehler und sogar Unfälle. Daher ist das Verständnis des Mechanismus des Schlafentzugs, der die kognitive Funktion beeinflusst, von großer Bedeutung, um die Auswirkungen von Schlafentzug wirksam zu verhindern.Frühere Studien haben gezeigt, dass Schlafentzug eine Reihe von Veränderungen in der Stimmung, den kognitiven Fähigkeiten, der Arbeitsleistung und der Immunfunktion eines Individuums verursachen kann (Choo et al., 2005). Der Schlafmangel stört die Körperzirkulation und beeinträchtigt die kognitiven und emotionalen Fähigkeiten des Einzelnen (Raymond, 1988). Mehrere Studien haben gezeigt, dass Schlafentzug die Reaktionshemmung beeinträchtigt (Harrison und Horne, 1998; Muzur et al., 2002; Jennings et al., 2003). Zum Beispiel nahm nach 36 Stunden Schlafentzug die Fähigkeit des Individuums, negative Reize zu unterdrücken, ab (Chuah et al., 2006). Neuroimaging-Studien haben gezeigt, dass Schlafentzug die geringe visuelle Verarbeitungsfähigkeit eines Individuums verringert (Anderson und Platten, 2011; Ning et al., 2014). Darüber hinaus beeinträchtigt Schlafentzug den Hippocampus und könnte das Gedächtnis beeinträchtigen, indem er die synaptische Plastizität zerstört (Cote et al., 2014). Thomas (2003) hat gezeigt, dass Schlafmangel den zerebralen Blutfluss und die Stoffwechselrate im Thalamus, präfrontalen Kortex und parietalen Kortex reduziert (Géraldine et al., 2005). Jarraya und Kollegen fanden heraus, dass partieller Schlafentzug neuropsychologische Funktionen wie verbales sofortiges Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Wachsamkeit signifikant beeinflusste (Thomas, 2003). Darüber hinaus haben einige Studien gezeigt, dass die kumulativen Auswirkungen von partiellem Schlafentzug die kognitive Funktion und das Verhalten stark beeinträchtigen können (Van Dongen, 2004; Scott et al., 2006; Jarraya et al., 2013).

Das Arbeitsgedächtnis ist ein System, das Informationen speichert und verarbeitet und eine kognitive Funktion mit begrenzter Kapazität ist (Bartel et al., 2004). Darüber hinaus können die im Arbeitsgedächtnissystem gespeicherten Informationen durch Nacherzählen und andere Speicherverfahren vom Kurzzeitgedächtnis in das Langzeitgedächtnis geändert werden. Das Arbeitsgedächtnis ist der Übergang zwischen Kurzzeit- und Langzeitgedächtnissystemen, der für die Verarbeitung menschlicher Nachrichten von entscheidender Bedeutung ist (Miyake und Shah, 1999). Es bietet einen temporären Speicherplatz und die Ressourcen, die zur Verarbeitung von Informationen wie Sprachverständnis, Argumentation und Lernen benötigt werden. Es wurde gezeigt, dass Schlafentzug zuerst das Arbeitsgedächtnis beeinflusst.Frühere Studien haben das n-Back-Arbeitsgedächtnisparadigma bei Teilnehmern mit Schlafentzug verwendet und festgestellt, dass Schlafmangel eine Abnahme der Stoffwechselaktivität im regionalen Netzwerk des Gehirns induziert, was hauptsächlich bewirkt wird Informationsverarbeitung und Reaktionshemmung (Baddeley, 2000; Zhang et al., 2019). Ein beeinträchtigtes Arbeitsgedächtnis nach Schlafentzug hängt mit der Aktivierung des Standardnetzwerks bei Aufgaben zusammen (Chee und Chuah, 2008), was mit der wichtigen Rolle des Thalamus bei der kortikalen Wachsamkeit zusammenhängen kann. Zum Beispiel erhöhte Schlafentzug die Verbindung zwischen Hippocampus, Thalamus und neuronalem Netzwerk, was oft mit einer höheren subjektiven Schläfrigkeit und einer schlechteren Leistung des Arbeitsgedächtnisses einherging (Lei et al., 2015; Li et al., 2016). Studien zum Thema Schlafentzug?studien, die eine erhöhte Latenz und eine verringerte Amplitude der P3-Komponente zeigten, waren mit längerer Nüchternheit verbunden (Morris et al., 1992; Jones und Harrison, 2001; Panjwani et al., 2010). Die Abnahme der P3-Welle könnte eine Abnahme der Aufmerksamkeit der Teilnehmer und eine Verringerung der Unterscheidung von Zielreizen widerspiegeln (Koslowsky und Babkoff, 1992).

Allerdings haben nur wenige Studien elektrophysiologische Beweise für eine Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses nach Schlafentzug geliefert. Die n-Back-Aufgabe wird als gängige Methode zur Beurteilung des Arbeitsgedächtnisses angesehen (Owen et al., 2005; Jaeggi et al., 2010). Zhang et al. entwarf eine zweiseitige Aussprache-Arbeitsgedächtnisaufgabe, um die verringerte Nachrichtenzahl des Arbeitsgedächtnisses während des Schlafentzugs zu untersuchen, aber nur wenige Studien haben verschiedene Arten von Arbeitsgedächtnisaufgaben in einem einzigen Experiment verwendet. In der vorliegenden Studie entwarfen wir verschiedene Arten von Arbeitsgedächtnisaufgaben (Aussprache-Arbeitsgedächtnis, räumliches Arbeitsgedächtnis und Objekt-Arbeitsgedächtnis), um die Beeinträchtigung der kognitiven Funktion durch TSD zu untersuchen und Teilnehmer-EEG-Daten zu 2 Zeitpunkten (Baseline und 36 h-TSD) aufzuzeichnen. Alle Aufgaben nahmen ein 2-Back-Paradigma an. Diese Studie bewertete die Veränderungen der N2-P3-Welle im Zusammenhang mit dem Arbeitsgedächtnis während der TSD und analysierte die zeitlichen Merkmale der Auswirkungen von Schlafentzug auf das Arbeitsgedächtnis. Unsere Ergebnisse liefern experimentelle Beweise für die Auswirkungen von Schlafentzug auf die kognitive Funktion.

Materialien und Methoden

Teilnehmer

Sechzehn junge, gesunde, rechtshändige männliche Studenten nahmen an dieser Studie teil. Wir rekrutierten Teilnehmer durch Werbung auf dem Campus. Die Teilnehmer hatten alle gute Schlafgewohnheiten (PSQI<5). Alle Teilnehmer waren zwischen 21 und 28 Jahre alt mit einem Durchschnittsalter von 23 Jahren, und keiner der Teilnehmer hatte eine psychische oder körperliche Erkrankung. Alle Teilnehmer hatten ein normales oder korrigiertes Sehvermögen über 1,0 und Intelligenzwerte >110 im Raven-Test. Vor dem Experiment erklärte der Experimentator den Teilnehmern das Verfahren und die Aufmerksamkeit, um sicherzustellen, dass sie mit der Methode und dem Verfahren vertraut waren. In den 2 Wochen vor dem Experiment schliefen die Teilnehmer regelmäßig für 7-9 Stunden pro Tag, ohne zu rauchen, Kaffee zu trinken, Alkohol zu trinken oder Medikamente für 2 Tage vor dem Experiment zu konsumieren. Vor dem Experiment gaben alle Teilnehmer eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Das experimentelle Schema wurde von der Ethikkommission der Vierten Militärmedizinischen Universität und der Beihang-Universität genehmigt.

Experimentelles Design

Allen Teilnehmern wurden drei Arten von Arbeitsgedächtnisaufgaben vorgestellt. Sie waren Zwei-Back-Aussprache-Arbeitsgedächtnis-Task (siehe Abbildung 1), Zwei-Back-räumliche Arbeitsgedächtnis-Task (siehe Abbildung 2) und Zwei-Back-Objekt-Arbeitsgedächtnis-Task (siehe Abbildung 3). Die Hauptmaterialien der Aufgaben waren 15 englische Buchstaben ohne Berücksichtigung der Groß- und Kleinschreibung, die diejenigen mit ähnlichen Buchstaben wie L / l, M / m waren; kleine schwarze Quadrate; und 12 geometrische Figuren, beziehungsweise. Alle Materialien wurden in schwarzer Farbe auf weißem Hintergrund mit einem ungefähren Blickwinkel von 1,5 ° × 1,5 ° (Breite: 2,0 cm, Höhe: 2,0 cm) gezeigt. In jeder Aufgabe wurden 122 Trails enthalten, und in jedem Trail wurde der Zielreiz für 400 ms zwei Trails nach der Präsentation des objektiven Stimulus mit der 1,600 ms Stimulus Onset Asynchrony Time (SOA) präsentiert, die durch ein weißes „+“ gekennzeichnet war.“Die Teilnehmer wurden gebeten, mit der linken Maustaste zu klicken, wenn Ziel und objektiver Stimulus gleich waren („Matching“), während sie mit der rechten Maustaste klicken, wenn dies nicht der Fall war („mismatching“). Die Matching or not-Bedingung wurde in einer Pseudozufallsreihenfolge mit einem Verhältnis von 1: 1 dargestellt.

Experimentelle Vorgehensweisen

Vor dem Experiment wurden die Teilnehmer über die experimentelle Aufgabe unterrichtet. Sie wurden angewiesen, die drei Arten von Arbeitsgedächtnisaufgaben zu üben, bis eine Genauigkeitsrate von 90% erreicht wurde. Die Teilnehmer besuchten das Labor am Tag vor dem Experiment und schliefen in dieser Nacht im Labor. Die beiden Partner führten die Experimente gleichzeitig durch. Drei Arten von Arbeitsgedächtnisaufgaben wurden am nächsten Morgen um 7:30 bis 8:30 Uhr mit gleichzeitiger Elektroenzephalogramm (EEG) -Aufzeichnung (Baseline) durchgeführt. Die zweite EEG-Aufzeichnung (36 h-TSD) wurde nach einem Zeitraum von 36 h durchgeführt, in dem die Teilnehmer nicht schlafen durften. Während der gesamten Versuchszeit waren zentrale Hemmungs- und Stimulanzien verboten. Die Teilnehmer wurden von Pflegepersonal begleitet, beobachtet und erinnert, um sie während der gesamten TSD-Sitzung wach zu halten.

EEG-Aufnahmen

Ein kontinuierliches Kopfhaut-EEG wurde mit Elektrodenkappen aufgezeichnet, die an 64 Stellen unter Verwendung des 10-20-Systems mit einem SynAmps2-Verstärker platziert wurden. Die bilateralen Mastoide (A1 und A2) wurden als Referenz verwendet, und die Stirn wurde als Boden verwendet. EEGs wurden bei 1.000 Hz aufgezeichnet, und die Impedanz aller Kanäle wurde unter 5 kΩ gehalten. Vier zusätzliche Elektroden wurden über und unter dem rechten und linken Auge platziert, um ein bipolares vertikales und horizontales Elektrookulogramm aufzuzeichnen.

Datenanalyse von Verhaltensexperimenten

Aufgrund technischer Fehler wurden zwei Fälle gestrichen, während andere 14 Fälle in die folgende statistische Analyse einbezogen wurden. Zu den Verhaltensdaten gehörten die mittlere Reaktionszeit, die korrekte Rate und die korrekte Anzahl pro Zeiteinheit. Verhaltensdaten in Baseline- und 36 h-TSD-Zuständen wurden zur Analyse aufgezeichnet. Die Analysen wurden von IBM SPSS (V22.2), wo die Varianzanalyse mit wiederholten Messungen (ANOVA) Methode mit Greenhouse-Geisser war Bonferroni Post-hoc-Analyse wurden gestartet. Die statistischen Ergebnisse wurden als Mittelwert und Standardabweichung (SD) dargestellt.

EEG-Datenanalyse

Scan 4.3 Programm wurde verwendet, um die EEG-Daten zu analysieren, wo die EEG-Artefakte der Augenbewegung durch Augenartefaktreduktionsmethode korrigiert wurden. Epochen von -100 bis 800 ms der kontinuierlichen EEG-Daten wurden extrahiert und mit einem Bandpassfilter von 0,5 bis 30 Hz mit der Frequenzflanke von 24 dB / okt gefiltert. Die Versuche, in denen die Spannung ± 100 µV überschritt, wurden verworfen und der Ausgangswert auf eine mittlere Amplitude von 100 ms korrigiert. Die ERP-Komponenten P2 (100-250 ms), N2 (150-350 ms) und P3 (250-450 ms) der Stimulus-Studien wurden identifiziert und quantifiziert. Die Grand-Average-Peakamplituden und Latenzen der N2- und P3-Komponenten wurden separat bei F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz und P4 berechnet, und die P2-Komponente wurde bei F3, Fz, F4, C3, Cz und C4 berechnet (Casement et al., 2006; Verweij et al., 2014).

Wiederholte Messungen ANOVA wurde für alle ERP-Ergebnisse verwendet. Die Haupteffekte und die Wechselwirkungen zwischen Schlafzuständen (Baseline und 36 h-TSD), Aufgaben (räumliches Arbeitsgedächtnis, räumliches Arbeitsgedächtnis und Objektarbeitsgedächtnis), Regionen (frontal, zentral und parietal; Die P2-Komponente wurde nur auf der frontal analysiert und zentrale Regionen) und Standorte (links, mitte und rechts) wurden statistisch mit ANOVA mit wiederholten Messungen analysiert, einschließlich Gewächshaus-Geisser-Korrekturen für Post-hoc-Tests ohne Sphärizität und Bonferroni.

Ergebnisse

Verhaltensleistung

Die Ergebnisse der Verhaltensexperimente sind in Tabelle 1 dargestellt. Die mittlere Reaktionszeit war im 36 h-TSD-Zustand länger als zu Studienbeginn mit einem Trend zu einem Anstieg, jedoch ohne signifikante Unterschiede. ANOVA ergab, dass die korrekte Rate der Aufgabe signifikant zwischen der Baseline und 36 h-TSD unterschied . Die korrekte Anzahl pro Zeiteinheit zeigte einen signifikanten Haupteffekt der Zeit während 36 h-TSD .

Amplitude

Im Vergleich zum Ausgangswert wurde eine signifikante Abnahme der Amplitude von P3 und eine signifikante Zunahme der Amplitude von P2 nach TSD beobachtet. Obwohl die N2-Amplitude nach 36 h TSD abnahm, erreichte die Differenz keine statistische Signifikanz (Tabelle 2).

Unter der TSD-Bedingung wurden signifikante Haupteffekte von Regionen und Standorten auf die P2-Amplitude gefunden. Während der TSD trat die maximale Amplitude von P2 im Frontalbereich auf (Abbildung 4). Darüber hinaus waren die Unterschiede der P2-Amplituden in verschiedenen Regionen (frontal vs. zentral) bei den bilateralen Elektroden (links: P = 0,001; rechts: P = 0,000) signifikanter als bei den mittleren Elektroden (Abbildung 4). Ein signifikanter Haupteffekt der Region und des Ortes auf N2 ergab, dass die N2-Amplitude in der frontalen Region negativer war als in der zentralen Region (P = 0,008, Abbildung 4) und auf der rechten Seite kleiner war als auf der linken Seite (P = 0,011, Abbildungen 5A2, B2). Ein Haupteffekt der Site auf die P3-Amplitude wurde beobachtet . Die Amplitude von P3 war in der Mitte positiver als auf der linken Seite (P = 0,009, Abbildung 4). Für die P3-Amplitude wurde ein signifikanter Interaktionseffekt zwischen Zeit und Region beobachtet. Während der TSD war die Verringerung der P3-Amplitude in den frontalen und zentralen Regionen signifikanter als in der parietalen Region (P = 0,005; P = 0,003) (Abbildung 5C3). Keine anderen Haupteffekte oder Wechselwirkungseffekte erreichten statistische Signifikanz.

Latenz

Die Latenzen von N2 und P2 waren nach TSD signifikant verlängert. Obwohl die P3-Latenz nach 36 h TSD verlängert war, erreichte der Unterschied keine statistische Signifikanz (Tabelle 3).

Der signifikante Haupteffekt der Region auf N2 und P3 zeigte, dass die Latenz der N2-P3-Komponenten in der parietalen Region kürzer war als in der frontalen Region (P = 0,002; P = 0,000) und der zentralen Region (P = 0,000; P = 0,000) (Abbildung 4). Die Latenz der P3-Welle war auf der linken Seite signifikant länger als auf der rechten Seite (Abbildung 4).

Keine anderen Haupteffekte oder Wechselwirkungseffekte erreichten statistische Signifikanz.

Die Amplituden und Latenzen von N2, P2 und P3, die an den neun Elektrodenstellen hervorgerufen wurden, sind in Abbildung 4 dargestellt. Die topografische Karte der korrekten Reaktion in der Arbeitsgedächtnisaufgabe unter verschiedenen Schlafbedingungen (Grundlinie, 36 h-TSD und der Unterschied zwischen den beiden Bedingungen) ist in Abbildung 5 dargestellt.

Diskussion

In dieser Studie berichteten wir über die Einflüsse von 36 h Schlafentzug auf das Arbeitsgedächtnis, indem wir Verhaltensdaten in zwei Schlafzuständen (Baseline und 36 h-TSD) mit zeitgleichen EEG-Aufzeichnungen kombinierten. Die Analyse der Ergebnisse zeigte, dass die Veränderungen in den Verhaltensdaten in Übereinstimmung mit beeinträchtigtem Arbeitsgedächtnis nach 36 h TSD: eine Erhöhung der mittleren Reaktionszeit der kognitiven Aufgaben und eine Abnahme der Genauigkeit.Schlafentzug beeinträchtigte die Kontrolle des Individuums über Aufmerksamkeitsressourcen. Obwohl Einzelpersonen versuchten, Wachheit und Arbeitsleistung, einschließlich der Reaktionszeit und der Herzfrequenz, während des Schlafentzugs aufrechtzuerhalten, war die Informationsverarbeitungskapazität ihres Arbeitsgedächtnisses aufgrund der Abnahme der Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung immer noch beeinträchtigt (Casement et al., 2006; Wiggins et al., 2018). In dieser Studie wurden die N2- und P3-Wellen im Zusammenhang mit dem Arbeitsgedächtnis gemessen, um eine Zunahme der Latenz und eine Abnahme der Amplitude nach Schlafentzug im Vergleich zu den Ausgangswerten zu zeigen. Studien haben gezeigt, dass Schlafentzug zu einem kontinuierlichen Rückgang der Aufmerksamkeit führt, und das Phänomen der verringerten P3-Amplitude zeigt an, dass die Top-Down-Kontrolle der Kognition durch Individuen allmählich zusammenbricht. Schlafentzug wirkt sich nachteiliger auf kognitive Funktionen aus, insbesondere auf solche, die von mentalen oder kognitiven Fähigkeiten abhängen (Kusztor et al., 2019).

Die P3-Komponente spiegelt den Einsatz von Aufmerksamkeitsressourcen wider, und die Latenz von P3 wird allgemein als Zeitfenster für die Kategorisierung und Bewertung von Stimuli angesehen. Die Abnahme der P3-Wellenamplitude bestätigte auch, dass die Entscheidungsfindung in der Matching-Antwort nach TSD in gewissem Maße geschädigt worden war (Gosselin et al., 2005). Studien haben gezeigt, dass Schlafentzug die Informationsverarbeitungsphase des Arbeitsgedächtnisses beeinflussen kann. In dieser Studie stützten die Leistungsindikatoren auch die Schlussfolgerung, dass die Reaktionszeit auf den Zielreiz erhöht und die Latenz der P3-Welle verlängert wurde (Cote et al., 2008). Es wurde spekuliert, dass die Wirkung von Schlafentzug auf P3-Komponenten auch aufgrund der Nichtantwort auf Informationsänderungen auftreten könnte, was mit früheren Schlussfolgerungen übereinstimmt, dass die P3-Komponenten mit der Aktualisierung des Arbeitsgedächtnisinhalts zusammenhängen (Donchin und Fabiani, 1991).

Frühere Studien haben die N2-Komponente als elektrophysiologischen Index betrachtet, der die Fähigkeit des Individuums widerspiegelt, die Reaktion zu unterdrücken (Kreusch et al., 2014). Nach Schlafentzug zeigt die verlängerte Latenz der NoGo-N2-Komponente an, dass die Fähigkeit des Individuums, die Reaktion zu unterdrücken, beeinträchtigt ist (Jin et al., 2015). Die verringerte Amplitude und verlängerte Latenz der N2-Komponente im Zusammenhang mit dem Aussprache-Arbeitsgedächtnis nach Schlafentzug zeigt, dass Schlafentzug die Informationsverarbeitung des Aussprache-Arbeitsgedächtnisses beeinträchtigt (Zhang et al., 2019). Es wird allgemein angenommen, dass die N2-Komponente die selektive Aufmerksamkeit und Verarbeitung emotionaler Reize oder Signale des Gehirns widerspiegelt (Schacht et al., 2008) und ist eine endogene Komponente, die mit dem mentalen Zustand, der Aufmerksamkeit und dem Grad der Aufmerksamkeit eines Individuums zusammenhängt. In dieser Studie stellten wir fest, dass die Latenz der N2-Komponente signifikant verlängert war, die Amplitude jedoch nur einen Abwärtstrend zeigte. Nach früheren Studien spiegelte eine verlängerte N2-Latenz eine Zunahme der Reaktionszeit nach Schlafrestriktion wider (Zhang et al., 2014). Der Befund, dass die N2-Amplitude nicht signifikant verändert wurde, könnte jedoch auf zerebrale kompensatorische Reaktionen zurückzuführen sein (Drummond und Brown, 2001). Bei begrenzten kognitiven Ressourcen gab es einen Kompensationsmechanismus zur Wiederherstellung einer beeinträchtigten kognitiven Funktion (Jin et al., 2015).

Entsprechend der Kopfhauttopographie sind die Veränderungen der N2-P3-Komponenten im Zusammenhang mit Schlafentzug im Stirnbereich offensichtlicher. Die frontoparietale Kontrolle (FPC) spielt eine wichtige Rolle bei der kognitiven Kontrolle. Studien haben gezeigt, dass FPC die kognitive Kontrolle von oben nach unten umgehen kann, sodass sich Einzelpersonen auf Informationen konzentrieren können, die sich auf das Ziel beziehen, während Informationen unterdrückt werden, die nicht mit dem Ziel zusammenhängen (Smallwood et al., 2011; Wen et al., 2013). FPC ist wichtig für die Informationsspeicherung und Informationsverarbeitung im Arbeitsgedächtnis, und der Aktivierungsgrad von FPC nach Schlafentzug war im Vergleich zu einer normalen Schlafgruppe reduziert (Ma et al., 2014). Obwohl die EEG-Ergebnisse die Veränderungen in bestimmten Hirnregionen nicht im Detail widerspiegelten, spiegelten sie intuitiv die Wirkung von TSD auf die Speicherung und Verarbeitung von Arbeitsgedächtnisinformationen wider.Obwohl der genaue kognitive Prozess, dem die P2-Komponente zugrunde liegt, immer noch weithin diskutiert wird, spiegelt die P2-Komponente als breite Definition den Prozess der Aufmerksamkeit und der visuellen Verarbeitung wider und wird allgemein als mit selektiver Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis verbunden angesehen, was die frühe Beurteilung des Wahrnehmungsprozesses widerspiegelt (Saito et al., 2001). In dieser Studie fanden wir einen signifikanten Anstieg der P2-Wellenamplitude nach Schlafentzug. Studien haben berichtet, dass P2-Wellen, die Teil des frühen kognitiven Matching-Systems für die Nachrichtenverarbeitung sein könnten und sensorische Inputs mit dem gespeicherten Gedächtnis vergleichen können (Freunberger et al., 2007) reagieren empfindlich auf Veränderungen der Aufmerksamkeits- und Arbeitsgedächtnisanforderungen (Smith et al., 2002). Die funktionelle Kompensation ist eine der einzigartigen Funktionen des menschlichen Gehirns und ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der kognitiven Funktion. Eine übermäßige Aktivierung des dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) nach Schlafentzug weist darauf hin, dass der DLPFC mit abnehmenden Gehirnressourcen eine kompensatorische Funktion zu haben scheint (Drummond et al., 2004; Choo et al., 2005). Daher spekulieren wir, dass der in dieser Studie beobachtete signifikante Anstieg der P2-Amplitude auf eine funktionelle Kompensation zurückzuführen sein könnte, bei der Personen nach Schlafentzug eine normale kognitive Funktion aufrechtzuerhalten scheinen. Obwohl eine große Anzahl von Studien die ERP-Technologie verwendet hat, um die Wirkung von Schlafentzug auf kognitive Funktionen zu untersuchen, wurden frühe Komponenten wie N1 und P2 nicht systematisch untersucht, und die Ergebnisse sind inkonsistent (Evans und Federmeier, 2007; Wiggins et al., 2018; Zhang et al., 2019). Es gibt nur wenige Untersuchungen zur Veränderung der P2-Komponente während des Schlafentzugs (Mograss et al., 2009). Daher müssen die Auswirkungen von Schlafentzug auf frühe Komponenten von ERP, wie P2, noch weiter untersucht und erforscht werden.In diesem Experiment verwendeten wir das 2-Back-Modell, um Aussprache-, räumliche und Objekt-Arbeitsgedächtnisaufgaben zu entwerfen und untersuchten die Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses nach 36 h TSD. Im Vergleich zu früheren Studien, die sich nur auf die Auswirkungen von Schlafentzug auf eine bestimmte Art von Information wie das Arbeitsgedächtnis oder bestimmte kognitive Funktionen wie die Reaktionshemmung konzentrierten, haben wir die Inhalte des Arbeitsgedächtnismodells betrachtet und die Auswirkungen von Schlafentzug auf das Arbeitsgedächtnis umfassend analysiert.

Die Studie weist jedoch einige Einschränkungen auf. Zunächst haben wir nur die 2-Back-Aufgabe verwendet und die Leistung der Teilnehmer bei Arbeitsgedächtnisaufgaben mit unterschiedlichen Schwierigkeiten nicht verglichen. Daher gibt es Einschränkungen bei der Erklärung und Ableitung von Änderungen der Arbeitslast. Zweitens wurden in der Studie nur männliche Freiwillige verwendet, und die Schlussfolgerungen müssen bewertet werden, wenn sie auf weibliche Freiwillige ausgedehnt werden. Aufgrund der begrenzten Teilnehmerzahl stellten wir nur fest, dass die Amplitude der N2-Welle einen Abwärtstrend und die P3-Wellenlatenz einen verlängerten Trend aufwies. Stabile Ergebnisse können nach Erhöhung der Teilnehmerzahl erzielt werden. Drittens kann die Kombination unseres Verfahrens mit fMRT für das Arbeitsgedächtnis die weitere Interpretation der Ergebnisse erleichtern. Frühere Studien haben gezeigt, dass zirkadiane Biorhythmen die Verhaltensleistung beeinflussen, und es gibt individuelle Unterschiede (Montplaisir, 1981; Lavie, 2001). Wir haben die EEG-Daten in diesem Experiment nicht zum gleichen Zeitpunkt aufgezeichnet, so dass der Einfluss des zirkadianen Biorhythmus auf die Testergebnisse nicht vollständig ausgeschlossen werden kann.Diese Forschung zeigte, dass die Arbeitsgedächtnisfähigkeit nach TSD beeinträchtigt war und dass dieser Schaden nicht mit dem Stimulusinhalt des Arbeitsgedächtnisses verbunden war. Der Schlafmangel verringerte die Qualität der im Gedächtnis gespeicherten Informationen, die beim degenerativen Aufmerksamkeitsprozess auftreten können (Ratcliff und Van Dongen, 2018). Diese Studie liefert elektrophysiologische Beweise für das Verständnis des Mechanismus unter dem beeinträchtigten Arbeitsgedächtnis nach Schlafentzug. Es ist notwendig, auf die nachteiligen Auswirkungen einer durch Schlafentzug verursachten Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses zu achten und wirksame Interventionen für solche Schäden zu untersuchen.

Data Availability Statement

Die für diese Studie generierten Datensätze stehen dem korrespondierenden Autor auf Anfrage zur Verfügung.

Ethikerklärung

Die Studien mit menschlichen Teilnehmern wurden von der vierten Militärmedizinischen Universität der Beihang-Universität überprüft und genehmigt. Die Patienten / Teilnehmer gaben ihre schriftliche Einverständniserklärung zur Teilnahme an dieser Studie ab.

Autorenbeiträge

YS hat die Experimente entworfen. ZP produzierte die Ergebnisse und schrieb das Manuskript. CD und LZ analysierten und interpretierten die Daten. JT und YS führten die Experimente durch, sammelten die Daten und waren die Garanten dieser Studie. YB, LZ und JT trugen zur Teilnahme an der Datenerhebung und Überprüfung der Literatur bei. Alle aufgeführten Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Finanzierung

Diese Forschung wurde von der National Science Foundation of Winter Olympics Technology Plan of China unter den Zuschussnummern 2019YFF0301600 und HJ20191A020135 unterstützt.

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass die Forschung in Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.