Articles

Frontiers in Neuroscience

Introduction

With the progress of society and changes in work rhythm, an increasing of people having to univaje. Unenpuute ei ainoastaan vahingoita yksilön fyysistä ja henkistä terveyttä, vaan se vaikuttaa vakavasti myös työsuoritukseen, mikä aiheuttaa työvirheitä ja jopa tapaturmia. Siksi kognitiivisiin toimintoihin vaikuttavan univajeen mekanismin ymmärtämisellä on suuri merkitys univajeen vaikutusten tehokkaassa ehkäisemisessä.

aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että univaje voi aiheuttaa joukon muutoksia yksilön mielialassa, kognitiivisissa kyvyissä, työsuorituksessa ja immuunitoiminnassa (Choo et al., 2005). Unen puute häiritsee kehon verenkiertoa ja vaikuttaa yksilöiden kognitiivisiin ja emotionaalisiin kykyihin (Raymond, 1988). Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että univaje heikentää vasteen estoa (Harrison and Horne, 1998; Muzur et al., 2002; Jennings et al., 2003). Esimerkiksi 36 tunnin univajeen jälkeen yksilön kyky tukahduttaa negatiivisia ärsykkeitä väheni (Chuah et al., 2006). Neuroimaging-tutkimukset ovat osoittaneet, että univaje vähentää yksilön heikkoa visuaalista prosessointikykyä (Anderson and Platten, 2011; Ning et al., 2014). Lisäksi univaje heikentää hippokampusta ja voi vaikuttaa muistiin tuhoamalla synaptista plastisuutta (Cote et al., 2014). Thomas (2003)on osoittanut, että unen puute vähensi aivojen verenkiertoa ja aineenvaihduntaa talamuksessa, etuotsalohkossa ja päälaen aivokuoressa (Géraldine et al., 2005). Jarraya ja kollegat havaitsivat, että osittainen univaje vaikutti merkittävästi neuropsykologisiin toimintoihin, kuten sanalliseen pikamuistiin, tarkkaavaisuuteen ja valppauteen (Thomas, 2003). Lisäksi jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että osittaisen univajeen kumulatiiviset vaikutukset voivat vakavasti heikentää kognitiivisia toimintoja ja käyttäytymistä (Van Dongen, 2004; Scott et al., 2006; Jarraya et al., 2013).

työmuisti on järjestelmä, jota käytettiin tiedon tallentamiseen ja käsittelyyn ja joka on kognitiivinen toiminto, jolla on rajallinen kapasiteetti (Bartel et al., 2004). Lisäksi työmuistijärjestelmään tallennettua tietoa voidaan muuttaa lyhytkestoisesta muistista pitkäkestoiseen muistiin kertaus-ja muilla muistimenetelmillä. Työmuisti on lyhyen ja pitkän aikavälin muistijärjestelmien välinen siirtymävaihe, joka on hyvin keskeinen ihmisten viestinkäsittelyssä (Miyake and Shah, 1999). Se tarjoaa väliaikaisen tallennustilan ja tarvittavat resurssit tiedon käsittelyyn, kuten äänen ymmärtämiseen, päättelyyn ja oppimiseen. Univajeen on todettu vaikuttavan ensin työmuistiin.

aiemmissa tutkimuksissa on käytetty n-back-työmuistiparadigmaa osallistujilla, jotka kärsivät univajeesta, ja havaittu, että unen puute aiheuttaa metabolisen aktiivisuuden vähenemistä aivojen alueellisessa verkostossa, mikä tapahtuu pääasiassa tiedonkäsittelyllä ja reaktion estämisellä (Baddeley, 2000; Zhang et al., 2019). Heikentynyt työmuisti univajeen jälkeen liittyy oletusverkkojen aktivoitumiseen tehtävissä (Chee and Chuah, 2008), mikä saattaa liittyä talamuksen tärkeään rooliin aivokuoren vireystilassa. Esimerkiksi univaje lisäsi hippokampuksen, talamuksen ja oletusverkon välistä yhteyttä, johon liittyi usein korkeampi Subjektiivinen uneliaisuus ja työmuistin huonompi suorituskyky (Lei et al., 2015; Li et al., 2016). Tutkimuksia univajeesta?ed että lisääntynyt latenssi ja vähentynyt Amplitudi P3 komponentti liittyi pitkäaikainen raittius (Morris et al., 1992; Jones and Harrison, 2001; Panjwani et al., 2010). P3-aallon väheneminen saattaa johtua osallistujien huomion vähenemisestä ja kohdeärsykkeiden havaitsemisen vähenemisestä (Koslowsky and Babkoff, 1992).

harvat tutkimukset ovat kuitenkin antaneet elektrofysiologista näyttöä univajeen jälkeisestä heikentyneestä työmuistista. N-back-tehtävää pidetään yleisenä menetelmänä työmuistin arvioimiseksi (Owen et al., 2005; Jaeggi et al., 2010). Zhang ym. suunniteltu kaksitaustainen työmuistitehtävä, jolla tutkittiin työmuistin vähentynyttä viestivaihtoehtoa univajeen aikana, mutta harvoissa tutkimuksissa on käytetty erityyppisiä työmuistitehtäviä yhdessä kokeessa. Tässä tutkimuksessa suunnittelimme erityyppisiä työmuistitehtäviä (ääntämismuisti, spatiaalinen työmuisti ja objektityömuisti), joilla tutkimme kognitiivisten toimintojen heikkenemistä TSD: n ja tallennettujen osallistujien EEG-tietojen avulla 2-aikapisteissä (lähtötilanne ja 36 h-TSD). Kaikki tehtävät omaksuivat 2-back paradigman. Tässä tutkimuksessa arvioitiin työmuistiin liittyviä N2-P3-aallon muutoksia TSD: n aikana ja analysoitiin univajeen vaikutusten ajallisia ominaisuuksia työmuistiin. Havaintomme antavat kokeellista näyttöä univajeen vaikutuksista kognitiivisiin toimintoihin.

aineistot ja menetelmät

osallistujat

kuusitoista nuorta, tervettä, oikeakätistä miesopiskelijaa osallistui tähän tutkimukseen. Rekrytoimme osallistujia mainostamalla kampuksella. Kaikilla osallistujilla oli hyvät unitottumukset (PSQI5). Kaikki osallistujat olivat 21-28-vuotiaita ja keski-ikä oli 23 vuotta, eikä kenelläkään osallistujista ollut psyykkistä tai fyysistä sairautta. Kaikkien osallistujien normaali näkö tai korjattu näkö oli yli 1,0 ja älykkyyspisteet >110 Raven-testissä. Ennen kokeilua kokeentekijä selvitti toimenpiteen ja huomionosoitukset osallistujille, jotta he olisivat perehtyneet menetelmään ja menettelyyn. Kokeilua edeltäneiden 2 viikon aikana osallistujat nukkuivat säännöllisesti 7-9 tuntia päivässä ilman tupakointia, kahvin juomista, alkoholin juomista tai minkään lääkityksen käyttämistä 2 päivää ennen kokeilua. Ennen kokeilua kaikki osallistujat antoivat kirjallisen tietoon perustuvan suostumuksen. Kokeellisen järjestelmän hyväksyi neljännen Sotilaslääketieteen yliopiston ja Beihangin yliopiston eettinen komitea.

kokeellinen suunnittelu

kolmentyyppisiä työmuistitehtäviä esiteltiin kaikille osallistujille. Ne olivat kaksi-back ääntäminen työmuistin tehtävä (katso kuva 1), kaksi-back spatial työmuistin tehtävä (katso kuva 2), ja kaksi-back object työmuistin tehtävä (katso kuva 3). Tehtävien stimulaatiomateriaaleina oli 15 kirjainlyhenteistä englantilaista kirjainta, jotka oli jätetty pois samanlaisilla kirjaimilla, kuten L/l, M / m; pienet mustat ruudut; ja vastaavasti 12 geometrista kuviota. Kaikki materiaalit oli esitetty mustalla värillä valkoisella pohjalla, likimääräinen kuvakulma oli 1,5° × 1,5° (leveys: 2,0 cm, korkeus: 2,0 cm). Kuhunkin tehtävään sisältyi 122 polkua, ja kussakin polussa kohdeärsyke esitettiin 400 ms: n ajan kaksi polkua objektiivisen ärsykkeen esittämisen jälkeen, jolloin 1 600 ms: n ärsykkeen puhkeamisaika (SOA) merkittiin valkoisella ”+.”Osallistujia pyydettiin klikkaamaan hiiren vasenta painiketta, kun kohde ja objektiivinen ärsyke olivat samat (”matching”), kun taas hiiren oikeaa painiketta, kun ne eivät olleet (”mismatching”). Vastaavuus tai ei-ehto esitettiin pseudorandom-järjestyksessä 1: 1-suhteella.

kuva 1
www.frontiersin.org

kuva 1. Kaavamainen kaavio ääntäminen työmuistin tehtävä.

kuva 2
www.frontiersin.org

kuva 2. Kaaviokuva tilatyömuistitehtävästä.

kuva 3
www.frontiersin.org

kuva 3. Kaaviokuva objektin työmuistitehtävästä.

kokeelliset menettelyt

ennen koetta osallistujille annettiin ohjeet kokeellisesta tehtävästä. Heitä kehotettiin harjoittelemaan kolmenlaisia työmuistitehtäviä, kunnes saavutettiin 90 prosentin tarkkuusaste. Osallistujat kävivät laboratoriossa koetta edeltävänä päivänä ja nukkuivat laboratoriossa saman yön. Molemmat osallistujat suorittivat kokeet samaan aikaan. Kolmentyyppisiä työmuistitehtäviä suoritettiin kello 7.30-8.30 seuraavana aamuna samanaikaisella aivosähkökäyrän (EEG) tallennuksella (lähtötilanne). Toinen EEG-tallennus (36 h-TSD) tehtiin 36 tunnin jakson jälkeen, jonka aikana osallistujat eivät saaneet nukkua. Koko kokeiluajan Keskeiset esto-ja stimulanttilääkkeet olivat kiellettyjä. Hoitohenkilökunta saattoi, tarkkaili ja muistutti osallistujia, jotta nämä pysyisivät hereillä koko TSD-istunnon ajan.

EEG-tallenteet

jatkuva hiuspohjan EEG-äänitys äänitettiin 64 paikkaan sijoitetuilla elektrodikannoilla käyttäen SynAmps2-vahvistimella varustettua 10-20-järjestelmää. Viitteenä käytettiin molemminpuolisia mastoideja (A1 ja A2) ja pohjana otsaa. EEG: t tallennettiin 1 000 Hz: n taajuudella ja kaikkien kanavien impedanssi säilytettiin alle 5 kΩ: n taajuudella. Neljä lisäelektrodia asetettiin oikean ja vasemman silmän ylä-ja alapuolelle tallentamaan kaksisuuntainen pysty-ja vaakasuora elektrookulogrammi.

Käyttäytymiskokeiden Data-analyysi

teknisten virheiden vuoksi kaksi tapausta poistettiin ja muut 14 tapausta sisällytettiin seuraavaan tilastolliseen analyysiin. Käyttäytymistietoihin kuului keskimääräinen reaktioaika, oikea nopeus ja oikea määrä aikayksikköä kohti. Behavioral data lähtötilanteessa ja 36 h-TSD tilassa tallennettiin analysoitavaksi. Analyysit hoiti IBM SPSS (V22.2), jossa aloitettiin ANOVA-menetelmä (Repo-measures analysis of variance) kasvihuone-Geisser-menetelmällä bonferroni post-hoc-analyysillä. Tilastolliset tulokset esitettiin keskiarvona ja keskihajontana (SD).

EEG-Data-analyysi

Scan 4.3-ohjelmaa käytettiin EEG-datan analysointiin, jossa silmän liikkeen EEG-artefaktit korjattiin silmän artefaktien pelkistysmenetelmällä. Aikakaudet, jotka vaihtelivat -100-800 ms jatkuvasta EEG-datasta, erotettiin ja suodatettiin kaistanpäästösuodattimella 0,5-30 Hz taajuuden kaltevuuden ollessa 24 dB/oct. Kokeet, joissa jännite ylitti ± 100 µV, hylättiin ja lähtötilanne korjattiin 100 ms: n keskimääräiseksi amplitudiksi. EEG: n komponentit laskettiin keskiarvona ja laskettiin vain korjatuilla vasteilla. Elvytystutkimusten ERP-komponentit P2 (100-250 ms), N2 (150-350 ms) ja P3 (250-450 ms) tunnistettiin ja määritettiin. N2-ja P3-komponenttien keskimääräiset huippuamplitudit ja latenssit laskettiin erikseen pisteillä F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz ja P4, ja P2-komponentti laskettiin pisteillä F3, Fz, F4, C3, Cz ja C4 (Casement et al., 2006; Verweij et al., 2014).

toistetut toimenpiteet ANOVA käytettiin kaikkiin ERP-tuloksiin. Tärkeimmät vaikutukset ja vuorovaikutukset unitilojen (perustaso ja 36 h-TSD), tehtävät (ääntäminen työmuisti, spatiaalinen työmuisti, ja objektin työmuisti), alueet (frontal, central, ja päälaen; P2 komponentti analysoitiin vain etu-ja Keski-alueilla), ja sivustot (vasen, Keskinen, ja oikea) analysoitiin tilastollisesti käyttäen toistuvia toimenpiteitä ANOVA, joka sisälsi kasvihuone-Geisser korjaukset ei-pallomainen ja Bonferroni post-hoc testit.

tulokset

Käyttäytymiskokeiden tulokset

käyttäytymiskokeiden tulokset on esitetty taulukossa 1. Keskimääräinen reaktioaika oli 36 h-TSD-tilassa pidempi kuin lähtötilanteessa, ja suuntaus kasvoi, mutta ei merkittäviä eroja. ANOVA paljasti, että tehtävän oikea nopeus oli merkittävästi erilainen lähtötason ja 36 h-TSD: n välillä . Oikea määrä aikayksikköä kohti osoitti ajan merkittävän päävaikutuksen 36 h-TSD: n aikana .

taulukko 1
www.frontiersin.org

Taulukko 1. Suoritustiedot (keskiarvo ± keskihajonta) 2-back-tehtävästä lähtötilanteessa ja 36 h-TSD: n jälkeen.

Amplitudi

lähtötilanteeseen verrattuna P3: n Amplitudi laski merkittävästi ja P2: n Amplitudi kasvoi merkittävästi TSD: n jälkeen. Vaikka N2: n Amplitudi laski TSD: n 36 tunnin jälkeen, ero ei saavuttanut tilastollista merkitsevyyttä (Taulukko 2).

taulukko 2
www.frontiersin.org

Taulukko 2. Grand – keskimääräinen P2 -, N2-ja P3-komponenttien huippuamplitudi oikeassa vaste-tilassa useilla elektrodipaikoilla lähtötilanteessa ja 36 h-TSD: n jälkeen.

alueiden ja paikkojen huomattavat päävaikutukset P2-amplitudiin havaittiin TSD-ehdoissa. TSD: n aikana P2: n suurin amplitudi esiintyi otsan alueella (kuva 4). Lisäksi P2-amplitudien erot eri alueilla (frontaalinen vs. keskinen) olivat merkittävämpiä kahdenvälisissä elektrodeissa (vasen: P = 0,001; oikea: P = 0,000) kuin keskimmäisissä elektrodeissa (Kuva 4). Alueen ja paikan merkittävä päävaikutus N2: een paljasti, että N2: n amplitudi oli enemmän negatiivinen edestä kuin keskialueelta (P = 0,008, Kuva 4) ja pienempi oikealla kuin vasemmalla puolella (P = 0,011,kuvat 5A2, B2). Kohteen P3-amplitudiin kohdistuva pääasiallinen vaikutus havaittiin . P3: n amplitudi oli positiivisempi keskellä kuin vasemmalla puolella (P = 0,009, Kuva 4). P3-amplitudilla havaittiin merkittävä interaktiovaikutus ajan ja alueen välillä . TSD: n aikana P3: n amplitudin aleneminen oli merkittävämpää etu-ja keskialueella kuin päälaen alueella (P = 0,005; P = 0,003) (Kuva 5C3). Muilla pääasiallisilla vaikutuksilla tai yhteisvaikutusvaikutuksilla ei ollut tilastollista merkitystä.

kuva 4
www.frontiersin.org

kuva 4. ERP-Amplitudi lähtötilanteessa ja 36 h-TSD työmuistitehtävän oikean vastetilan osalta. Kanavat tilataan vasemmalta oikealle ja ylhäältä alas seuraavasti: F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz ja P4. Lähtötilanteeseen verrattuna N2-P3: n komponenttien latenssit pitenivät ja N2-P3: n amplitudit pienenivät 36 h-TSD: n jälkeen.

kuva 5
www.frontiersin.org

kuva 5. Topografinen kartta työmuistitehtävän oikeasta vasteesta erilaisissa uniolosuhteissa (A1-C3). (A1) P2, lähtötilanteessa 100-250 ms. (A2) N2, lähtötilanteessa 200-300 ms. (A3) P3, lähtötilanteessa 300-400 ms. (B1)P2, 100-250 ms, 36 h-TSD. (B2)N2, 200-300 ms, 36 h-TSD. (B3)P3, 300-400 ms, 36 h-TSD. (C1) P2, 100-250 ms, 36 h-TSD, josta on vähennetty perustaso. (C2) N2, 200-300 ms, 36 h-TSD, josta on vähennetty perustaso. (C3) P3, 300-400 ms, 36 h-TSD, josta on vähennetty perustaso.

latenssi

N2: n ja P2: n latenssit pitenivät merkittävästi TSD: n jälkeen. Vaikka P3-latenssi piteni TSD: n 36 tunnin jälkeen, ero ei saavuttanut tilastollista merkitsevyyttä (Taulukko 3).

taulukko 3
www.frontiersin.org

Taulukko 3. P2 -, N2-ja P3-komponenttien keskimääräinen huippuviive oikeassa vastetilanteessa useilla elektrodikohdilla lähtötilanteessa ja 36 h-TSD: n jälkeen.

alueen merkittävä päävaikutus N2: een ja P3: een osoitti, että N2-P3: n komponenttien latenssi oli lyhyempi päälaen alueella kuin otsalohkolla (P = 0, 002; P = 0, 000) ja keskialueella (P = 0, 000; P = 0, 000) (Kuva 4). P3-aallon latenssi oli vasemmalla puolella huomattavasti pidempi kuin oikealla (Kuva 4).

mitkään muut päävaikutukset tai yhteisvaikutusvaikutukset eivät saavuttaneet tilastollista merkitsevyyttä.

yhdeksällä elektrodipaikalla syntyneet N2 -, P2-ja P3-amplitudit ja-latenssit on esitetty kuvassa 4. Topografinen kartta työmuistitehtävän oikeasta vasteesta eri uniolosuhteissa (lähtötilanne, 36 h-TSD ja näiden kahden tilan ero) on esitetty kuvassa 5.

Keskustelu

tässä tutkimuksessa raportoimme 36 tunnin univajeen vaikutuksista työmuistiin, yhdistäen käyttäytymistietoja kahdessa unitilassa (lähtötilanne ja 36 tunnin TSD) samanaikaisiin EEG-tallenteisiin. Tulosten analysointi osoitti, että käyttäytymisdatan muutokset heikentyneen työmuistin mukaisesti 36 tunnin TSD: n jälkeen: kognitiivisten tehtävien keskimääräisen reaktioajan kasvu ja tarkkuuden heikkeneminen.

univaje heikensi yksilön tarkkaavaisuusresurssien hallintaa. Vaikka yksilöt yrittivät ylläpitää valveillaoloa ja työtehoa, mukaan lukien reaktioaika ja oikea nopeus, univajeen aikana, heidän työmuistinsa tiedonkäsittelykapasiteetti vaikutti edelleen tietojen käsittelyn nopeuden vähenemisen vuoksi (Casement et al., 2006; Wiggins et al., 2018). Tässä tutkimuksessa työmuistiin liittyvillä N2-ja P3-aalloilla mitattiin latenssin lisääntymistä ja amplitudin laskua univajeen jälkeen verrattuna alkulukemiin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että univaje johtaa jatkuvaan tarkkaavaisuuden vähenemiseen, ja P3-amplitudin lasku-ilmiö osoittaa, että yksilöiden kognition ylhäältä alas-kontrolli romahtaa vähitellen. Univajeella on enemmän haitallisia vaikutuksia kognitiivisiin toimintoihin, erityisesti niihin, jotka riippuvat henkisistä tai kognitioista (Kusztor et al., 2019).

P3-komponentti kuvastaa tarkkaavaisuusresurssien käyttöönottoa, ja P3: n latenssia pidetään yleisesti ärsykkeen luokittelun ja arvioinnin aikaikkunana. P3-aallon amplitudin lasku vahvisti myös sen, että vastaavuusvasteen päätöksenteko TSD: n jälkeen oli jossain määrin vaurioitunut (Gosselin et al., 2005). Tutkimusten mukaan univaje voi vaikuttaa työmuistin tiedonkäsittelyvaiheeseen. Tässä tutkimuksessa suoritusindikaattorit tukivat myös päätelmää, jonka mukaan vasteaika kohdeärsykkeeseen piteni ja P3-aallon latenssi piteni (Cote et al., 2008). On arveltu, että univajeen vaikutus P3-komponentteihin saattaa johtua myös siitä, että informaatiovaihteluun ei vastata, mikä on yhdenmukaista aiempien päätelmien kanssa, joiden mukaan P3-komponentit liittyvät työmuistin sisällön päivittämiseen (Donchin and Fabiani, 1991).

aiemmissa tutkimuksissa N2-komponenttia on pidetty elektrofysiologisena indeksinä, joka kuvastaa yksilön kykyä tukahduttaa vaste (Kreusch et al., 2014). Univajeen jälkeen Nogo-N2-komponentin pitkittynyt latenssi osoittaa, että yksilön kyky tukahduttaa vaste on heikentynyt (Jin et al., 2015). Univajeen jälkeen ääntämismuistiin liittyvän N2-komponentin alentunut amplitudi ja pitkittynyt latenssi paljastavat, että univaje heikentää ääntämismuistin tiedonkäsittelyä (Zhang et al., 2019). N2-komponentin ajatellaan yleensä heijastavan aivojen valikoivaa huomiota ja emotionaalisten ärsykkeiden tai signaalien käsittelyä (Schacht et al., 2008) ja on endogeeninen komponentti, joka liittyy yksilön henkiseen tilaan, tarkkaavaisuuteen ja tarkkaavaisuuden asteeseen. Tässä tutkimuksessa huomasimme, että N2-komponentin latenssi oli merkittävästi pidentynyt, mutta Amplitudi näytti vain laskevaa suuntausta. Aiempien tutkimusten mukaan pitkittynyt N2-latenssi heijasti vasteajan pitenemistä unirajoituksen jälkeen (Zhang et al., 2014). Kuitenkin havainto, että N2 amplitudi ei merkittävästi muuttunut, saattoi johtua aivojen kompensoivista vasteista (Drummond and Brown, 2001). Rajallisten kognitiivisten resurssien tapauksessa oli olemassa kompensaatiomekanismi heikentyneen kognitiivisen toiminnan palauttamiseksi (Jin ym., 2015).

päänahan topografian mukaan univajeeseen liittyvät N2-P3-komponenttien muutokset ovat selvempiä otsan alueella. Frontoparietal control (FPC) on tärkeä rooli kognitiivisessa kontrollissa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että FPC voi ohittaa ylhäältä alas kognitiivisen kontrollin, jonka avulla yksilöt voivat keskittyä kohteeseen liittyvään tietoon ja samalla tukahduttaa tietoa, joka ei liity kohteeseen (Smallwood et al., 2011; Wen et al., 2013). FPC on tärkeä tiedon säilyttämisen ja tiedonkäsittelyn työmuistissa, ja FPC: n aktivoitumisen aste univajeen jälkeen väheni verrattuna normaaliin uniryhmään (Ma et al., 2014). Vaikka EEG-tulokset eivät kuvailleet yksityiskohtaisesti tiettyjen aivoalueiden muutoksia, ne intuitiivisesti kuvasivat TSD: n vaikutusta työmuistitietojen säilyttämiseen ja käsittelyyn.

vaikka P2-komponentin taustalla olevasta tarkasta kognitiivisesta prosessista keskustellaan edelleen laajalti, laajana määritelmänä P2-komponentti heijastaa huomion ja visuaalisen käsittelyn prosessia ja sen katsotaan yleisesti liittyvän valikoivaan tarkkaavaisuuteen ja työmuistiin, mikä heijastaa havaintoprosessin varhaista arviointia (Saito et al., 2001). Tässä tutkimuksessa löysimme merkittävän P2-aallon amplitudin nousun univajeen jälkeen. Tutkimukset ovat raportoineet, että P2-aallot, jotka saattavat olla osa varhaista kognitiivista matching-järjestelmää viestinkäsittelyyn ja voivat verrata sensorisia syötteitä tallennettuun muistiin (Freunberger et al., 2007) ovat herkkiä tehtävän huomion ja työmuistivaatimusten muutoksille (Smith et al., 2002). Toiminnallinen kompensaatio on yksi ihmisen aivojen ainutlaatuisista toiminnoista ja tärkeä tekijä kognitiivisten toimintojen ylläpitämisessä. Dorsolateraalisen etuotsalohkon (DLPFC) liiallinen aktivoituminen univajeen jälkeen osoittaa, että aivojen resurssien vähentyessä DLPFC näyttää olevan kompensoiva toiminto (Drummond et al., 2004; Choo et al., 2005). Siksi spekuloimme, että tässä tutkimuksessa havaittu P2-amplitudin merkittävä kasvu voi johtua toiminnallisesta kompensaatiosta, jossa yksilöt näyttävät ylläpitävän normaalia kognitiivista toimintaa univajeen jälkeen. Vaikka monet tutkimukset ovat käyttäneet ERP-tekniikkaa tutkiakseen unen puutteen vaikutusta kognitiivisiin toimintoihin, varhaisia komponentteja, kuten N1 ja P2, ei ole tutkittu järjestelmällisesti, ja tulokset ovat epäjohdonmukaisia (Evans and Federmeier, 2007; Wiggins et al., 2018; Zhang et al., 2019). On olemassa muutamia tutkimuksia tutkia muutosta P2 komponentti aikana univaje (Mograss et al., 2009). Siksi univajeen vaikutuksia ERP: n varhaisiin komponentteihin, kuten P2: een, on vielä tutkittava ja tutkittava.

tässä kokeessa käytettiin 2-back-mallia ääntämys -, tila-ja objektityömuistitehtävien suunnitteluun ja tarkasteltiin työmuistin heikentymistä 36 tunnin TSD: n jälkeen. Verrattuna aiempiin tutkimuksiin, joissa keskityttiin vain univajeen vaikutuksiin tietyntyyppiseen tietoon, kuten ääntämismuistiin, tai tiettyihin kognitiivisiin toimintoihin, kuten vasteen estoon, olemme tarkastelleet työmuistimallin sisältöä ja analysoineet kattavasti univajeen vaikutuksia työmuistiin.

tutkimuksella on kuitenkin joitakin rajoituksia. Ensinnäkin käytimme vain 2-back-tehtävää ja jätimme vertailematta osallistujien suorituksia eri vaikeuksien työmuistitehtävissä. Työmäärän muutosten selittämisessä ja päättelyssä on siis rajoituksensa. Toiseksi tutkimuksessa käytettiin vain miespuolisia vapaaehtoisia, ja johtopäätökset on arvioitava, kun niitä laajennetaan naispuolisiin vapaaehtoisiin. Koska osallistujamäärä oli rajallinen, huomasimme vain, että N2-aallon amplitudilla oli laskeva trendi ja että P3-aallon latenssilla oli pitkittynyt trendi. Vakaita tuloksia voidaan saada, kun osallistujamäärää on lisätty. Kolmanneksi, jos yhdistämme toimintamme työmuistin fMRI-menetelmään, tulosten tulkitseminen voi helpottua. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että vuorokausirytmit vaikuttavat käyttäytymiseen, ja yksilölliset erot ovat olemassa (Montplaisir, 1981; Lavie, 2001). Emme kirjanneet EEG-tietoja samaan aikaan tässä kokeessa, joten vuorokausirytmien vaikutusta testituloksiin ei voida täysin sulkea pois.

Tämä tutkimus osoitti, että työmuistin kyky heikkeni TSD: n jälkeen, eikä tämä vaurio liittynyt työmuistin ärsykesisältöön. Unenpuute heikensi muistiin tallennetun tiedon laatua, mikä saattaa ilmetä tarkkaavaisuuden rappeumaprosessin myötä (Ratcliff and Van Dongen, 2018). Tämä tutkimus tarjoaa elektrofysiologista näyttöä siitä, miten univajeen jälkeisen heikentyneen työmuistin alla oleva mekanismi voidaan ymmärtää. On tarpeen kiinnittää huomiota univajeen aiheuttamiin työmuistin heikkenemisen haittavaikutuksiin ja tutkia tehokkaita toimenpiteitä tällaisiin vaurioihin.

tiedon Saatavuuslausunto

tätä tutkimusta varten luodut aineistot ovat pyynnöstä vastaavan tekijän saatavilla.

Etiikkalausunto

ihmisosallistujien tutkimukset tarkastettiin ja hyväksyttiin neljännessä Sotilaslääketieteen yliopistossa Beihangin yliopistossa. Potilaat / osallistujat antoivat kirjallisen tietoon perustuvan suostumuksensa osallistua tähän tutkimukseen.

Tekijäosuudet

ys suunnittelivat kokeet. ZP tuotti tulokset ja kirjoitti käsikirjoituksen. CD ja LZ analysoivat ja tulkitsivat tiedot. JT ja YS suorittivat kokeet, tutustuivat aineistoon ja tämän tutkimuksen takaajiin. YB, LZ ja JT osallistuivat tiedonkeruuseen ja kirjallisuuden tarkasteluun. Kaikki luetellut kirjoittajat ovat lukeneet ja hyväksyneet lopullisen käsikirjoituksen.

Rahoitus

tätä tutkimusta tuki Kiinan kansallinen tiedesäätiö talviolympialaisten Teknologiasuunnitelma apurahoilla nro 2019yff0301600 ja HJ20191A020135.

eturistiriita

kirjoittajat toteavat, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, jotka voitaisiin tulkita mahdollisiksi eturistiriidoiksi.

Anderson, C., and Platten, C. R. (2011). Univaje vähentää inhibitiota ja lisää impulsiivisuutta negatiivisiin ärsykkeisiin. Käyttäydy. Brain Res. 217: 466. doi: 10.1016 / J. bbr.2010.09.020

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Baddeley, A. (2000). Episodipuskuri: Uusi osa työmuistia? Trendit Cogn. Sci. 4:417. doi: 10.1016/s1364-6613(00)01538-2

CrossRef Full Text | Google Scholar

Bartel, P., Offermeier, W., Smith, F., and Becker, P. (2004). Huomio ja työmuisti resident Anesthetists after night duty: ryhmä-ja yksilövaikutukset. Occup. Environ. Med. 61, 167–170. doi: 10.1136/oem.2002.006197

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Casement, M. D., Broussard, J. L., Mullington, J. M., and Press, D. Z. (2006). The contribution of sleep to improvements in working memory scanning speed: A study of longent sleep restriction. Biol. Psychol. 72:212. doi: 10.1016 / J.biopsycho.2005.11.002

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Chee, M. W. L., and Chuah, L. Y. M. (2008). Toiminnallisia neuroimaging oivalluksia siitä, miten uni ja univaje vaikuttavat muistiin ja kognitioon. Kurr. Opinista. Neurol. 21, 417–423. doi: 10.1097 / WCO.0b013e3283052cf7

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Choo, W. C., Lee, W. W., Venkatraman, V., Sheu, F. S., and Chee, M. W. L. (2005). Aivokuoren alueiden dissosiaatio, jota moduloivat sekä työmuistikuormitus ja univaje että pelkkä univaje. Neuroimage 25, 579-587. doi: 10.1016 / j.neuroimage.2004.11.029

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Chuah, Y. M. L., Venkatraman, V., Dinges, D. F., and Chee, M. W. L. (2006). Yksilöiden välisen inhibitorisen tehokkuuden vaihtelun neuraalinen perusta univajeen jälkeen. J. Neurotutkija. 26, 7156–7162. doi: 10.1523 / jneurosci.0906-06.2006

CrossRef Full Text | Google Scholar

Cote, K. A., Milner, C. E., Osip, S. L., Baker, M. L., and Cuthbert, B. P. (2008). Fysiologinen kiihottuminen ja tarkkaavaisuus viikon jatkuvan unirajoituksen aikana. Fysiolia. Käyttäydy. 95, 353–364. doi: 10.1016 / J. physbeh.2008.06.016

PubMed Abstract / CrossRef Full Text/Google Scholar

Cote, K. A., Mondloch, C. J., Sergeeva, V., Taylor, M., and semplonius, T. (2014). Täydellisen univajeen vaikutus emotionaalisesti ilmeikkäiden kasvojen käyttäytymiseen. Käyt.viim. Brain Res. 232, 1429-1442. doi: 10.1007 / s00221-013-3780-1

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Donchin, E., and Fabiani, M. (1991). Tapahtumasidonnaisten aivopotentiaalien käyttö muistin tutkimuksessa: onko P300 tapahtuman erottuvuuden mittari? Psychol. Facul. Julkinen. 7, 58–77. doi: 10.1111 / sltb.12055

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Drummond, S. P., Brown, G. G., Salamat, J. S., and Gillin, J. C. (2004). Tehtävien vaikeuden lisääntyminen helpottaa aivojen kompensoivaa vastetta täydelliseen univajeeseen. Nuku 27, 445-451. doi: 10.1093/sleep/27.3.445

CrossRef Full Text | Google Scholar

Drummond, S. P. A., and Brown, G. G. (2001). The effects of total univaje on cerebral responses to cognitive performance. Neuropsychopharmacology 25, S68-S73. doi: 10.1016/S0893-133x(01)00325-6

CrossRef Full Text/Google Scholar

Evans, K. M., and Federmeier, K. D. (2007). Muisti, joka\ ”S oikealla ja muisti, joka\” S vasemmalla: tapahtumaan liittyvät potentiaalit paljastavat puolipallon epäsymmetriat verbaalisen informaation koodauksessa ja säilyttämisessä. Neuropsykologia 45, 1777-1790. doi: 10.1016 / J.neuropsykologia.2006.12.014

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Freunberger, R., Klimesch, W., Doppelmayr, M., and Höller, Y. (2007). Visual p2 komponentti liittyy theta vaihe-lukitus. Neurotieteilijä. Lett. 426, 181–186. doi: 10.1016 / j.neulet.2007.08.062

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Géraldine, R., Desgranges, B., Foret, J., and Eustache, F. (2005). Muistijärjestelmien ja univaiheiden väliset suhteet. J. Sleep Res. 14, 123-140. doi: 10.1111 / j.1365-2869.2005.00450.x

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Gosselin, A., Koninck, J. D., and Campbell, K. B. (2005). Total sleep depression and novelty processing: implications for frontal lobe functioning. Clin. Neurofysioli. 116, 211–222. doi: 10.1016 / J.clinph.2004.07.033

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Harrison, Y., and Horne, J. (1998). Unenhukka heikentää lyhyitä ja uusia kielitehtäviä, joissa painopiste on etulohkossa. J. Sleep Res. 7, 95-100. doi: 10.1046/j.1365-2869.1998.00104.x

PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar

Jaeggi, S. M., Buschkuehl, M., Perrig, W. J., ja Meier, B. (2010). N-back-tehtävän samanaikainen voimassaolo työmuistin mittana. Muisti 18, 394-412. doi: 10.1080/09658211003702171

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Jarraya, S., Jarraya, M., Chtourou, H., Souissi, N., and Chamari, K. (2013). Osittaisen univajeen vaikutus kognitiivisen suorituskyvyn vuorokausivaihteluihin koulutetuilla koehenkilöillä. Proc. Soc. Käyttäydy. Sci. 82, 392–396. doi: 10.1016 / j.sbspro.2013.06.281

CrossRef Full Text/Google Scholar

Jennings, J. R., Monk, T. H., and Molen, M. W. V. D. (2003). Univaje vaikuttaa joihinkin mutta ei kaikkiin valvontahuomion prosesseihin. Psychol. Sci. 14, 473–479. doi: 10.1111/1467-9280.02456

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Jin, X., Ye, E., Qi, J., Wang, L., and Lei, Y. (2015). Palautumisuni kumoaa unirajoituksesta johtuvan heikentyneen vasteen estymisen: näyttöä visuaaliseen tapahtumaan liittyvästä potentiaalitutkimuksesta. PLoS One 10:e0142361. doi: 10.1371 / lehti.pone.0142361

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Jones, K., and Harrison, Y. (2001). Otsalohkon toiminta, unen menetys ja hajanainen Uni. Unilääkäri. Ilm. 5: 475. doi: 10.1053 / smrv.2001.0203

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Koslowsky, M., and Babkoff, H. (1992). Meta-analyysi täydellisen univajeen ja suorituskyvyn suhteesta. Kronobiol. Int. 9, 132–136. doi: 10.3109/07420529209064524

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Kreusch, F., Quertemont, E., Vilenne, A., and Hansenne, M. (2014). Alkoholin väärinkäyttö ja toiminnanohjauskomponentit go/no-go-tehtävissä käyttäen alkoholiin liittyviä ärsykkeitä: alkoholin välttämisen vaikutus. Int. J. Psykofysioli. 94, 92–99. doi: 10.1016 / J.ijpsycho.2014.08.001

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Kusztor, A., Raud, L., Juel, B. E., Nilsen, A. S., Storm, J. F., and Huster, R. J. (2019). Univaje vaikuttaa eri tavoin kognitiivisen kontrollin alikomponentteihin. Uni 42: zsz016. doi: 10.1093/sleep/zsz016

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Lavie, P. (2001). Uni-valverytmi biologisena rytminä. Annu. Pastori Psychol. 52, 277–303. doi: 10.1146 / annurev.psych.52.1.277

CrossRef Full Text/Google Scholar

Lei, Y., Shao, Y., Wang, L., Zhai, T., and Zou, F. (2015). Laajamittainen aivoverkon kytkeminen ennustaa kokonaisunivajeen vaikutuksia kognitiiviseen kapasiteettiin. PLoS One 10: e0133959. doi: 10.1371 / lehti.pone.0133959

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Li, C., Huang, D., Qi, J., Chang, H., and Meng, Q. (2016). Lyhytkestoisen muistin vajeet korreloivat hippokampaali-thalamic toiminnallisten yhteyksien muutosten kanssa akuutin unen rajoittamisen jälkeen. Brain Imaging Behavior. 11, 954–963. doi: 10.1007 / s11682-016-9570-1

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Ma, N., Dinges, D. F., Basner, M., and Rao, H. (2014). How acute total sleep loss affects the attending brain: a meta-analysis of neuroimaging studies. Nuku 38, 233. doi: 10,5665/Uni.4404

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Miyake, A., and Shah, P. (1999). Työmuistin mallit. Aktiivisen kunnossapidon ja toimeenpanevan valvonnan mekanismit. Cambridge: Cambridge University Press.

Google Scholar

Mograss, M. A., Guillem, F., Brazzini-Poisson, V., and Godbout, R. (2009). The effects of total sleep deprivation on recognition memory processes: a study of event-related potential. Neurobioli. Oppia. Mem. 91, 343–352. doi: 10.1016 / j.nlm.2009.01.008

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Montplaisir, J. (1981). Masennus ja biologinen rytmi: univajeen terapeuttiset vaikutukset. L ’ Unión médicale du Canada 110, 272-276. doi: 10.1620 / tjem.133.481

PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar

Morris, A. M., So, Y., Lee, K. A., Lash, A. A., and Becker, C. E. (1992). P300-tapahtumaan liittyvä potentiaali. univajeen vaikutukset. J. Miehitetty. Med. 34, 1143–1152.

Google Scholar

Muzur, A., Pace-Schott, E. F., and Hobson, J. A. (2002). Etuotsalohko unessa. Trendit Cogn. Sci. 6, 475–481. doi: 10.1016/S1364-6613(02)01992-7

CrossRef Full Text | Google Scholar

ning, M., Dinges, D. F., Mathias, B., and Hengyi, R. (2014). How acute total sleep loss affects the attending brain: a meta-analysis of neuroimaging studies. Nuku 38, 233-240. doi: 10,5665/Uni.4404

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Owen, A. M., Mcmillan, K. M., Laird, A. R., and Bullmore, E. (2005). N-back working memory paradigm: a meta-analysis of normative functional neuroimaging studies. Hum. Aivomapp. 25, 46–59. doi: 10.1002 / hbm.20131

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Panjwani, U., Ray, K., Chatterjee, A., Bhaumik, S., and Kumar, S. (2010). Kognition elektrofysiologiset korrelaatit paranevat päiväunilla univajeen aikana. Euro. J. Appl. Fysiolia. 108, 549–556. doi: 10.1007 / s00421-009-1222-3

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Ratcliff, R., and Van Dongen, H. (2018). Univajeen vaikutukset kohde-ja assosiatiiviseen tunnistusmuistiin. Käyt. Viim. Psychol. 44, 193–208. doi: 10.1037/xlm0000452

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Raymond, C. A. (1988). Työn ja unirytmin siirtämisestä on tulossa uusi kansanterveydellinen kysymys. JAMA J. Am. Med. Assoc. 259, 2958–2959. doi: 10.1001 / jama.259.20.2958

CrossRef Full Text/Google Scholar

Saito, H., Yamazaki, H., Matsuoka, H., Matsumoto, K., and Sato, M. (2001). Näkötapahtumiin liittyvä potentiaali lievässä Alzheimerin tyypin dementiassa. Psykiatria Clin. Neurotieteilijä. 55, 365–371. doi: 10.1046/j.1440-1819.2001.00876.x

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Schacht, A., Werheid, K., ja Sommer, W. (2008). Kasvojen kauneuden arviointi on nopeaa, mutta ei pakollista. Cogn. Vaikuttaa. Käyttäydy. Neurotieteilijä. 8, 132–142. doi: 10.3758 / cabn.8.2.132

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Scott, J. P. R., Mcnaughton, L. R., and Polman, R. C. J. (2006). Univajeen ja liikunnan vaikutukset kognitiiviseen, motoriseen suorituskykyyn ja mielialaan. Fysiolia. Käyttäydy. 87:408. doi: 10.1016 / J. physbeh.2005.11.009

PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar

Smallwood, J., Brown, K., Baird, B., and Schooler, J. W. (2011). Oletustilan verkon ja ETU-päälaen verkon välinen yhteistyö sisäisen ajatusjunan tuottamisessa. Brain Res. 1428, 60-70. doi: 10.1016 / J.brainres.2011.03.072

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Smith, M. E., Mcevoy, L. K., and Gevins, A. (2002). Keskivaikean unen menetyksen vaikutus neurofysiologisiin signaaleihin työmuistitehtävän suorituksen aikana. Nuku 25, 784-794. doi: 10.1093/sleep / 25.7.56

CrossRef Full Text/Google Scholar

Thomas, M. (2003). Neural basis of alertness and cognitive performance disorders during sleepiness ii. vaikutukset 48 ja 72 h univaje on Awakening ihmisen alueellinen aivotoiminta. Thalam. Relat. Syst. 2, 199–229. doi: 10.1016/S1472-9288(03)00020-7

CrossRef Full Text | Google Scholar

Van Dongen, H. (2004). Ylimääräisen herätyksen kumulatiiviset kustannukset: doseresponse kroonisen univajeen ja täydellisen univajeen vaikutukset neurobehavioraalisiin toimintoihin ja unifysiologiaan. Nuku 26, 117-126. doi: 10.1016/0739-6260(84)90040-6

CrossRef Full Text/Google Scholar

Verweij, I. M., Romeijn, N., Smit, D. J., and Giovanni, P. (2014). Univaje johtaa aivojen etuosan alueiden toiminnallisten yhteyksien heikkenemiseen. BMC Neurosci. 15:88. doi: 10.1186 / 1471-2202-15-88

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Wen, X., Liu, Y., Yao, L., and Ding, M. (2013). Oletustilan toiminnan ylhäältä alas-säätö spatiaalisessa visuaalisessa huomiossa. J. Neurotutkija. 33, 6444–6453. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.4939-12.2013

CrossRef Full Text | Google Scholar

Wiggins, E., Malayka, M., and Kendra, G. (2018). 24-h unenpuute heikentää varhaisen tarkkaavaisuuden modulaatiota neural processing: an event-related brain potential study. Neurotieteilijä. Lett. 677, 32–36. doi: 10.1016 / j.neulet.2018.04.022

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar

Zhang, L., Shao, Y., Liu, Z., Li, C., Chen, Y., and Zhou, Q. (2019). Vähentynyt tieto työmuistin korvaamisesta univajeen jälkeen: evidence from an event-related potential study. Edessä. Neurotieteilijä. 13:408. doi: 10.3389 / fnins.2019.00408

CrossRef Full Text / Google Scholar

Zhang, Q., Liao, Y., Qi, J., Zhao, Y., Zhu, T., Liu, Z., et al. (2014). Visual erp study of impulse inhibition following a tsaleplon indused torkut univajeen jälkeen. PLoS yksi 9: e95653. doi: 10.1371 / lehti.pone.0095653

PubMed Abstract / CrossRef Full Text / Google Scholar