Figura 3. Diagrama esquemático da tarefa de memória de trabalho do objecto.antes da experiência, os participantes foram instruídos sobre a tarefa experimental. Eles foram informados para praticar os três tipos de tarefas de memória de trabalho até que uma taxa de precisão de 90% foi alcançada. Os participantes visitaram o laboratório no dia anterior à experiência e dormiram no laboratório naquela noite. Os dois participantes realizaram as experiências ao mesmo tempo. Três tipos de tarefas de memória de trabalho foram realizadas às 7:30 da manhã às 8:30 da manhã seguinte com Gravação Simultânea de eletroencefalograma (EEG) (linha de base). A segunda gravação do EEG (36 h-TSD) foi realizada após um período de 36-h durante o qual os participantes não foram autorizados a dormir. Durante todo o tempo da experiência, a inibição central e drogas estimulantes foram proibidas. Os participantes foram acompanhados, observados e lembrados por enfermeiros, a fim de mantê-los acordados durante toda a sessão de TSD.

gravações EEG

um EEG de couro cabeludo contínuo foi gravado usando eletrodos colocados em 64 locais usando o sistema 10-20 com um amplificador SynAmps2. Os mastóides bilaterais (A1 e A2) foram usados como referência, e a testa foi usada como um solo. Os EEGs foram registrados a 1.000 Hz, e a impedância de todos os canais foi mantida abaixo de 5 kΩ. Quatro eletrodos adicionais foram colocados acima e abaixo dos olhos direito e esquerdo para registrar um eletrooculograma bipolar vertical e horizontal.

Análise de Dados de Experimentos Comportamentais

Devido a erros técnicos, dois casos foram eliminados, enquanto outros 14 casos foram incluídos na seguinte análise estatística. Os dados comportamentais incluíam o tempo médio de reação, a taxa correta e o número correto por unidade de tempo. Dados comportamentais na linha de base e 36 estados h-TSD foram registrados para análise. As análises foram realizadas pela IBM SPSS (V22.2), em que foi lançada a análise pós-hoc das medidas repetidas do método de variância (ANOVA) com o Geisser com efeito de estufa. Os resultados estatísticos foram apresentados como o desvio médio e padrão (DP).

análise de dados EEG

Scan 4.3 programa foi usado para analisar os dados EEG, onde os artefatos EEG do movimento ocular foram corrigidos pelo método de redução de artefatos oculares. Epochs variando de -100 a 800 ms dos dados contínuos de EEG foram extraídos e filtrados por um filtro de bandpass de 0,5 a 30 Hz com o declive de frequência de 24 dB/oct. Os ensaios em que a tensão excedeu ± 100 µV foram rejeitados e o valor inicial foi corrigido para uma amplitude média de 100 ms. os componentes do EEG foram calculados em média e calculados apenas com as respostas corrigidas. Os componentes ERP P2 (100-250 ms), N2 (150-350 ms) e P3 (250-450 ms) dos ensaios de estímulo foram identificados e quantificados. As amplitudes de Pico grand-average e latências dos componentes N2 e P3 foram calculadas separadamente em F3, Fz, F4, C3, CZ, C4, P3, Pz, e P4, e o componente P2 foi calculado em F3, Fz, F4, C3, Cz, E C4 (Casement et al., 2006; Verweij et al., 2014).medidas repetidas foi utilizada ANOVA para todos os resultados do ERP. Os efeitos principais e as interações entre os estados de sono (linha de base e 36 h-TSD), tarefas (pronúncia memória de trabalho, espacial, memória de trabalho, e o objeto de memória de trabalho), regiões (frontal, central, parietal; o componente P2 foi analisada somente no frontal e regiões centrais), e sites de esquerda, meio e direita) foram analisados estatisticamente empregando medidas repetidas ANOVA, que incluiu o Greenhouse-Geisser correções para não-esfericidade e de Bonferroni testes post-hoc.

resultados

desempenho Comportamental

os resultados dos experimentos comportamentais são mostrados na Tabela 1. O tempo médio de reacção foi mais longo no estado de 36 H-TSD do que no início, com uma tendência para aumentar, mas sem diferenças significativas. A ANOVA revelou que a taxa correcta da tarefa era significativamente diferente entre a linha de base e 36 H-TSD . O número correto por unidade de tempo mostrou um efeito principal significativo do tempo durante 36 H-TSD .

Tabela 1. Dados de desempenho (média ± DP) relativos à tarefa 2-back na linha de base e após 36 H-TSD.

Amplitude

em comparação com a linha de base, observou-se uma diminuição significativa na amplitude de P3 , e observou-se um aumento significativo na amplitude de P2 após a TSD. Embora a amplitude N2 tenha diminuído após 36 h de TSD, a diferença não atingiu significância estatística (Tabela 2).

Tabela 2. Amplitude de Pico Grand-média dos componentes P2, N2 e P3 na condição de resposta correta em vários locais de eletrodos na linha de base e após 36 h-TSD.

os principais efeitos significativos das regiões e locais na amplitude de P2 foram encontrados sob a condição TSD. Durante a TSD, a amplitude máxima de P2 apareceu na região frontal (Figura 4). Além disso, as diferenças nas amplitudes P2 em diferentes regiões (frontal vs. central) foram mais significativas nos eléctrodos bilaterais (esquerda: P = 0, 001; direita: P = 0, 1000) do que nos eléctrodos médios (Figura 4). Um efeito principal significativo da região e Local na N2 revelou que a amplitude da N2 era mais negativa no frontal do que na região central (P = 0, 008, Figura 4) e era menor à direita do que no lado esquerdo (P = 0,011, figuras 5A2, B2). Observou-se um efeito principal do local na amplitude P3 . A amplitude de P3 foi mais positiva no meio do que no lado esquerdo (P = 0, 009, Figura 4). Observou-se um efeito de interacção significativo entre o tempo e a região para a amplitude de P3 . Durante a TSD, a redução da amplitude P3 foi mais significativa nas regiões frontal e central do que na região parietal (P = 0, 005; P = 0, 003) (figura 5C3). Nenhum outro efeito principal ou efeitos de interacção atingiu significado estatístico.

Figura 4. Amplitude do ERP na linha de base e 36 H-TSD para a condição de resposta correta para a tarefa de memória de trabalho. Os canais são ordenados da esquerda para a direita e de cima para baixo da seguinte forma: F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz e P4. Em comparação com a linha de base, as latências dos componentes N2-P3 foram prolongadas e as amplitudes da N2-P3 diminuíram após 36 H-TSD.

Figura 5. Mapa topográfico da resposta correta na tarefa de memória de trabalho em diferentes condições de sono (A1–C3). (A1) P2, 100-250 ms, no início. A2) N2, 200-300 ms, na linha de base. (A3) P3, 300-400 ms, na linha de base. (B1) P2, 100-250 ms, a 36 h-TSD. (B2) N2, 200-300 ms, para 36 H-TSD. (B3) P3, 300-400 ms, para 36 H-TSD. (C1) P2, 100-250 ms, 36 H-TSD com a linha de base subtraída. (C2) N2, 200-300 ms, 36 H-TSD com subtracção da linha de base. (C3) P3, 300-400 ms, 36 h-TSD com subtracção da linha de base.

latência

as latências de N2 e P2 foram significativamente prolongadas após a TSD. Embora a latência P3 tenha sido prolongada após 36 h de TSD, a diferença não atingiu significância estatística (Tabela 3).

Tabela 3. Latência de Pico Grand-média dos componentes P2, N2 e P3 na condição de resposta correta em vários locais de eletrodos na linha de base e após 36 H-TSD.

O significativo efeito principal da região em N2 e P3 revelou que a latência de N2-P3 componentes foi menor na região parietal do que na região frontal (P = 0,002; P = 0,000) e região central (P = 0,000; P = 0,000) (Figura 4). A latência da onda P3 foi significativamente mais longa no lado esquerdo do que no lado direito (Figura 4).nenhum outro efeito principal ou efeitos de interacção atingiu significado estatístico.as amplitudes e latências N2, P2 e P3 que foram elicitadas nos nove locais de eletrodos são apresentadas na Figura 4. O mapa topográfico da resposta correta na tarefa de memória de trabalho em diferentes condições de sono (linha de base, 36 h-TSD e a diferença entre as duas condições) é apresentado na Figura 5.

discussão

neste estudo, nós relatamos as influências da privação de sono de 36 h na memória de trabalho, combinando dados comportamentais em dois estados de sono (baseline e 36 H-TSD) com gravações contemporâneas de EEG. A análise dos resultados indicou que as mudanças nos dados comportamentais de acordo com a memória de trabalho deficiente após 36 H de TSD: um aumento no tempo médio de reação das tarefas cognitivas e uma diminuição na precisão.a privação do sono prejudicou o controlo individual dos recursos de atenção. Embora as pessoas tenham tentado manter a vigília e o desempenho do trabalho, incluindo o tempo de reação e a taxa correta, durante a privação do sono, a capacidade de processamento da informação de sua memória de trabalho ainda foi afetada devido à diminuição da velocidade de processamento da informação (Casement et al., 2006; Wiggins et al., 2018). Neste estudo, as ondas N2 e P3 relacionadas com a memória de trabalho foram medidas para mostrar um aumento na latência e uma diminuição na amplitude após a privação do sono em comparação com as leituras de base. Estudos têm demonstrado que a privação do sono leva a um declínio contínuo na atenção, e o fenômeno da diminuição da amplitude de P3 indica que o controle de cognição de cima para baixo dos indivíduos colapsa gradualmente. A privação do sono tem um efeito mais adverso sobre as funções cognitivas, especialmente aquelas que dependem de mental ou cognições (Kusztor et al., 2019).

O componente P3 reflete a implantação de recursos de atenção, e a latência de P3 é amplamente vista como a janela de tempo para a categorização de estímulo e avaliação. A diminuição da amplitude da onda P3 também confirmou que a tomada de decisão na resposta correspondente após a TSD tinha sido danificada em certa medida (Gosselin et al., 2005). Estudos têm sugerido que a privação do sono pode afetar a fase de processamento da Informação da memória de trabalho. Neste estudo, os indicadores de desempenho também apoiaram a conclusão de que o tempo de resposta ao estímulo alvo foi aumentado e que a latência da onda P3 foi prolongada (Cote et al., 2008). Especulou-se que o efeito da privação do sono nos componentes P3 também poderia ocorrer devido à falha em responder à alteração de informação, o que é consistente com as conclusões anteriores de que os componentes P3 estão relacionados com a atualização do conteúdo de memória de trabalho (Donchin e Fabiani, 1991).estudos anteriores consideraram o componente N2 como um índice electrofisiológico refletindo a capacidade do indivíduo de suprimir a resposta (Kreusch et al., 2014). Após a privação do sono, a latência prolongada do componente Nogo-N2 indica que a capacidade do indivíduo para suprimir a resposta é prejudicada (Jin et al., 2015). A diminuição da amplitude e latência prolongada do componente N2 relacionado com a pronúncia da memória de trabalho após a privação do sono revela que a privação do sono prejudica o processamento de informação da memória de trabalho da pronúncia (Zhang et al., 2019). O componente N2 é geralmente pensado para refletir a atenção seletiva do cérebro e o processamento de estímulos emocionais ou sinais (Schacht et al., 2008) e é um componente endógeno relacionado ao estado mental, atenção e grau de atenção de um indivíduo. Neste estudo, descobrimos que a latência do componente N2 foi significativamente prolongada, mas a amplitude mostrou apenas uma tendência descendente. De acordo com estudos anteriores, latência N2 prolongada reflectiu um aumento no tempo de resposta após restrição do sono (Zhang et al., 2014). No entanto, a descoberta de que a amplitude de N2 não foi significativamente alterada pode ter sido devido a respostas compensatórias cerebrais (Drummond e Brown, 2001). No caso de recursos cognitivos limitados, havia um mecanismo de compensação para restaurar a função cognitiva comprometida (Jin et al., 2015).

de acordo com a topografia do couro cabeludo, as alterações nos componentes N2-P3 relacionadas com a privação do sono são mais óbvias na área frontal. O controle Frontoparietal (FPC) desempenha um papel importante no controle cognitivo. Estudos têm mostrado que a FPC pode contornar o controle cognitivo top-down, permitindo que os indivíduos se concentrem em informações relacionadas com o alvo, enquanto suprimem informações que não estão relacionadas com o alvo (Smallwood et al., 2011; Wen et al., 2013). A CQP é importante para a retenção de informações e o processamento de informações na memória de trabalho, e o grau de ativação da CQP após a privação do sono foi reduzido em comparação com um grupo de sono normal (Ma et al., 2014). Embora os resultados do EEG não tenham refletido em detalhe as mudanças em regiões cerebrais específicas, intuitivamente refletiu o efeito da TSD na retenção e processamento da informação de memória de trabalho.

Embora a exata processo cognitivo que o componente P2 subjacente ainda é amplamente debatida, como uma definição ampla, o componente P2 reflete o processo de atenção e processamento visual e é, geralmente, consideradas relacionadas com a atenção seletiva e a memória de trabalho, refletindo o início do julgamento do processo perceptual (Saito et al., 2001). Neste estudo, encontramos um aumento significativo na amplitude da onda P2 após a privação do sono. Estudos têm relatado que as ondas P2 que podem ser uma parte do sistema de correspondência cognitiva inicial para processamento de mensagens e podem comparar entradas sensoriais para memória armazenada (Freunberger et al., 2007) são sensíveis a alterações na atenção da missão e demandas de memória de trabalho (Smith et al., 2002). A compensação funcional é uma das funções únicas do cérebro humano e um fator importante para a manutenção da função cognitiva. A activação excessiva do córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) após a privação do sono indica que, à medida que os recursos cerebrais diminuem, o DLPFC parece ter uma função compensatória (Drummond et al., 2004; Choo et al., 2005). Portanto, especula-se que o aumento significativo da amplitude de P2 observado neste estudo pode ser devido à compensação funcional em que os indivíduos parecem manter a função cognitiva normal após a privação do sono. Embora um grande número de estudos tenham usado a tecnologia ERP para explorar o efeito da privação do sono nas funções cognitivas, componentes precoces como N1 e P2 não foram sistematicamente estudados, e os resultados são inconsistentes (Evans e Federmeier, 2007; Wiggins et al., 2018; Zhang et al., 2019). Existem poucas pesquisas sobre a mudança do componente P2 durante a privação do sono (Mograss et al., 2009). Por conseguinte, os efeitos da privação do sono nos componentes precoces do ERP, como o P2, ainda precisam de ser estudados e explorados.

Neste experimento, nós usamos o modelo 2-back para projetar a pronúncia, espacial e tarefas de memória de trabalho de objetos e examinamos o comprometimento da memória de trabalho após 36 H de TSD. Em comparação com estudos anteriores, que incidiu apenas sobre os efeitos da privação de sono em um tipo específico de informações, tais como a pronúncia de memória de trabalho, ou específicos da função cognitiva, como resposta de inibição, temos considerado o conteúdo da memória de trabalho de modelo e exaustivamente analisados os efeitos da privação do sono na memória de trabalho.no entanto, o estudo tem algumas limitações. Em primeiro lugar, nós apenas usamos a tarefa 2-back e não comparamos o desempenho dos participantes em tarefas de memória de trabalho de diferentes dificuldades. Por conseguinte, há limitações na explicação e inferição de alterações na carga de trabalho. Em segundo lugar, apenas voluntários do sexo masculino foram utilizados no estudo, e as conclusões precisam ser avaliadas quando se estendem a voluntários do sexo feminino. Devido ao número limitado de participantes, descobrimos apenas que a amplitude da onda N2 tinha uma tendência descendente e que a latência da onda P3 tinha uma tendência prolongada. Podem obter-se resultados estáveis após o aumento do número de participantes. Em terceiro lugar, combinar nosso procedimento com o fMRI para memória de trabalho pode facilitar a interpretação dos resultados. Estudos anteriores mostraram que os biorritmos circadianos afetam o desempenho comportamental, e há diferenças individuais (Montplaisir, 1981; Lavie, 2001). Não registamos os dados do EEG ao mesmo tempo neste experimental, então a influência dos biorritmos circadianos nos resultados do teste não pode ser completamente excluída.

esta pesquisa mostrou que a capacidade de memória de trabalho foi prejudicada após a TSD e que este dano não estava associado com o conteúdo de estímulo da memória de trabalho. A falta de sono reduziu a qualidade da informação armazenada na memória, o que pode ocorrer com o processo degenerativo de atenção (Ratcliff e Van Dongen, 2018). Este estudo fornece evidências de eletrofisiologia para a compreensão do mecanismo sob a memória de trabalho deficiente após a privação do sono. É necessário prestar atenção aos efeitos adversos da diminuição da memória de trabalho causada pela privação do sono e explorar intervenções eficazes para esses danos.

Declaração de disponibilidade de dados

os conjuntos de dados gerados para este estudo estão disponíveis A pedido do autor correspondente.os estudos envolvendo participantes humanos foram revisados e aprovados pela quarta Universidade de Medicina militar da Universidade Beihang. Os pacientes / participantes deram seu consentimento informado por escrito para participar deste estudo.

contribuições dos autores

Ys desenharam as experiências. A ZP produziu os resultados e escreveu o manuscrito. CD e LZ analisaram e interpretaram os dados. JT e YS realizaram os experimentos, familiarizaram os dados e os garantes deste estudo. YB, LZ e JT contribuíram para participar na coleta de dados e revisão da literatura. Todos os autores listados leram e aprovaram o manuscrito final.esta investigação foi apoiada pela National Science Foundation of Winter Olympics Technology Plan of China sob a subvenção n. º 2019YFF0301600 e HJ20191A020135.

conflito de interesses

os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.