Auswirkungen von Schlafentzug auf die kognitive Leistungsfähigkeit - Effects of sleep deprivation on cognitive performance
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Schätzungen zufolge leiden über 20 % der Erwachsenen an Schlafmangel . Schlaflosigkeit und Schlafmangel sind häufige Symptome einer Depression und können ein Hinweis auf andere psychische Störungen sein . Die Folgen von zu wenig Schlaf können schlimme Folgen haben; nicht nur auf die Gesundheit, die Kognition, das Energieniveau und die Stimmung des Einzelnen, sondern auch auf seine Umgebung, da Schlafentzug das Risiko von Unfällen aufgrund menschlicher Fehler erhöht, insbesondere bei wachsamkeitsbasierten Aufgaben mit Technologie.
Beachtung
Neuronale Substrate
Die Parietallappen des Gehirns sind hauptsächlich an der Aufmerksamkeit beteiligt . Läsionen dieser Hirnregion führen beim Menschen zu Schwierigkeiten oder Unfähigkeit, Ereignisse zu berücksichtigen , die kontralateral zur läsionierten Hemisphäre sind . Diejenigen mit Läsionen des hinteren Parietallappens haben wenig bis gar keine Schwierigkeiten, die Aufmerksamkeit auf und von Reizen zu lenken, die im Raum ipsilateral zur läsionierten Hemisphäre erscheinen. Sie zeigen jedoch eine verlangsamte Reaktion, indem sie ihren Fokus der aktuellen Aufmerksamkeit auf Ereignisse und Stimuli verlagern, die kontralateral zur geschädigten Hemisphäre erscheinen.
Studien mit Einzeleinheiten-Aufnahmen aus den Scheitellappen von Affen haben gezeigt, dass es Neuronen gibt, die ausschließlich an der Integration visueller räumlicher Informationen mit Haltungsinformationen beteiligt sind. Ohne diese scheinbare Kombination räumlicher Informationen wäre es schwierig oder unmöglich, Objekte im Außenraum zu lokalisieren (da die allein von der Netzhaut bereitgestellten Informationen nicht ausreichen). Auch die Position der Augen, des Kopfes und des Körpers muss berücksichtigt werden.
Darüber hinaus deuten Studien mit transkranieller Magnetstimulation über die Parietallappen sowie Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Analyse der Parietallappen darauf hin, dass diese Region an Konjunktionssuchen beteiligt ist, aber nicht an Einzelmerkmalssuchen (siehe Visuelle Suche nach zusätzlichen Information).
Akustische Aufmerksamkeit
Die auditive Aufmerksamkeit wurde nach Schlafentzug untersucht. In einer Studie untersuchten die Forscher die auditive Aufmerksamkeit von zwölf Probanden ohne Schlafmangel und zwölf Probanden mit Schlafmangel in verschiedenen Zeitintervallen. Die Probanden wurden an einer Aufgabe der auditiven Aufmerksamkeit beteiligt, die die Reproduktion der räumlichen Beziehungen zwischen vier Buchstaben unter Verwendung eines aus sechs Quadraten bestehenden Diagramms unmittelbar nach der Präsentation eines Elements von einem Tonbandgerät erforderte. Es wurde festgestellt, dass die auditive Aufmerksamkeit von Personen mit Schlafentzug beeinträchtigt wird, wenn die Gesamtmenge des Schlafentzugs zunimmt, möglicherweise aufgrund einer verringerten Wahrnehmungswachsamkeit.
Geteilte Aufmerksamkeit
Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)-Scans des Gehirns von Probanden, die 35 Stunden Schlafentzug ausgesetzt waren, zeigen, dass Schlafentzug mit einer Zunahme des präfrontalen Kortex und der Aktivierung des Parietallappens bei Aufgaben zusammenhängt, die verbalen Lernen und Rechnen kombinieren . Dies zeigt sich besonders in der rechten Hemisphäre. Bei Personen ohne Schlafmangel, die an verbalen Lern- und Rechenaufgaben beteiligt sind, sind der anteriore cinguläre Kortex und der rechte präfrontale Kortex aktiv. Nach Schlafentzug kommt es zu einer verstärkten Aktivierung des linken vorderen Gyrus inferior und der beidseitigen Parietallappen. Diese Informationen legen nahe, dass geteilte Aufmerksamkeitsaufgaben mehr Aufmerksamkeitsressourcen erfordern, als normalerweise von einer Person ohne Schlafentzug benötigt wird.
Exogene und endogene Aufmerksamkeit
Studien mit ereignisbezogenen Potenzialaufzeichnungen (ERP) haben ergeben, dass 24 Stunden Schlafentzug die ERP-Reaktion auf Signaleingänge von endogenen , aber nicht exogenen Quellen verringert . Daher wird vermutet, dass Schlafentzug die endogen getriebene selektive Aufmerksamkeit stärker beeinflusst als die exogen getriebene selektive Aufmerksamkeit.
Selektive Aufmerksamkeit
Es wurde festgestellt, dass 24 Stunden Schlafentzug die funktionelle Konnektivität zwischen der inferioren frontalen Parietalregion (IPS) und der parahippocampalen Place Area (PPA) beeinträchtigen . Schlafentzug hat jedoch keinen Einfluss auf den Aufmerksamkeitsmodulationsindex des PPA. Mit diesen Informationen kamen die Forscher zu dem Schluss, dass die psychophysiologische Interaktion (PPI) stärker an der selektiven Aufmerksamkeit beteiligt ist als die IPS und PPA.
Die Forschung hat herausgefunden, dass Aufmerksamkeit und Schlafentzug zusammen die Aktivierung der parahippocampalen Place Area (PPA) und die Szenenverarbeitung modulieren. Insbesondere war Schlafentzug mit einer signifikanten Abnahme der PPA-Aktivierung verbunden, während man sich Szenen anschaute und Szenen ignorierte. Dies wird durch das Fehlen einer Änderung des Aufmerksamkeitsmodulationsindex (AMI) erklärt. Die Gesichtserkennung wird durch Schlafentzug nicht beeinträchtigt.
Es hat sich gezeigt, dass Schlafentzug die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Bildklassifizierung sowie das Erkennungsgedächtnis negativ beeinflusst . Es führt dazu, dass es nicht möglich ist, irrelevante Informationen zu vermeiden, die bei aufmerksamkeitsbezogenen Aufgaben angezeigt werden. (Norton) Es verringert auch die Aktivierung im ventralen visuellen Bereich und in den frontalen parietalen Kontrollregionen.
Aufsichtspflicht
Es wurden Studien durchgeführt und analysiert , die sich mit der Leistung von Probanden mit Schlafentzug bei Wahlreaktionszeittests beschäftigten – bei denen Reaktionshemmung , die Fähigkeit zum Aufgabenwechsel und die Aufgabenstrategie beteiligt waren. Diese drei kognitiven Prozesse sind involviert und kritisch bei Aufgaben, die eine Aufsichtsaufmerksamkeit erfordern, die als Verhalten definiert wird, das durch die Auswahl und Implementierung von Schemata entsteht. Nach einer Nacht mit totalem Schlafentzug zeigten die Probanden keine Abnahme der Aufgabenverschiebung oder der Reaktionshemmung. Schlafentzug beeinträchtigt jedoch die Fähigkeit, vorbereitende Verzerrungen zu verwenden, um die Leistungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Es wird vermutet, dass sich die kognitiven Ressourcen des Gehirns aktiv bemühen, eine herausfordernde Aufgabe zu bewältigen, wenn sie Schlafentzug ausgesetzt sind, und dass dieses Defizit bei Aufgaben mit vorbereitender Verzerrung sichtbar wird.
Visuell-räumliche Aufmerksamkeit
Defizite in der kognitiven Leistungsfähigkeit aufgrund anhaltender Schlafbeschränkungen sind nicht gut verstanden. Es gab jedoch Studien, die sich mit der physiologischen Erregung des Gehirns mit Schlafmangel befassten. Teilnehmer, deren Gesamtschlafdauer während einer Woche um 33 % eingeschränkt war, wurden Reaktionszeittests unterzogen. Die Ergebnisse dieser Tests wurden mittels quantitativer EEG- Analyse analysiert . Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass zuerst die frontalen Hirnregionen betroffen sind, während die parietalen Regionen aktiv bleiben, bis die Auswirkungen des Schlafentzugs gegen Ende der Woche stärker werden. Darüber hinaus zeigen EEG- und ERP-Analysen, dass Aktivierungsdefizite in der nicht-dominanten Hemisphäre deutlicher sind als in der dominanten Hemisphäre.
Die Auswirkungen von Schlafentzug auf die kognitive Leistungsfähigkeit wurden durch den Einsatz parametrischer visueller Aufmerksamkeitsaufgaben untersucht. Es wurden funktionelle Magnetresonanztomographien des Gehirns von Teilnehmern durchgeführt, die an Balltracking-Aufgaben mit verschiedenen Schwierigkeitsgraden beteiligt waren. Diese Bilder wurden während des ausgeruhten Wachzustandes und erneut nach einer Nacht ohne Schlafentzug aufgenommen. Der Thalamus wird stärker aktiviert, wenn er von Schlafentzug begleitet wird – als wenn sich die Person in einem ausgeruhten Wachzustand befindet. Im Gegensatz dazu ist der Thalamus bei schwierigen Aufgaben mit ausgeruhter Wachheit stärker aktiviert, nicht aber bei Schlafentzug. Forscher schlagen vor, dass die Thalamus-Ressourcen, die normalerweise bei schwierigen Aufgaben aktiviert werden, aktiviert werden, um die Wachsamkeit während des Schlafmangels aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist eine Zunahme der thalamischen Aktivierung mit einer Abnahme der parietalen, präfrontalen und cingulären Kortexaktivierung verbunden, was zu einer allgemeinen Beeinträchtigung der Aufmerksamkeitsnetzwerke führt, die für die visuell-räumliche Aufmerksamkeitsleistung erforderlich sind.
Studien mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) weisen darauf hin, dass das posteriore Cingulum (PCC) und der mediale präfrontale Kortex an der vorausschauenden Zuweisung der räumlichen Aufmerksamkeit beteiligt sind. Bei Schlafmangel nimmt die PCC-Aktivität ab, was die selektive Aufmerksamkeit beeinträchtigt. Die Probanden wurden einer Aufmerksamkeitsverlagerungsaufgabe ausgesetzt, bei der räumlich informative, irreführende und nicht informative Hinweise den Stimuli vorausgingen. Bei Schlafentzug zeigten die Probanden eine erhöhte Aktivierung im linken Sulcus intraparietalis . Diese Region wird aktiviert, wenn sie an unerwarteten Orten Reizen ausgesetzt wird. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Personen mit Schlafentzug in ihrer Fähigkeit, die Orte bevorstehender Ereignisse vorherzusehen, beeinträchtigt sein können. Darüber hinaus kann die Unfähigkeit, irrelevante Ereignisse zu vermeiden, auch durch Schlafentzug induziert werden.
Im Gegensatz dazu haben andere Studien gezeigt, dass die Auswirkungen von Schlafentzug auf die kognitive Leistung, insbesondere die anhaltende visuelle Aufmerksamkeit, globaler und bilateraler Natur sind (im Gegensatz zu mehr lateralisierten Defiziterklärungen). In einer Studie mit der Choice Visual Perception Task wurden die Probanden Reizen ausgesetzt, die an verschiedenen Stellen im visuellen Raum auftraten. Die Ergebnisse zeigen, dass Schlafentzug zu einer allgemeinen Abnahme der visuellen Aufmerksamkeit führt. Es wird auch vermutet, dass das Gehirn mit Schlafmangel in der Lage ist, bei Aufgaben, die geteilte Aufmerksamkeit erfordern, ein bestimmtes Maß an kognitiver Leistung aufrechtzuerhalten – indem es zusätzliche kortikale Regionen rekrutiert, die normalerweise nicht für solche Aufgaben verwendet werden.
Exekutive Funktion
Exekutives Funktionieren ist „die Fähigkeit, eine vorsätzliche Handlung angesichts von Alternativen zu planen und zu koordinieren, Maßnahmen nach Bedarf zu überwachen und zu aktualisieren und ablenkendes Material zu unterdrücken, indem die Aufmerksamkeit auf die vorliegende Aufgabe gelenkt wird“. Der präfrontale Kortex wurde als die wichtigste Region identifiziert, die an der exekutiven Funktion beteiligt ist.
Forscher glauben, dass drei der „grundlegensten“ exekutiven Funktionen sind: Verschiebung, Aktualisierung und Hemmung. Das Hin- und Herwechseln zwischen verschiedenen Aufgaben wird als ein sehr wichtiges mentales Verhalten angesehen, das an der exekutiven Funktion beteiligt ist, da es ein aktives Loslösen von der gegenwärtigen Aufgabe und die Beschäftigung mit einer neuen Aufgabe beinhaltet. Es wird angenommen, dass die Aktualisierung am Arbeitsgedächtnis beteiligt ist (eng verbunden mit der Funktion des präfrontalen Kortex), wo die aktiven Informationen aktualisiert werden müssen, indem alte, jetzt irrelevante Informationen durch neue, relevante Informationen basierend auf dem Ziel ersetzt werden. Die Hemmung beinhaltet die kontrollierte und absichtliche Impedanz automatischer, vorherrschender Reaktionen.
Der anteriore cinguläre Kortex wurde implementiert, um eine gewohnheitsmäßige Reaktion zu hemmen oder mögliche Konflikte in Reaktionen zu erkennen; dies zeigt der Stroop-Test . Studien haben gezeigt, dass bereits 36 Stunden Schlafentzug zu einer Leistungsminderung bei Aufgaben führen können, die diese exekutiven Funktionen erfordern.
Die obigen Prozesse veranschaulichen ein Modell des kontrollierten versus automatischen Verhaltens, das von Shallice et al. (1989), das als Aufsichtssystem bezeichnet wird . Es wird angenommen, dass dieses System ins Spiel kommt, wenn ein Eingreifen der gewohnheitsmäßigen Reaktion erforderlich ist. Eine Schädigung des präfrontalen Kortex führt zu einem Zusammenbruch dieses Systems, was zu Nutzungsverhalten führt . Zu diesen Verhaltensweisen gehören spontane Handlungssequenzen auf irrelevante Objekte in der Umgebung ohne klares Ziel vor Augen. Diese Theorie hat dazu beigetragen, das aktuelle Wissen über exekutive Funktionen zu erweitern.
Entscheidung fällen
Die Entscheidungsfindung umfasst eine Reihe von exekutiven Funktionen, die kombiniert und organisiert werden müssen, um auf die am besten geeignete Weise zu reagieren (dh mit der vorteilhaftesten Entscheidung zu reagieren). Es gibt viele Aspekte des Entscheidungsfindungsprozesses, einschließlich der oben diskutierten. Andere beteiligte Prozesse, die mit der exekutiven Funktion korrelieren, werden unten diskutiert.
Komplexität
Während die wichtigsten Entscheidungen über einen längeren Zeitraum mit eingehenderer kognitiver Analyse getroffen werden, hat der Mensch normalerweise nur eine begrenzte Zeit, um eine große Menge an Informationen in eine fundierte Entscheidung aufzunehmen. Schlafmangel scheint die Fähigkeit, zunehmende Komplexität zu schätzen und darauf zu reagieren, negativ zu beeinflussen, wie in einem simulierten Marketingspiel bei Leistungsdefiziten nach 1 Nacht Schlafentzug festgestellt wurde.
Das Spiel beinhaltete die Teilnehmer, die für ein fiktives Produkt werben und gleichzeitig Feedback zu den finanziellen Auswirkungen ihrer Entscheidungen erhielten. Sie müssten ständig neue Variablen berücksichtigen, um erfolgreich zu sein, was die Komplexität des Spiels erhöhen würde.
Andere Beispiele für die Unfähigkeit, komplexe Informationen zu verarbeiten, sind eine Abnahme der Fähigkeit, Gesichtsausdrücke einzuschätzen, eine zunehmende Auflösung der Verwendung von Stereotypen und rassistischen Vorurteilen bei Bewertungen und eine Zunahme der einfacheren Lösung zur Lösung zwischenmenschlicher Probleme.
Innovation
Da Schlafentzug einen negativen Einfluss auf den Umgang mit der Komplexität des simulierten Marketingspiels hatte, wirkte er sich intuitiv auch auf innovative Prozesse aus, da die Probanden keinen innovativeren (und lohnenderen) Spielstil annahmen. Innovatives Denken beinhaltet die Konstruktion neuer Verhaltensweisen, die auf der Assimilation sich ständig ändernder oder neuartiger Informationen basieren. In einer Studie mit Militärangehörigen, die zwei Nächte Schlafentzug erlitten hatten, zeigten die Ergebnisse eine deutliche Verringerung der Fähigkeit, Ideen zu einem bestimmten Thema zu entwickeln (Kategorientest); Dies wird als ideelle Gewandtheit bezeichnet.
Risiko
Die Risiko-Ertrags-Analyse ist ein wichtiger Bestandteil der Entscheidungsfindung. Der Versuch , eine Darstellung und Reaktion auf eine riskante Situation zu schaffen , involviert stark den orbitofrontalen Kortex . In einer Studie, die eine Risikoanalyse von Fahrern beinhaltete, die 12 Stunden am Stück gefahren waren, wurde festgestellt, dass sie eher zu gefährlichen Manövern bereit waren (und zögerten, jede Form eines vorsichtigen Fahrstils anzunehmen).
Einige Studien beleuchten dieses Phänomen weiter. In einer Studie wurden reale Entscheidungsszenarien verwendet, bei denen Karten aus einem von 4 Kartendecks ausgewählt wurden. Verschiedene Karten wurden als Belohnung angesehen, während die anderen eine Strafe waren. Die Probanden mit Schlafentzug änderten ihre Auswahlmethoden nicht und wählten weiterhin Karten aus Decks aus, die eine hohe Anzahl von Strafkarten produzierten, während die Kontrollpersonen ihre Auswahlstrategie durch eine Kosten-Nutzen-Analyse basierend auf der Überwachung der Ergebnisse ändern konnten sie bekamen, wie sie weitergingen.
Planung
Der Planungsprozess würde deckungsgleich mit der Entscheidungsfindung bei der Bestimmung des Ergebnisverhaltens erfolgen. Wie bisher gezeigt wurde, hat Schlafentzug viele nachteilige Auswirkungen auf die exekutiven Funktionen und die Planung bleibt nicht verschont. Eine Studie umfasste Kadetten, die simulierte Militäroperationen unter Schlafmangelbedingungen durchführen mussten. Die Ergebnisse zeigten eine Abnahme der Fähigkeit der Probanden, „on the fly“ zu planen, und die Gesamtergebnisse waren geringer als bei gut ausgeruhten Kadetten.
Ein weiterer psychologischer Test zur Beurteilung von Planung und Entscheidungsfindung ist der Tower of London-Test . Dieser Test wurde häufig bei der Prüfung von Exekutivfunktionen eingesetzt – sowie bei Studien an schlaflosen Probanden. In einer Studie, die die Leistung dieses Tests nach 45–50 Stunden Schlafentzug untersuchte, wurde festgestellt, dass die schlaflosen Probanden nicht nur länger brauchten, sondern auch mehr Bewegungen benötigten, um die Aufgabe zu erledigen als die Kontrollen.
Fehler Korrektur
Die Fähigkeit, Einblick in die eigene Leistung bei verschiedenen Aufgaben zu geben und dieses Verhalten zu korrigieren oder zu modifizieren, wenn es falsch ist, ist ein wichtiger Teil der exekutiven Funktion. Die Probleme, die damit verbunden sein könnten, dass man nicht aus einem Fehler lernen oder sich an einen Fehler anpassen kann, können viele Verhaltensweisen beeinträchtigen.
Ein gängiger Test zur Beurteilung von Fehlerkorrekturen und Fehlersuche in Bezug auf den Frontallappen ist der Wisconsin Card Sorting Test . Dieser Test beinhaltet eine Änderung der Regeln, die einen Strategiewechsel erfordert. In der gleichen oben diskutierten Studie wurden auch Nachteile bei dieser Aufgabe bei Personen mit Schlafmangel festgestellt.
Speicher
Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Schlaf am Erwerb, Erhalt und Abruf von Erinnerungen sowie an der Gedächtniskonsolidierung beteiligt ist . In der Folge hat sich gezeigt, dass Schlafentzug sowohl das Arbeitsgedächtnis als auch das Langzeitgedächtnis beeinflusst .
Arbeitsgedächtnis
Schlafentzug erhöht die Anzahl der Fehler, die bei Arbeitsgedächtnisaufgaben gemacht werden. In einer Studie bestand die Arbeitsgedächtnisaufgabe darin, eine Sequenz von 3 oder 4 farbigen Lichtern zu beleuchten und dann sowohl schlaflose als auch nicht schlaflose Personen aufzufordern, sich die Sequenz zu merken und zu wiederholen. Die Personen mit Schlafentzug führten die Aufgabe viel schneller aus als diejenigen in der Kontrollbedingung (dh ohne Schlafentzug), was zunächst ein positiver Effekt zu sein schien. Es gab jedoch einen signifikanten Unterschied in der Anzahl der gemachten Fehler, wobei die ermüdete Gruppe viel schlechter abgeschnitten hat.
Beweise aus bildgebenden Studien zeigen auch den Einfluss von Schlafentzug auf das Arbeitsgedächtnis. EEG- Studien haben eine geringere Genauigkeit und langsamere Reaktionszeiten bei Teilnehmern mit Schlafentzug bei der Durchführung von Arbeitsgedächtnisaufgaben dokumentiert. Nachlassende Aufmerksamkeit und Konzentrationsschwäche führten zu Defiziten im Arbeitsgedächtnis, die mit einer deutlichen Degradation ereignisbezogener Potenziale einhergingen .
PET-Scans zeigen eine globale Abnahme des Glukosestoffwechsels als Reaktion auf Schlafentzug. Da die Probanden bei Aufgaben des Arbeitsgedächtnisses zunehmend beeinträchtigt werden, tritt eine spezifischere Abnahme der Glukose im Thalamus, im präfrontalen Kortex und im posterioren parietalen Kortex auf .
fMRT-Scans nach kurzem Schlafentzug (24 Stunden oder weniger) zeigen eine Zunahme der Thalamusaktivierung. Verbale Arbeitsgedächtnisaufgaben verursachen normalerweise eine Zunahme der Aktivität des linken Temporallappens . Nach 35 Stunden Deprivation werden jedoch Abnahmen der Temporallappenaktivierung und Zunahmen der Parietallappenaktivierung festgestellt.
Die Arbeitsgedächtnisspanne wird auch durch Schlafentzug betroffen. Wenn Teilnehmer mit Schlafmangel in einer Studie gebeten wurden, sich an ein unsinniges Wort zu erinnern und es unter einer Reihe ähnlicher Wörter zu finden, verringerte sich die Zeit, die sie es in ihrem Arbeitsgedächtnis behalten konnten, im Vergleich zu ausgeruhten Personen um 38 %.
Langzeitgedächtnis
Eine Möglichkeit, wie Schlaf an der Bildung von Langzeiterinnerungen beteiligt ist, ist die Gedächtniskonsolidierung – der Prozess, durch den eine neue Erinnerung in eine dauerhaftere Form umgewandelt wird. Es wird angenommen, dass dies erreicht wird, indem Verbindungen zwischen den medialen Temporallappen und neokortikalen Bereichen hergestellt werden. Es wird angenommen, dass sowohl NREM (non-REM) als auch REM-Schlaf eine Rolle spielen, wobei aktuelle Theorien darauf hindeuten, dass NREM besonders am prozeduralen Gedächtnis und REM mit deklarativem Gedächtnis beteiligt ist .
Tierstudien haben diese Behauptungen teilweise bestätigt. Eine mit Ratten durchgeführte Studie zeigte beispielsweise, dass der REM-Schlafentzug nach dem Erlernen einer neuen Aufgabe ihre Fähigkeit beeinträchtigte, die Aufgabe später erneut auszuführen. Dies war insbesondere dann der Fall, wenn die Aufgabe komplex war (dh die Verwendung ungewöhnlicher Informationen oder die Entwicklung neuartiger adaptiver Verhaltensweisen).
Es gibt ähnliche Beweise für die Rolle des Schlafs im prozeduralen Gedächtnis beim Menschen. Die Teilnehmer einer Studie wurden in einer prozeduralen Gedächtnisfähigkeit trainiert, die wahrnehmungsmotorische Fähigkeiten beinhaltet. Diejenigen mit NREM-Schlafmangel schnitten in nachfolgenden Studien signifikant schlechter ab als diejenigen, die vollständig ausgeruht waren. Eine andere Studie mit einer visuomotorischen prozeduralen Gedächtnisaufgabe dokumentierte ähnliche Ergebnisse. Teilnehmer, die nach dem anfänglichen Training unter Schlafentzug litten, zeigten am nächsten Tag keine Verbesserung in den Versuchen, während diejenigen, die Schlaf erhielten, signifikante positive Veränderungen aufwiesen. Studien wie diese zeigen deutlich den störenden Einfluss von Schlafentzug auf die Gedächtniskonsolidierung prozeduraler und deklarativer Erinnerungen.
Schlafentzug hat auch einen dokumentierten Effekt auf die Fähigkeit, neue Erinnerungen für die anschließende Konsolidierung zu erwerben. Eine Studie an Mäusen, die vor dem Erlernen einer neuen Fertigkeit Schlafentzug erhielten, sich danach aber ausruhen durften, zeigte bei späteren Versuchen eine ähnliche Anzahl von Fehlern wie die Mäuse, die erst nach dem ersten Erlernen Schlafentzug erhielten. In diesem Fall wird die Hypothese aufgestellt, dass Schlafentzug nicht die Konsolidierung des Gedächtnisses verhinderte, sondern den anfänglichen Erwerb des Gedächtnisses störte. Mäuse mit Schlafentzug vor dem Versuch brauchten auch signifikant länger, um eine Aufgabe zu lernen als gut ausgeruhte Mäuse.
Schlafentzug ist auch mit einer beeinträchtigten Fähigkeit verbunden, gespeicherte Langzeiterinnerungen abzurufen. Wenn ein aversiver Stimulus in einen Versuch aufgenommen wurde (dh ein Föhn, der eine Maus mit heißer Luft und Lärm belästigt), waren Mäuse, denen Schlaf entzogen wurde, bei nachfolgenden Versuchen weniger ängstlich. Dies deutet darauf hin, dass sie nicht alle Erinnerungen im Zusammenhang mit der unangenehmen Erfahrung abgerufen hatten.
Erklärungen für die Wirkung von Schlafentzug auf das Gedächtnis
Mehrere Theorien wurden aufgestellt, um die Wirkung von Schlafentzug auf das Gedächtnis zu erklären.
Eine frühe Studie zu neurochemischen Einflüssen auf Schlaf und Gedächtnis wurde bei Katzen durchgeführt und zeigte, dass Schlafentzug die Proteinsynthese im Gehirn erhöht . Es gibt Hinweise darauf, dass diese veränderten Proteinspiegel die Erregbarkeit des Zentralnervensystems erhöhen und damit die Anfälligkeit des Gehirns für andere neurochemische Stoffe erhöhen, die Amnesie verursachen können . Weitere Forschungen haben gezeigt, dass der Signalweg der Proteinkinase A (PKA) für das Langzeitgedächtnis entscheidend ist. Wenn die PKA- oder Proteinsynthese-Hemmung zu bestimmten Zeitpunkten während des Schlafs auftritt, kann die Gedächtniskonsolidierung gestört werden. Darüber hinaus wurde bei Mäusen mit genetischer Hemmung der PKA gezeigt, dass sie Langzeitgedächtnisdefizite aufweisen. Somit kann Schlafentzug durch die Hemmung dieser Proteinsynthesewege wirken.
Acetylcholin (ACh) kann auch an den Auswirkungen von Schlafentzug beteiligt sein, insbesondere im Hinblick auf das räumliche Gedächtnis. Muskarin-Antagonisten oder Chemikalien, die ACh blockieren, beeinträchtigen das räumliche Lernen, wenn sie Ratten vor einer Trainingsaufgabe verabreicht werden. Die ACh-Spiegel sind auch niedriger, wenn sie nach einer Zeit des Schlafentzugs gemessen werden. Es wurde auch gezeigt, dass ACh die Aktivität des PKA-Signalwegs erhöht, der für die Gedächtniskonsolidierung benötigt wird.
Es wurde gezeigt, dass der Serotoninspiegel (in Form von 5-HT) während des REM- und NREM-Schlafs abnimmt, was einige Forscher zu der Annahme veranlasst, dass er auch an der Gedächtniskonsolidierung während des Schlafs beteiligt ist. Mäusen, denen das Rezeptorgen für 5-HT fehlt, nehmen mehr REM-Schlaf ein und leisten bessere Leistungen bei räumlichen Gedächtnisaufgaben. Forscher haben die Hypothese aufgestellt, dass Schlafentzug die normale Verringerung des 5-HT-Spiegels beeinträchtigt und den Prozess der Gedächtniskonsolidierung beeinträchtigt.
Eine andere Theorie besagt, dass der durch Schlafentzug verursachte Stress die Gedächtniskonsolidierung beeinflusst, indem er die Konzentration von Kortikosteroiden im Körper verändert. Dies wurde in einer Studie simuliert, indem die Konzentration von Glukokortikoiden während der frühen Schlafphasen erhöht wurde. Die beobachteten Auswirkungen auf die Gedächtnisspeicherung am nächsten Tag waren denen ähnlich, die von Personen erhalten wurden, die keinen Schlaf erhalten hatten.
Schlafentzug kann das Gedächtnis beeinträchtigen, indem er die Neuroplastizität , gemessen an der langfristigen Potenzierung im Hippocampus, beeinträchtigt . Diese reduzierte Plastizität kann die Hauptursache für Beeinträchtigungen sowohl des Arbeitsgedächtnisses beim Menschen als auch des räumlichen Gedächtnisses bei Ratten sein. Schlafentzug kann das Gedächtnis zusätzlich beeinträchtigen, indem er die Zellproliferation im Hippocampus reduziert.
Schlafentzug wurde auch mit einer verringerten Gesamtmembranerregbarkeit von Neuronen im Gehirn in Verbindung gebracht. Die Aktivierung dieser Membranen ist entscheidend für die Bildung von Erinnerungen. Mitochondrien spielen eine wesentliche Rolle bei der Modulation der Erregbarkeit von Neuronen, und die Forschung hat gezeigt, dass Schlafentzug an der Hemmung des mitochondrialen Stoffwechsels beteiligt ist.
Praktische Effekte
Gefahr von Verkehrskollisionen
Reduzierte Dauer des Schlafes, sowie eine Erhöhung der Zeit wach verbrachte, sind Faktoren, die stark das Risiko beitragen Verkehrsunfälle , die Schwere und die Sterblichkeitsrate von denen auf dem gleichen Niveau wie Fahren unter dem Einfluss von Alkohol , mit 19 Stunden Wachheit entsprechend einem BAK von 0,05 % und 24 Stunden Wachheit entsprechend einem BAK von 0,10 %. Verstärkt wird dieses Problem durch die nachgewiesene Dissoziation zwischen objektiver Leistung und subjektiver Wachsamkeit; Menschen unterschätzen stark die Wirkung von Schlafentzug auf ihre kognitive Leistungsfähigkeit, insbesondere während der circadianen Nacht. Ein Großteil der Auswirkungen von akutem Schlafentzug kann durch Nickerchen ausgeglichen werden , wobei längere Nickerchen mehr Nutzen bringen als kürzere Nickerchen. Einige Branchen, insbesondere die Feuerwehr , haben den Arbeitern traditionell erlaubt, während des Dienstes zwischen den Dienstanrufen zu schlafen. In einer Studie mit Rettungsdienstanbietern waren 24-Stunden-Schichten im Vergleich zu kürzeren Schichten nicht mit einer höheren Häufigkeit von negativen Sicherheitsergebnissen verbunden.
Dies ist besonders für junge Erwachsene relevant, da sie nachts 8–9 Stunden Schlaf benötigen, um übermäßige Tagesschläfrigkeit zu überwinden , und sie gehören zu der Gruppe mit dem höchsten Risiko für Autofahren mit Müdigkeit und Schlafentzug-bedingten Unfällen.
Siehe auch
- Affektive Neurowissenschaften
- Kognitive Psychologie
- Kognitive Psychophysiologie
- Experimentelle Psychologie
- Liste der neurowissenschaftlichen Themen
- Liste der Neurowissenschaftler
- Neurowissenschaftliche Zeitschriften
- Soziale Neurowissenschaften
- Skylab 4