Het vermogen om nieuwe fysieke bewegingen te leren – vergelijkbaar met die welke worden aangeleerd bij revalidatie voor mensen met een beroerte – kan worden verbeterd door specifieke herinneringen aan de nieuwe taak tijdens de slaap te reactiveren, meldt een nieuwe studie van de Northwestern University.
Dit is de eerste studie die aantoont dat het leren van een nieuwe fysieke actie tijdens de slaap kan worden verbeterd. Het werd op 18 oktober gepubliceerd in het Journal of Neuroscience.
“De bevindingen suggereren dat deze op slaap gebaseerde stimulatie de fysieke revalidatie bij overlevenden van een beroerte zou kunnen versnellen, evenals elke neurologische aandoening die motorische revalidatie nodig heeft”, zegt co-senior auteur Dr. Marc Slutzky, hoogleraar neurologie aan de Northwestern University Feinberg School of Medicine , een neuroloog in de Northwestern Medicine en een onderzoeker van Shirley Ryan AbilityLab.
De rol van slaap bij leren: belangrijker dan je denkt
De studie verdiept ook het begrip van de rol van slaap bij het leren.
“Onze resultaten tonen het belang van slaap aan voor het leren uitvoeren van nieuwe acties”, zegt co-senior auteur Ken Paller, hoogleraar psychologie en directeur van het Cognitive Neuroscience Program aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern. “De conclusies van ons onderzoek kunnen breder van toepassing zijn op vaardigheden die mensen proberen te verwerven, zoals het leren van een nieuwe dansbeweging, een nieuwe atletische beweging of een fijne motorische vaardigheid zoals het manipuleren van een scalpel.”
“De meeste mensen begrijpen dat opzettelijk oefenen helpt bij het leren,” zei Paller. “We stellen voor dat naast deze praktijk hersenverwerking die aan ons bewustzijn ontsnapt, zoals tijdens de slaap, op belangrijke manieren bijdraagt aan het leren van vaardigheden en het verwerven van nieuwe kennis.”
Het is lastig om spieren te isoleren
Noordwest-wetenschappers bestudeerden gezonde individuen terwijl ze leerden nieuwe acties uit te voeren met specifieke armspieren waarin ze moesten leren om individuele spieren en spierparen samen te trekken. Deelnemers aan de studie leerden de nieuwe spierbewegingen via een door videogames geleid trainingsapparaat dat een myo-elektrische computerinterface (MyoCI) wordt genoemd. Slutzky en zijn team vonden de MyoCI uit als een behandeling voor mensen met een verminderde armbeweging na een beroerte. In dat scenario moeten personen met een beroerte leren armspieren te isoleren om het vermogen te herwinnen om taken uit te voeren, zoals het naar voren strekken van hun arm met een rechte elleboog.
Veel overlevenden van een beroerte kunnen deze ogenschijnlijk eenvoudige beweging niet doen omdat hun spieren op abnormale manieren tegen elkaar werken, abnormale co-activering of abnormale koppeling genoemd. Dus, leren om spiercontracties te isoleren om taken uit te voeren, kan hun revalidatie helpen. Hoewel studiedeelnemers geen bewegingsbeperkingen hadden, is het isoleren van de contracties van de armspieren een uitdaging, zelfs voor gezonde personen.
Zacht de hersenen beïnvloeden tijdens de slaap
In deze studie leerden studentdeelnemers de MyoCI in een enkele sessie te gebruiken, en elke nieuwe beweging die werd aangeleerd, werd gekoppeld aan een ander geluid voor in totaal 16 geluiden en bewegingen.
Onderzoekers beïnvloedden vervolgens het slapende brein door geluiden te presenteren die verband houden met een subset van die nieuwe acties om spieren te isoleren. Toen ze de slow-wave-slaap bereikten, wat het diepste stadium is van niet-REM-slaap (in tegenstelling tot REM- of Rapid Eye Movement-slaap), leidde hoofdauteur Larry Cheng, een Ph.D. student psychologie, presenteerde acht van de 16 geluiden, één om de vijf seconden. De hypothese was dat de acht geluiden (cues) de herinneringen aan acht van de acties die de deelnemer had geleerd zouden reactiveren, en daardoor het leren van die specifieke acties zouden verbeteren. De geluiden die hen tijdens de slaap werden aangeboden, werden zacht gespeeld, zodat de slaap niet werd verstoord.
Het werkte!
Toen mensen wakker werden, voerden ze de acties opnieuw uit, en de uitvoering van de acht cued-acties was sneller en efficiënter dan de uitvoering van de acties die niet werden gecued tijdens de slaap.
De methode van gerichte geheugenreactivatie die wetenschappers gebruikten, is eerder gebruikt bij veel soorten leren, maar geen van de eerdere onderzoeken was gericht op het leren van nieuwe acties. De nieuwe resultaten vergroten het begrip van de soorten leren die kunnen worden verbeterd wanneer een oefensessie wordt gevolgd door een slaapperiode (zoals voor de meeste mensen elke nacht gebeurt).
“Onze studie keek niet alleen of de prestaties verbeteren na het slapen,” zei Cheng. “Integendeel, we veranderden systematisch welke herinneringen tijdens de slaap werden gereactiveerd, met behulp van subtiele geluidspresentaties. Dit is een krachtige methode om slaap te begrijpen, omdat we systematisch veranderen wat er tijdens de slaap gebeurt.”
De laboratoria van Paller en Slutzky hebben sindsdien samengewerkt om een klinische proef te starten met overlevenden van chronische beroertes. Het doel is om te zien of de nachtelijke heractivering van het geheugen van het leren van nieuwe bewegingen, als aanvulling op MyoCI-therapiesessies gedurende de dag, hun vermogen om hun armen te gebruiken verbetert.
“Met dit door de NIH gefinancierde project hopen we te bepalen of de revalidatieresultaten kunnen worden verbeterd door speciaal te profiteren van de uitvaltijd van de nachtelijke slaap,” zei Paller.
https://news.northwestern.edu/