Schlaf und Gedächtniskonsolidierung

Im Rahmen des beantragten Projekts wird versucht, die Hypothese einer gedächtnis-konsolidierenden Funktion des Schlafs anhand neurophysiologischer Daten zu erhärten. Dafür wurden drei unterschiedliche Aufgaben ausgewählt, für die anhand von Verhaltensdaten eine gedächtniskonsolidierende Funktion des Schlafs bereits demonstriert wurde. Implizites Wahrnehmungslernen wird mit einer visuellen Diskriminationsaufgabe getestet, implizit- prozedurales Lernen mittels Spiegelzeichnen und explizit-deklaratives Lernen mit einer Wort-Paar Assoziationsaufgabe. Vielkanal EEG-Ableitungen werden während der Lernphase am Nachmittag (Kodierung), während der darauf folgenden Nacht (Speicherung/Konsolidierung) und während der Testung am darauf folgenden Morgen bzw. eine Woche später (Wiederabruf) in einem Paralellgruppendesign aufgezeichnet (3 x 24 Versuchspersonen). Die EEG Datenanalyse beinhaltet die ereignisbezogene Desynchronisation und Synchronisation (ERD/ERS) individuell bestimmter Frequenzbänder sowie die Quellenlokalisation mittels LORETA (Low- Resolution Brain Electromagnetic Tomography). Bezüglich Speicherung und Wiederabruf sollen (1) die Resultate vorliegender ERD/ERS Untersuchungen repliziert werden, (2) die mittels LORETA identifizierten, cortikalen Regionen mit jenen durch PET oder fMRI beschriebenen Aktivierungsmustern verglichen werden (d.h. eine Validierung von LORETA hinsichtlich der Bildgebung von Gedächtnisfunktionen). Bezüglich der Gedächtnisstufe Speicherung/Konsolidierung soll repliziert werden, dass (1) die gewählten Gedächtnisaufgaben im Schlaf konsolidiert werden, (2) dass sowohl früher Tiefschlaf als auch später REM-Schlaf für die Gedächtniskonsolidierung notwendig sind (2 Stufen-Modell der Gedächtniskonsolidierung) und (3) dass Tiefschlaf eher für explizites und REM-Schlaf eher für implizites Gedächtnis wichtig ist. Darüber hinaus soll die Hypothese getestet werden, dass (4) Deltawellen und Schlafspindeln lokalisationsspezifisch zur Gedächtniskonsolidierung beitragen, dass (5) die Lokalisation der Veränderungen im Theta-Frequenzband im REM-Schlaf von der zuvor geübten Aufgabe abhängig ist, und dass (6) die Gedächtniskonsolidierung in der dem Lernen folgenden Nacht initiiert werden muss und daher auch die Gedächtnisleistung nach einer Woche beeinflusst. Somit ist das Ziel dieses Projekts zu untersuchen, wann und wo Erinnerungen im Schlaf konsolidiert werden. Ein wichtiger Aspekt besteht in der Integration der Expertise dreier österreichischer Forschungszentren: die Neurologische Klinik der Universität Wien ist spezialisiert auf Vielkanal EEG-Ableitungen im Schlaf, die Universitätsklinik für Psychiatrie ist spezialisiert auf quantitative EEG-Analyse (bes. LORETA) und die Abteilung für Physiologische Psychologie der Universität Salzburg auf ERD/ERS und Gedächtnisforschung.

Im Rahmen des Projekts "Schlaf und Gedächtniskonsolidierung" wurde überprüft, ob und in welcher Form Schlaf zur Verfestigung (=Konsolidierung) des Gedächtnisses beitragen kann. Dafür wurden zwei unterschiedliche Aufgaben ausgewählt, für die anhand von Verhaltensdaten eine gedächtniskonsolidierende Funktion des Schlafs bereits gezeigt wurde: "Implizit-prozedurales Lernen" mittels Spiegelzeichnen und "explizit-deklaratives" Lernen anhand einer Wort-Paar Aufgabe. 48 gesunde junge StudentInnen erlernten eine der beiden Aufgaben am Abend und wurden vor und nach dem Schlaf im Schlaflabor bezüglich ihrer Lernleistung getestet. Während der Lernphasen, während des Schlafs und während der Testung am darauf folgenden Morgen bzw. eine Woche später wurde die Hirnstromaktivität mit Hilfe der Elektroencephalografie (=EEG) aufgezeichnet und analysiert. Ein wichtiger Aspekt des Projekts war in der Integration der Expertise dreier österreichischer Forschungszentren: die Neurologische Klinik der Universität Wien ist spezialisiert auf Vielkanal EEG-Ableitungen im Schlaf, die Universitätsklinik für Psychiatrie ist spezialisiert auf quantitative EEG-Analyse ("LORETA") und die Abteilung für Physiologische Psychologie der Universität Salzburg auf ereigniskorrelierte Desynchronisation/ Synchronisation (ERD/ERS) und Gedächtnisforschung. Die Ergebnisse sprechen für einen Konsolidierungsprozess, der während des Schlafs auftritt. Es konnte ein Zusammenhang zwischen einer Verbesserung im Erinnern von Wortpaaren am Morgen und einer Zunahme von Schlafspindeln (=charakteristische EEG-Merkmale) in Schlafstadium 2 gezeigt werden. Für die Spiegelzeichnen- Aufgabe zeigte sich ebenfalls ein positiver Effekt des Schlafs in einem Zusammenhang zwischen REM-Schlaf und der Geschwindigkeit des Nachzeichnens am nächsten Morgen. Mittels "Low-Resolution Brain Electromagnetic Tomography (LORETA)" konnte für die Nacht nach deklarativem Lernen eine kortikale Reaktivierung exklusiv während der kurzen, häufig wiederkehrenden Episoden mit Schlafspindeln gezeigt werden. Diese Ergebnisse sind konsistent mit der Hypothese, dass eine wiederholte Aktivierung hippocampokortikaler und thalamokortikaler Netzwerke die Basis für deklarative Gedächtniskonsolidierung ist und bestätigen somit die aktive Rolle des Schlafs bei der synaptischen Plastizität. In einem Folgeprojekt wurde das Versuchsdesign auf den Mittagsschlaf ausgeweitet. 88 gesunde junge StudentInnen erlernten ebenfalls entweder eine Wortpaar-Aufgabe oder eine Spiegelzeichnen-Aufgabe. Danach durften sie entweder eine 90-Minuten Ruhepause in einem Lehnsessel oder einen Mittagsschlaf mit einer Bettzeit von 90 Minuten abhalten. Dabei zeigte sich erneut ein positiver Effekt des Schlafs auf die Gedächtniskonsolidierung: Die Leistungen waren in beiden Gedächtnisaufgaben nach dem Mittagsschlaf besser als nach der Ruhebedinung.