Rolle des Schlafs beim motorischen Lernen bei der Parkinson-Krankheit und bei gesunden älteren Erwachsenen (TARGET-SLEEP)

PmPD gelingt es oft nicht, die Trainingseffekte durch den Prozess der motorischen Gedächtniskonsolidierung beizubehalten, durch den neu erworbene Fähigkeiten ohne weiteres Üben in robuste und langlebige motorische Erinnerungen umgewandelt werden. Eine beeinträchtigte Konsolidierung führt zu einer unvermeidlichen Verschlechterung der täglichen Funktionsfähigkeit und behindert die anhaltenden Auswirkungen der Rehabilitation sogar in den frühen Stadien der Krankheit (Nieuwboer et al. 2008). Faszinierenderweise erleichtert der Schlaf nach dem Training die Konsolidierung bei gesunden Erwachsenen (King et al. 2017a) und dieser Effekt kann bei pmPD erhalten bleiben (Terpening, 2013). Targeted Memory Reactivation (TMR) ist eine an jungen Erwachsenen getestete Technik, bei der während des motorischen Lernens auditive Reize hinzugefügt werden. Die lernbezogenen Geräusche werden dann während des NREM-Schlafs (Non-Rapid Eye Movement) nach dem Training abgespielt, um die kürzlich gebildeten neuralen Verbindungen zu verstärken (Diekelmann et al. 2012). Die übergreifende Hypothese dieses Projekts ist, dass Schlafanfälle und TMR die Konsolidierung von motorischen Erinnerungen und Markern für Neuroplastizität bei PmPD und älteren Erwachsenen verbessern werden.

Um dies zu testen, werden die Forscher ein „Nickerchen“-Protokoll anwenden, das zirkadiane Effekte berücksichtigt und gleichzeitig einen direkten Vergleich der Leistung nach Tagesschlaf mit der einer Wachkontrollgruppe ermöglicht (King et al. 2017a). Die Konsolidierung wird definiert als die Veränderung des motorischen Sequenzlernens (MSL) des Fingertippens nach einer Phase nach dem Training, in der sie entweder ein Nickerchen machen oder wach sind, im Vergleich zum Ende des anfänglichen Trainings. Um eine robuste Konsolidierung weiter anzuzeigen, werden Leistungsänderungen nach einer 24-stündigen Haltezeit ohne weiteres Üben sowie während einer Doppelaufgabe als Maß für die motorische Automatik bewertet. Ein paralleles Gruppendesign ermöglicht einen Vergleich innerhalb der Gruppe (Schlaf/Wach) sowie zwischen PmPD und Kontrollen. In einer zweiten Studie werden die Auswirkungen der TMR auf die Konsolidierung gruppenübergreifend mit einer seriellen Reaktionszeitaufgabe (SRT) verglichen.

Das erste Ziel (Experiment 1) besteht darin, festzustellen, ob ein 2-stündiges Nickerchen die sofortige Konsolidierung, 24-Stunden-Aufbewahrung und Doppelaufgabeninterferenz einer MSL-Aufgabe im Vergleich zu einer ähnlichen Periode der täglichen Wachheit bei Menschen mit PmPD und gesunden gleichaltrigen Kontrollen verbessert und ob der Grad der Leistungsänderung zwischen diesen Gruppen unterschiedlich ist. Hypothese 1: Die Forscher erwarten eine verbesserte Konsolidierung, eine 24-Stunden-Retention und eine reduzierte Dual-Task-Interferenz der MSL-Leistung nach einem Nickerchen nach dem Training im Vergleich zum Wachzustand in beiden Gruppen. Möglicherweise sind Verbesserungen bei PmPD im Vergleich zu Kontrollen aufgrund ihrer kortiko-striatalen Beeinträchtigungen weniger offensichtlich.

Das zweite Ziel (Experiment 2) besteht darin, zu bestimmen, ob TMR die sofortige Konsolidierung, 24-Stunden-Retention und Dual-Task-Interferenz bei pmPD und gesunden älteren Erwachsenen verbessert, indem die Leistung bei zwei erlernten motorischen Sequenzen vor und nach einem 2-stündigen Nickerchen verglichen wird, während einer von die beiden Sequenzen werden unter Verwendung von auditiver TMR wiedergegeben. Hypothese 3: TMR während des Nickerchens verbessert die sofortige Konsolidierung, die 24-Stunden-Retention und die Doppelaufgabeninterferenz des SRT sowohl bei gesunden älteren Menschen als auch bei PD.

Die Teilnehmer werden zunächst einem Screening unterzogen, bei dem Demografien, kognitive Kapazität und Indizes der Schwere der Krankheit (einschließlich Geschicklichkeitstests) erhoben werden, bevor sie sich einer diagnostischen Screening-Nacht mit Polysomnographie (PSG) unterziehen, um die Merkmale der Schlafstörung zu beurteilen. Die Teilnehmer werden auch eine Testbatterie zu Schlafqualitätsskalen und Stimmung absolvieren und vor dem ersten Experiment mindestens fünf Tage und Nächte lang eine Actigraphy-Uhr zu Hause tragen.

Während Experiment 1 lernen die Teilnehmer die MSL, indem sie selbst eine 5-Elemente-Fingersequenz initiieren, die auf dem Bildschirm präsentiert wird. Nach dem Lernen werden die Teilnehmer mit PSG, einschließlich EEG, ausgestattet. Basierend auf einer verblindeten Randomisierung werden sie 2 Stunden lang ein Nickerchen machen oder auf dem Bett liegen, aber für eine ähnliche Dauer wach bleiben. Die Wach-PSG sorgt dafür, dass kein Teilnehmer der Wachgruppe einschläft. Die Teilnehmer genießen dann eine 30-45-minütige Pause, um Schlafträgheitseffekten entgegenzuwirken, bevor sie erneut auf MSL getestet werden (Erneuter Test 1). Am nächsten Tag werden die Teilnehmer erneut auf der MSL für 24-Stunden-Retentionstests (Retest 2) bewertet.

Während des Experiments 2 werden ähnliche Verfahren wie oben beschrieben durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Teilnehmer zwei neue Fingersequenzen lernen werden, die durch eine serielle Reaktionszeitaufgabe (SRT) auditiv ausgelöst werden. Beim SRT sehen die Teilnehmer eine Reihe leerer Quadrate in der Mitte des Bildschirms und jedes Mal, wenn ein Quadrat hervorgehoben wird, wird der Teilnehmer angewiesen, den Finger, der diesem Quadrat räumlich zugeordnet ist, so schnell und genau wie möglich zu tippen, d. h. eine Serie Reaktionszeit Aufgabe. Der Unterschied zwischen der MSL-Aufgabe von Experiment 1 und der SRT-Aufgabe von Experiment 2 besteht daher darin, dass die Teilnehmer in Experiment 1 selbst eine Sequenz initiieren, die ihnen explizit gezeigt wird, während in Experiment 2 die Sequenz gerufen wird. Die Reihenfolge der Sequenzblöcke während des Lernens und des Wiederholungstests sowie die für TMR ausgewählte Sequenz werden unter den Teilnehmern randomisiert. Die Leistung beider Sequenzen wird nach der Pause erneut bewertet, und erneut bei 24-Stunden-Retention ohne akustische Hinweise.

Den MSL- und SRT-Tests geht in beiden Experimenten ein psychomotorischer Vigilanztest als objektives Maß für die Vigilanz der Teilnehmer am Tag voraus und umfasst eine Single- und Dual-Task-Bedingung.

Leistungsberechnung:

Basierend auf den Erkenntnissen von Terpening et al. (2013) und Danet al. (2015) sind gemäß unserer Leistungsanalyse basierend auf den MSL-Ergebnissen unter Verwendung von β = 0,20 und α = 0,05 mindestens 16 Probanden pro Gruppe (NAP, WAKE) erforderlich, um einen signifikanten Gruppenunterschied zu erkennen. Um potenziellen Abbrechern Rechnung zu tragen, wird das Rekrutierungsziel um 20 % höher angesetzt, um in unserer Endanalyse eine angemessene Leistung sicherzustellen. Daher werden insgesamt 40 Parkinson-Patienten und 40 gesunde ältere Kontrollpersonen für Experiment 1 rekrutiert (d. h. 20 in jeder NAP/WAKE-Gruppe). Die derzeit beste Stichprobenschätzung für Experiment 2 basiert auf früheren TMR-Studien bei jüngeren Erwachsenen, die ebenfalls 16 Probanden pro Schlaf-/Wachgruppe rekrutierten (Antony et al. 2012). Daher werden wir uns zum Ziel setzen, insgesamt 20 PD und 20 gesunde ältere Kontrollpersonen für Experiment 2 zu rekrutieren, was wiederum 20 % des potenziellen Abbruchs ausmacht.