Undersøker hvordan søvn etter trening kan påvirke læring av motoriske ferdigheter hos personer med hjerneskade

Prosedyreminne er avgjørende for effektiviteten av rehabilitering etter traumatisk hjerneskade (TBI). Spesielt under rehabilitering må personer med TBI lære seg mange motoriske ferdigheter knyttet til dagliglivets aktiviteter på nytt for å forbedre funksjonelle resultater. Ny forskning på nevroplastisitet etter hjerneskade begynner å øke vår forståelse av motoriske læringsprinsipper og hvordan de samhandler med treningen som foregår i nevrorehabilitering.

Det er en sterk mengde bevis som viser betydningen av søvn i prosedyrelæring blant friske individer. Innenfor denne forskningen på søvn og prosedyrelæring er det betydelig bevis som viser søvnavhengig nevroplastisitet. Deltakere som er trent på en motorisk læringsoppgave viser forbedringer i løpet av treningsperioden, som forventet. Men når den testes på nytt etter en periode med søvn, er ytelsen betydelig bedre enn når den testes på nytt etter en tilsvarende periode våken. Den faktiske forbedringen av en innlært motorisk ferdighet i fravær av ytterligere øvingsforsøk antyder at man kan redusere tiden som er nødvendig for å lære en motorisk ferdighet ved å innlemme en lur på dagtid etter en periode med trening. Implikasjonene av disse funnene kan være banebrytende når de brukes på hjerneskaderehabilitering der motorisk læring kan være et hovedfokus for fysisk og yrkesterapi. Det er bevis på en positiv innvirkning av søvn på prosedyreminne og rehabiliteringsfremgang blant eldre individer etter hjerneslag, og etterforskerne har pilotdata som viser en betydelig positiv effekt av en lur etter trening på motorisk læring i en ervervet hjerneskadeprøve. Imidlertid er de nevrale mekanismene involvert i denne prosessen etter traumatisk hjerneskade mindre forstått.

Blant friske individer er det mange studier som undersøker nevrale biomarkører som kan kvantifisere effekten av søvn på motorisk læring. Studier har rapportert at endringer i søvnfysiologi og nevral aktivering etter trening korrelerer med graden av forbedring ved testing etter intervensjon. Studier viste at, etter en lur på 60-90 minutter, ble ytelseshastigheten forbedret, og graden av forbedring var assosiert med varigheten av stadium 2 ikke-raske øyebevegelser (NREM) søvn. Dette forholdet til stadium 2 NREM-søvn har også blitt vist etter en 20-minutters lur. I tillegg har endringer i neural aktivering i striatum vist seg å være mer uttalt når individer sov etter trening enn når de holdt seg våkne. I en annen studie der en natts søvn skjedde mellom trening og retest, var endringer i striatal aktivitet korrelert med ytelsesgevinster på den motoriske læringsoppgaven. Denne studien viste også bevis på EEG-endringer under søvn etter treningsperioden i mengden søvn-spindelaktivitet, en bølgeform assosiert med stadium 2 NREM-søvn.

Mens våre foreløpige funn viser bevis på off-line motorisk læring etter en lur blant individer med ervervet hjerneskade, mangler forskning på virkningsmekanismene som driver denne responsen blant individer med TBI. En bedre forståelse av nevrofysiologi og dens innflytelse på omfanget av effekten er et avgjørende skritt for å bestemme hvilke individer som sannsynligvis vil ha nytte av denne atferdsintervensjonen.

Spesifikt mål 1-Atferdsintervensjon: I et utvalg individer med TBI som bor i samfunnet, demonstrere større forbedring på en motorisk sekvenslæringsoppgave etter en lur på dagtid sammenlignet med en tilsvarende tid brukt våken og hvilende. Dette målet vil også utforske de individuelle forskjellene når det gjelder demografi og skadekarakteristikker som bidrar til omfanget av effekten.

Hypotese 1. Individer som utsettes for en lur etter en periode med trening på læringsoppgaven for motorisk sekvens vil demonstrere større forbedring i hastighet og nøyaktighet fra slutten av treningen til retestingen etter lur.

Forskningsspørsmål 1. Hvordan korrelerer effektens størrelse med demografiske faktorer og skadekarakteristikker? Spesifikt mål 2-Functional Neuroimaging: Å undersøke de nevrale korrelatene til off-line motorisk læring blant individer med TBI som fikk en lur etter trening på motorsekvenslæringsoppgaven ved bruk av funksjonell MR sammenlignet med en kontrollgruppe som mottok en tilsvarende tidsperiode våken.

Hypotese 2. Individer i lurgruppen vil vise mer uttalte endringer i aktivering innenfor striatum og motorisk cortex sammenlignet med de som forble våkne og hvilende.

Spesifikt mål 3-søvnfysiologi: Å undersøke aspekter ved søvnstadium 2 assosiert med ytelsesgevinster (varighet på trinn 2 og grad av spindelaktivitet) som oppstår under lurperioden etter trening.

Hypotese 3a. Blant deltakerne i lurgruppen vil det være en signifikant positiv sammenheng mellom grad av forbedring og varigheten av søvnstadium 2.

Hypotese 3b. Blant deltakere i lurgruppen vil det være en signifikant positiv sammenheng mellom forbedringsgrad og tetthet av søvnspindler.