Der Einfluss des NREM-Schlafes auf die Gedächtniskonsolidierung bei älteren Menschen

Abstract

Viele Studien konnten in den letzten Jahren eine positive Wirkung von NREM Schlafstadium 2 auf die Ausführung von motorischen Lernaufgaben, und von Schlafspindeln auf verbales Gedächtnis zeigen. Dabei werden die Gedächtnisinhalte durch den Schlaf verstärkt, die Teilnehmer zeigen am morgen eine bessere Leistung als abends. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, schlafabhängige Gedächtniskonsolidierung an gesunden alten Menschen zu untersuchen, die sich hinsichtlich Schlaf- und Gedächtnisvorgängen deutlich von der üblichen Studienpopulation unterscheiden. In die Auswertung gingen Daten von 107 Teilnehmern über 60 Jahren ein, die am Abend in einer motorischen Spiegelzeichenaufgabe trainiert wurden und eine Wortpaarassoziationsliste lernten. Nach einer Studiennacht, in der die Schlafstadien durch gezielte Weckungen und andere Maßnahmen manipuliert wurden, erfolgte die Testung. Im Spiegelzeichnen ließ sich eine allgemeine Leistungssteigerung in allen Kriterien zwischen der Abend- und der Morgentestung feststellen, wobei sich die geweckten Teilnehmer in geringerem Maße verbesserten (p < .05). Der Leistungssprung war in den schwierigen Bildern größer und die Verbesserungsrate in zweien der sechs Testbilder korrelierte signifikant mit dem Anteil an Schlafstadium 2 im letzten Drittel der Nacht (T4: r = .205, p < .05, T6: r = .296, p < .05). Hinsichtlich der Wortpaarliste konnte keine Leistungssteigerung über Nacht beobachtet werden und es fand sich kein Zusammenhang zu den Schlafspindeln der Teilnehmer. Teilt man die ungestörten Teilnehmer in Spindelenhancer und Non-Enhancer finden sich Zusammenhänge zwischen individueller Spindelzahl und dem Kurzzeitgedächtnis (r = .445, p < .05). Ein ähnliches Ergebnis findet sich auch für die weiblichen Probanden dieser Studie, es ergab sich eine signifikante Korrelation zwischen Schlafspindeln und dem Erinnerungsvermögen im ersten Testdurchgang der Wortliste (r = .318, p < .05). Auch hinsichtlich der motorischen Aufgabe fanden sich Zusammenhänge zu den Schlafspindeln. Hier korrelierte die Geschwindigkeit in den morgendlichen unbekannten Transferbildern im Spiegelzeichnen mit der Anzahl der schnellen Schlafspindeln in der Studiennacht besonders bei Frauen (TR 1: r = -.298, p < .05, TR 2: r = -.278, p < .05). Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse kann von einer schlafbedingten Leistungssteigerung in motorischen Aufgaben auch bei älteren Menschen ausgegangen werden, da eine Verminderung des Nachtschlafes durch Weckungen zu einer geringeren Verbesserung führte. Es wurde außerdem deutlich, dass besonders die schwierigen Aspekte einer Lernaufgabe eine schlafabhängige Verbesserung zeigen. Vermutlich ist das NREM Stadium 2 maßgeblich an diesem Geschehen beteiligt, worauf die Korrelation zwischen Leistungssteigerung und NREM2 hinweist, sowie die Unterschiede im Anteil von NREM 2 zwischen den geweckten und den ungestörten Gruppen. Hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen Schlafspindeln und verbalem Gedächtnis kann die Hypothese nicht bestätigt werden. Es finden sich jedoch wiederholt Zusammenhänge zwischen Lernfähigkeit und der individuellen Spindelzahl. Bei den weiblichen Teilnehmern, sowie den Non-Enhancern finden sich deutliche Korrelation zwischen der Spindeldichte in der Studiennacht, aber auch der Baselinenacht, und dem Kurzzeitgedächtnis. Auch hinsichtlich des Vermögens die gelernte motorische Fertigkeit auf neue Situationen anzuwenden zeigten Frauen eine Verbindung zu ihrer individuellen Schlafspindelzahl. Die weibliche Studienpopulation weist somit einen Zusammenhang zwischen individueller Schlafspindelzahl und der Lernfähigkeit in zwei verschiedenen Testaufgaben auf. Zusammenfassend ergibt sich auch bei älteren Menschen eine Verbindung zwischen motorischem Gedächtnis und NREM Stadium 2, das die nächtliche Leistungsverbesserung fördert. Die individuelle Schlafspindelzahl charakterisierte hauptsächlich bei älteren Frauen das generelle Leistungsvermögen. Dabei hängen die schnellen Schlafspindeln eher mit motorischen Fähigkeiten und die langsamen Spindeln eher mit dem Kurzzeitgedächtnis zusammen. Dass sich dieser Zusammenhang in verschiedenen Altersklassen manifestiert, weist daraufhin, dass es sich hier um einen generellen Einfluss von Schlaf auf die motorische Gedächtniskonsolidierung, sowie die kognitive Leistungsfähigkeit handelt.

This study examines sleep-related memory consolidation in healthy elderly subjects. The main goal of the presented study was to investigate the generalizability of the proposed relations of sleep and memory functions that were shown in young subjects. The work at hand specifically aims to clarify the role of NREM sleep stage 2 in motor learning and the effect of sleep spindles on declarative memory in healthy elderly subjects above 60 years. Participants were 107 healthy elderly males and females who performed a procedural mirror tracing test and a declarative word list before and after sleep. The study protocol included five groups in which sleep was manipulated by awakenings and other interventions. In the mirror tracing task the expected performance gain in the morning was evident for all criteria, but the sleep disturbed participants show clearly less improvement in nearly all fields. Especially pronounced is the difference for the difficult test pictures, the improvement correlates significantly with the amount of sleep stage 2 in the last part of the night. It was not possible to find an improvement in recall performance or significant relations between sleep spindle parameters and the declarative learning task. However, women and the undisturbed participants divided by sleep spindle enhancement showed significant correlations between amount of spindles and short term memory. In the procedural learning task the individual learning ability, measured by speed in new figures, correlated significantly with the number of fast sleep spindles during the study night. In summary these results point to a sleep dependent motor learning improvement in healthy elderly. Especially difficult aspects of tasks seem to be consolidated during NREM sleep stage 2. Additionally an association between sleep spindles and learning abilities was found for women in the procedural and the declarative task. Therefore it seems that the relation between sleep and learning is stable over age groups and points to a generalized effect of sleep on motor learning and cognitive abilities.