Schlaf und Plastizität : Untersuchungen zur Generalisierung einer Fertigkeit durch Konsolidierung im motorischen System

Bieber, Christina

An das Lernen einer motorischen Aufgabe schließt sich ein Prozess der Konsolidierung an. Das heißt, auch ohne weiteres Üben wird die beim Training vermittelte motorische Fertigkeit einer Umstrukturierung im Gehirn unterzogen. Für motorische Lernprozesse ist die schlaf-gebundene Konsolidierung gut belegt und die Folgen der schlafgebundenen Konsolidierung können eindrucksvoll im motorischen System nachgewiesen werden: Nur nach Schlaf kommt es zu einer signifikanten Performancesteigerung einer motorischen Fertigkeit als Ausdruck einer Konsolidierung, während in Wachphasen diese Konsolidierung nicht gelingt. Ferner stabilisiert sich durch die schlafgebundene Konsolidierung ein zunächst fragiler Gedächtnis-inhalt und wird nach dem Schlaf weniger störanfällig hinsichtlich einer Beeinflussung durch Interferenz. Ein weiterer Bereich der Konsolidierung könnte die Generalisierung einer motorischen Fähigkeit sein. Hierunter versteht man den Transfer z. B. einer motorischen Fertigkeit, welche mit einer Hand gelernt wurde, auf die andere Hand. Die vorliegende Studie prüft, ob dieser Prozess der Generalisierung motorischer Fertigkeiten durch schlaf-gebundene Konsolidierung unterstützt wird. Um die Frage nach einer schlafgebundenen Generalisierung motorischer Fertigkeiten zu untersuchen, wurden 72 Rechtshänder (nach dem Edinburgh Handedness Inventory nach Oldfield) – 39 Frauen und 33 Männer, 18 bis 28 Jahre, ohne neurologische oder psychiatrische Vorerkrankungen – untersucht. Die Verteilung dieser Probanden erfolgte randomisiert auf sechs Gruppen. Jeder Teilnehmer lernte zunächst mit der linken Hand eine Fingerbewegung mithilfe eines sequenziellen Finger-Tapping-Tasks. Dieser Task verwendet eine fünfstellige numerische Sequenz, die so schnell und fehlerfrei wie möglich wiederholt getippt werden soll. Die Generalisierung wurde getestet, indem die Original-Sequenz (extrinsische Transformation) oder deren gespiegelte Sequenz (intrinsische Transformation) mit der rechten Hand abgerufen wurde. Als Maß für die Generalisierung wurde die Ver-besserung in Geschwindigkeit und Reduktion der Fehler im Gegensatz zu einer neuen, dem Probanden unbekannten Sequenz herangezogen, welche zum Vergleich ebenfalls mit der rechten Hand ausgeführt wurde. Je nach Gruppenzuteilung folgte direkt nach dem Lernen der Fingerbewegung oder 12 Stunden später (hier lag entweder ein Tag oder eine Nacht dazwischen) der Abruf. Zur Objektivierung der Schlafqualität und des Wachheitsgrades der Probanden zum Testzeitpunkt wurde der Pittsburgh Schlafqualitätsindex (PSQI), die Stanford Sleepiness Scale (SSS) und die Eigenschaftswörterliste (EWL-N) genutzt. Diejenigen Pro-banden, bei denen eine Nacht zwischen den Testphasen lag, erhielten zusätzlich eine Schlaf-EEG-Messung (Polysomnographie). Diese wurde nach den Regeln von Rechtschaffen und Kales (1968) zur Beurteilung des Schlafprofils in der Nacht der Messung und zur Be-stimmung etwaiger Korrelationen zwischen Lernerfolg und Schlafarchitektur durchgeführt. Direkt nach dem Lernen der Sequenz mit der linken Hand zeigt sich eine signifikante Per-formancesteigerung der extrinsischen Sequenz mit der rechten Hand. Diese verliert sich im Verlauf des Tages (nach 12 Stunden ohne Schlaf). Nach einer Nacht (12 Stunden inklusive Schlaf) dagegen, ist der Gewinn der extrinsischen Sequenz, welcher direkt nach dem Lernen vorhanden ist, wieder nachweisbar. Hier zeigt sich erneut eine signifikante Performance-steigerung der extrinsischen Sequenz gegenüber einer neuen Sequenz; in ihrer Höhe vergleichbar mit der, direkt nach dem Training. Ein Vorteil der intrinsischen Bedingung gegenüber einer neuen Sequenz ist zu keinem Zeitpunkt der Testung nachweisbar. Vergleicht man die erhobenen Daten zu Wachheit und Aktivierungsgrad der Probanden zu den verschiedenen Testzeitpunkten, so zeigt sich kein signifikanter Unterschied. In der Ana-lyse der Schlafdaten konnte ein Trend zur Korrelation der Steigerung der Performance mit dem Anteil des Schlafstadiums II am Non-REM-Schlaf beobachtet werden. Diese Studie untersucht erstmals die Rolle der off-line Konsolidierung in Bezug auf die Generalisierung im motorischen System anhand einer explizit erlernbaren motorischen Lern-aufgabe. Während die Stabilisierung eines fragilen Gedächtnispfades in einer Wachphase stattfindet, können eine Performancesteigerung und auch – wie die vorliegende Arbeit zeigt – eine Generalisierung eines motorischen Programms nur schlafgebunden erfolgen. Kurz nach dem initialen Training und durch den schlafgebundenen Konsolidierungsprozess konnten jedoch ausschließlich extrinsisch transformierte Bewegungsmuster generalisieren. Intrinsische Bewegungsmuster sind „in der Phase“ einer Bewegung und egozentrisch auf das Gelenk- und Muskelsystem ausgerichtet. Sie sind vermutlich der „default Modus“ im motorischen System und werden aktiv inhibiert, z. B. um Spiegelbewegungen zu unter-drücken. Extrinsische, also allozentrisch konfigurierte Bewegungsmuster spiegeln die „Anti-Phase“ einer Bewegung wider und sind für das motorische System sehr viel schwieriger. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass der aktive Prozess der schlafgebundenen Konsolidierung in Form der Generalisierung extrinsisch transformierter Bewegungsmuster bevorzugt, um diesen Nachteil im motorischen System auszugleichen.

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Bieber, Christina: Schlaf und Plastizität. Untersuchungen zur Generalisierung einer Fertigkeit durch Konsolidierung im motorischen System. 2010.

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