Odhaduje sa, že viac ako 20 % dospelých trpí určitou formou nedostatku spánku. Nespavosť a nedostatok spánku sú bežnými príznakmi depresie a môžu byť prejavom iných duševných porúch.
Dôsledky nedostatočného spánku môžu ovplyvniť výkon kognitívnych procesov a mať závažné negatívne dôsledky nielen na zdravie jednotlivca, ale aj jeho okolia, pretože nedostatok spánku zvyšuje riziko nehôd súvisiacich s ľudskou chybou, najmä pri úlohách založených na bdelosti, ktoré zahŕňajú technológie. Výskum vykonaný v súvislosti s nárastom počtu nehôd s účasťou osôb s nedostatkom spánku bol užitočný pri objasňovaní nepriaznivých účinkov a zvýšeného rizika spojeného s nedostatkom spánku. Skrátené trvanie spánku, ako aj predĺženie času stráveného v bdelom stave sú faktory, ktoré vo veľkej miere prispievajú k riziku dopravných kolízií, ktorých závažnosť a úmrtnosť je na rovnakej úrovni ako pri jazde pod vplyvom alkoholu. Toto je obzvlášť dôležité pre mladých dospelých, pretože títo potrebujú 8 až 9 hodín nočného spánku na prekonanie nadmernej dennej ospalosti a patria medzi najrizikovejšiu skupinu, pokiaľ ide o nehody súvisiace s riadením vozidla pri pocite únavy a nedostatku spánku.
Temenné mozgové laloky sa vo veľkej miere podieľajú na pozornosti. Poškodenie tejto oblasti mozgu u ľudí vedie k ťažkostiam alebo neschopnosti venovať pozornosť udalostiam, ktoré sú kontralaterálne k poškodenej hemisfére. Osoby s léziou zadného temenného laloku majú len malé alebo žiadne ťažkosti s presúvaním pozornosti na podnety, ktoré sa objavujú v priestore ipsilaterálnom k lézovanej hemisfére, a z týchto podnetov. Vykazujú však spomalené reakcie pri presúvaní aktuálnej pozornosti na udalosti a podnety, ktoré sa objavujú kontralaterálne k lézii hemisféry.
Štúdie zahŕňajúce nahrávky jednotlivých jednotiek z parietálnych lalokov opíc ukázali, že existujú neuróny, ktoré sa podieľajú výlučne na integrácii vizuálnych priestorových informácií s posturálnymi informáciami. Bez tejto zjavnej kombinácie priestorových informácií by bolo ťažké alebo nemožné lokalizovať objekty vo vonkajšom priestore, pretože informácie poskytované len sietnicou sú nedostatočné. Do úvahy sa musí brať aj poloha očí, hlavy a tela.
Okrem toho štúdie zahŕňajúce aplikáciu transkraniálnej magnetickej stimulácie na temenné laloky, ako aj analýzu temenných lalokov pomocou pozitrónovej emisnej tomografie (PET) naznačujú, že táto oblasť sa podieľa na vyhľadávaní spojení, ale nie na vyhľadávaní jednotlivých prvkov. (Pozri časť Vizuálne vyhľadávanie v doplnkových informáciách.)
Primárna sluchová kôra je zvýraznená purpurovou farbou a je známe, že interaguje so všetkými oblasťami zvýraznenými na tejto neurónovej mape.
Sluchová pozornosť sa skúmala po spánkovej deprivácii. Výskumníci skúmali sluchovú pozornosť dvanástich osôb bez spánkovej deprivácie a dvanástich osôb s nedostatkom spánku v rôznych časových intervaloch. Subjekty boli zapojené do úlohy sluchovej pozornosti, ktorá vyžadovala reprodukciu priestorových vzťahov medzi štyrmi písmenami pomocou grafu zloženého zo šiestich štvorcov, bezprostredne po prezentácii položky z magnetofónu. Zistilo sa, že sluchová pozornosť jedincov s nedostatkom spánku je ovplyvnená so zvyšujúcim sa celkovým množstvom spánkovej deprivácie, pravdepodobne v dôsledku zníženej percepčnej bdelosti.
Exogénna a endogénna pozornosť
Štúdie využívajúce záznamy ERP zistili, že dvadsaťštyrihodinová spánková deprivácia znižuje odozvu ERP na endogénne, ale nie exogénne kódované ciele. Preto sa predpokladá, že spánková deprivácia ovplyvňuje endogénne riadenú selektívnu pozornosť vo väčšej miere ako exogénne riadenú selektívnu pozornosť.
Zistilo sa, že dvadsaťštyrihodinová spánková deprivácia ovplyvňuje funkčnú konektivitu medzi dolnou frontálnou parietálnou oblasťou (IPS) a parahipokampálnou miestnou oblasťou (PPA). Spánková deprivácia však nemá vplyv na index modulácie pozornosti PPA. Na základe týchto informácií vedci dospeli k záveru, že psychofyziologická interakcia (PPI) sa viac podieľa na selektívnej pozornosti ako IPS a PPA.
Výskumom sa zistilo, že pozornosť a spánková deprivácia spoločne modulujú aktiváciu parahipokampálnej oblasti miesta (PPA) a spracovanie scén. Konkrétne, spánková deprivácia súvisela s výrazným poklesom aktivácie PPA pri pozornosti na scény a pri ignorovaní scén. Vysvetľuje sa to absenciou zmien v indexe modulácie pozornosti (Attention Modulation Index – AMI). Rozpoznávanie tvárí nie je ovplyvnené spánkovou depriváciou.
Ukázalo sa, že spánková deprivácia negatívne ovplyvňuje rýchlosť a presnosť klasifikácie obrázkov, ako aj rozpoznávaciu pamäť (Chee). (Norton) Znižuje tiež aktiváciu vo ventrálnej zrakovej oblasti a v čelných parietálnych kontrolných oblastiach.
Deficity v kognitívnej výkonnosti spôsobené trvalým obmedzením spánku nie sú dobre známe. Boli však vykonané štúdie, ktoré sa zaoberali fyziologickým vzrušením mozgu pri nedostatku spánku. Účastníci, ktorých celkové množstvo spánku bolo počas jedného týždňa obmedzené o 33 %, boli podrobení testom reakčného času. Výsledky týchto testov boli analyzované pomocou kvantitatívnej analýzy EEG. Z výsledkov vyplýva, že ako prvé sú postihnuté frontálne oblasti mozgu, zatiaľ čo parietálne oblasti zostávajú aktívne, kým sa účinky spánkovej deprivácie neprejavia výraznejšie, čo sa stalo ku koncu týždňa. Analýza EEG a ERP okrem toho odhalila, že aktivačné deficity sú zjavnejšie v nedominantnej hemisfére ako v dominantnej hemisfére.
Štúdie funkčnej magnetickej rezonancie (fMRI) naznačujú, že zadný cingulát (PCC) a mediálna prefrontálna kôra sa podieľajú na anticipácii priestorovej pozornosti. Pri nedostatku spánku sa aktivita PCC znižuje, čo zhoršuje selektívnu pozornosť. Subjekty boli vystavené úlohe zameranej na zmenu pozornosti, ktorá zahŕňala priestorovo informatívne, zavádzajúce a neinformatívne podnety predchádzajúce podnetom. Pri nedostatku spánku subjekty vykazovali zvýšenú aktiváciu v ľavom intraparietálnom sulku. Táto oblasť sa aktivuje pri vystavení podnetom na neočakávaných miestach. Tieto zistenia naznačujú, že jedinci s nedostatkom spánku môžu mať zhoršenú schopnosť predvídať miesta nadchádzajúcich udalostí. Okrem toho môže byť neschopnosť vyhnúť sa venovaniu pozornosti irelevantným udalostiam vyvolaná aj spánkovou depriváciou.
Naproti tomu iné štúdie naznačili, že účinky spánkovej deprivácie na kognitívny výkon, konkrétne na trvalú vizuálnu pozornosť, sú globálnejšieho a bilaterálnejšieho charakteru, na rozdiel od vysvetlení lateralizovaného deficitu. V štúdii, v ktorej sa využívala úloha vizuálneho vnímania Choice, boli subjekty vystavené podnetom, ktoré sa objavovali na rôznych miestach vo vizuálnom priestore. Výsledky naznačujú, že spánková deprivácia vedie k všeobecnému poklesu vizuálnej pozornosti. Tiež sa predpokladá, že mozog, ktorý je zbavený spánku, je schopný udržať si určitú úroveň kognitívneho výkonu počas úloh vyžadujúcich rozdelenú pozornosť tým, že zapája ďalšie kortikálne oblasti, ktoré sa bežne pri takýchto úlohách nepoužívajú.
Hovorí sa, že [potrebný prívlastok] výkonné funkcie sú „schopnosťou plánovať a koordinovať zámernú činnosť vzhľadom na alternatívy, monitorovať a aktualizovať činnosť podľa potreby a potláčať rušivý materiál sústredením pozornosti na danú úlohu“. Prefrontálna kôra bola identifikovaná ako najdôležitejšia oblasť zapojená do výkonného fungovania.
Výskumníci sa domnievajú, že tri najzákladnejšie výkonné funkcie sú: posun, aktualizácia a inhibícia. Presúvanie medzi rôznymi úlohami sa považuje za veľmi dôležité mentálne správanie v rámci výkonných funkcií, pretože zahŕňa aktívne odpútanie sa od súčasnej úlohy a zapojenie sa do novej úlohy. Predpokladá sa, že aktualizácia sa podieľa na pracovnej pamäti (úzko súvisí s funkciou prefrontálnej kôry), kde je potrebné aktualizovať aktívne informácie nahradením starých, teraz už irelevantných informácií novými, relevantnými informáciami na základe cieľa. Inhibícia zahŕňa kontrolované a zámerné zabránenie automatickým, prevažujúcim reakciám.
Predná cingulárna kôra sa uplatnila v procese inhibície zvyčajnej reakcie alebo pri zisťovaní možných konfliktov v reakciách; dokazuje to Stroopov test. Štúdie zistili, že už 36 hodín spánkovej deprivácie spôsobuje zníženie výkonu v úlohách vyžadujúcich tieto exekutívne funkcie.
Uvedené procesy ilustrujú model kontrolovaného a automatického správania, ktorý predpokladali Shallice et al. (1989) a ktorý sa nazýva dozorný systém pozornosti. Predpokladá sa, že tento systém vstupuje do hry, keď je potrebný zásah do zvyčajnej reakcie. Poškodenie prefrontálnej kôry spôsobí poruchu tohto systému, čo má za následok utilizačné správanie. Toto správanie by zahŕňalo spontánne sekvencie akcií na irelevantné objekty v okolí bez jasného cieľa. Táto teória pomohla rozšíriť poznatky, ktoré máme v súčasnosti o exekutívnych funkciách.
Rozhodovanie zahŕňa celý rad výkonných funkcií, ktoré je potrebné kombinovať a organizovať, aby bolo možné reagovať najvhodnejším spôsobom, t. j. reagovať najvýhodnejším rozhodnutím. Proces rozhodovania má mnoho aspektov vrátane tých, ktoré boli uvedené vyššie. O ďalších procesoch, ktoré sa na nich podieľajú a ktoré súvisia s výkonnými funkciami, sa bude hovoriť ďalej.
Hoci väčšina dôležitých rozhodnutí sa robí dlhší čas a zahŕňa hlbšiu kognitívnu analýzu, zvyčajne máme obmedzený čas na to, aby sme veľké množstvo informácií vstrebali do informovaného rozhodnutia. Zdá sa, že nedostatok spánku negatívne ovplyvňuje našu schopnosť zhodnotiť a reagovať na rastúcu zložitosť, ako sa zistilo pri deficite výkonu po 1 noci spánkovej deprivácie pri simulovanej marketingovej hre.
Hra zahŕňala subjekty, ktoré propagovali fiktívny produkt a zároveň získavali spätnú väzbu o finančných dôsledkoch svojich rozhodnutí. Na dosiahnutie úspechu museli neustále zohľadňovať nové premenné, čo zvyšovalo zložitosť hry.
Keďže spánková deprivácia mala negatívny vplyv na zvládanie zložitosti simulovanej marketingovej hry, nie je prekvapením, že ovplyvnila aj inovačné procesy, keďže subjekty nedokázali prijať inovatívnejší (a odmeňujúcejší) štýl hry. Inovatívne myslenie zahŕňa vytváranie nového správania na základe osvojovania si neustále sa meniacich alebo nových informácií. V štúdii vojenského personálu, ktorý podstúpil dve noci spánkovej deprivácie, výsledky ukázali výrazné zníženie schopnosti generovať nápady na danú tému (test kategórií); to je známe ako ideová plynulosť.
Približná poloha orbitofrontálnej kôry.
Dôležitou súčasťou rozhodovania je analýza rizika a výnosov. Pokus o vytvorenie predstavy a reakcie na rizikovú situáciu vo veľkej miere zapája orbitofrontálnu kôru. V štúdii, ktorá sa zaoberala analýzou rizikového správania vodičov, ktorí šoférovali 12 hodín v kuse, sa zistilo, že boli ochotnejší robiť riskantné manévre a neboli ochotní prijať akúkoľvek formu opatrného štýlu jazdy.
Na objasnenie tohto javu boli vykonané niektoré štúdie. V jednej štúdii sa použili scenáre rozhodovania v reálnom živote, ktoré zahŕňali výber kariet z 1 zo 4 balíčkov kariet. Rôzne karty boli považované za odmenu, zatiaľ čo ostatné boli trestom. Subjekty s nedostatkom spánku nedokázali zmeniť svoje metódy výberu a naďalej si vyberali karty z balíčkov, ktoré prinášali vysoké množstvo kariet s trestom, zatiaľ čo kontrolné subjekty dokázali zmeniť svoju stratégiu výberu na základe analýzy nákladov a výnosov založenej na sledovaní výsledkov, ktoré získavali v priebehu práce.
Proces plánovania by sa mal uskutočňovať v súlade s rozhodovaním pri určovaní výsledného správania. Ako sa doteraz ukázalo, spánková deprivácia má mnoho škodlivých účinkov na výkonné funkcie a plánovanie nie je ušetrené. Jedna štúdia sa týkala kadetov, ktorí museli absolvovať simulované vojenské operácie v podmienkach spánkovej deprivácie. Výsledky ukázali zníženie schopnosti subjektov „plánovať za pochodu“ a celkové výsledky boli horšie ako u dobre oddýchnutých kadetov.
Ďalším psychologickým testom používaným na hodnotenie plánovania a rozhodovania je test Tower of London. Tento test bol široko používaný pri testovaní exekutívnych funkcií, ako aj pri štúdiách osôb s nedostatkom spánku. V štúdii skúmajúcej výkon v tomto teste po 45 – 50 hodinách spánkovej deprivácie sa zistilo, že spánkovo deprivovaným subjektom nielenže trvalo dlhšie, ale potrebovali aj viac pohybov na dokončenie úlohy ako kontrolné osoby.
Dôležitou súčasťou exekutívneho fungovania je schopnosť preukázať prehľad o svojom výkone pri rôznych úlohách a opraviť alebo upraviť svoje správanie, ak je nesprávne. Problémy, ktoré by mohli súvisieť s neschopnosťou poučiť sa z chyby alebo prispôsobiť sa chybe, by mohli narušiť mnohé správanie.
Bežným testom, ktorý sa používa na hodnotenie korekcie chýb a odstraňovanie problémov v súvislosti s čelným lalokom, je test triedenia Wisconsinských kariet. Tento test zahŕňa zmenu pravidiel, ktorá si vyžaduje zmenu stratégie. V tej istej štúdii, o ktorej sme hovorili vyššie, sa pri tejto úlohe zistili poškodenia aj u jedincov s nedostatkom spánku.
Výskum naznačuje, že spánok sa podieľa na získavaní, udržiavaní a obnovovaní spomienok, ako aj na ich konsolidácii. Následne sa ukázalo, že nedostatok spánku má vplyv na procesy pracovnej pamäte aj dlhodobej pamäte.
Spánková deprivácia zvyšuje počet chýb v úlohách pracovnej pamäte. V jednej štúdii úloha pracovnej pamäte spočívala v rozsvietení sekvencie 3 alebo 4 farebných svetiel, potom boli jedinci s nedostatkom spánku aj bez neho požiadaní, aby si zapamätali a zopakovali túto sekvenciu. Osoby s nedostatkom spánku vykonali úlohu oveľa rýchlejšie ako osoby v kontrolnom stave (t. j. bez nedostatku spánku), čo sa spočiatku javilo ako pozitívny účinok. Výrazný rozdiel však bol v počte urobených chýb, pričom unavená skupina si počínala oveľa horšie.
Dôkazy zo zobrazovacích štúdií tiež dokazujú vplyv spánkovej deprivácie na pracovnú pamäť. Štúdie EEG zdokumentovali nižšiu presnosť a pomalší reakčný čas u účastníkov, ktorí vykonávali úlohy pracovnej pamäte v spánkovej deprivácii. Zníženie bdelosti a nedostatok sústredenia vyvolali deficity v pracovnej pamäti, ktoré sú sprevádzané výrazným zhoršením potenciálov súvisiacich s udalosťami.
Skenovanie PET ukazuje globálne zníženie metabolizmu glukózy v reakcii na nedostatok spánku. Ako sa u subjektov zvyšuje porucha úloh pracovnej pamäte, dochádza k špecifickejšiemu poklesu glukózy v talame, prefrontálnej kôre a zadnej parietálnej kôre.
Skenovanie fMRI po krátkej spánkovej deprivácii (24 hodín alebo menej) ukazuje zvýšenie aktivácie talamu. Úlohy verbálnej pracovnej pamäte zvyčajne spôsobujú zvýšenie aktivity ľavého spánkového laloku. Po 35 hodinách deprivácie sa však zaznamenáva pokles aktivácie temporálneho laloku a nárast aktivácie parietálneho laloku.
Rozsah pracovnej pamäte je ovplyvnený aj nedostatkom spánku. Keď si mali účastníci štúdie s nedostatkom spánku zapamätať nezmyselné slovo a nájsť ho medzi viacerými podobnými slovami, doba, počas ktorej ho dokázali udržať v pracovnej pamäti, sa v porovnaní s odpočinutými osobami skrátila o 38 %.
Jedným zo spôsobov, ako sa spánok podieľa na vytváraní dlhodobých spomienok, je konsolidácia pamäte, čo je proces, pri ktorom sa nová pamäť mení na trvalejšiu formu. Predpokladá sa, že sa to uskutočňuje vytváraním spojení medzi mediálnymi spánkovými lalokmi a neokortikálnymi oblasťami. Predpokladá sa, že sa na tom podieľa NREM (spánok mimo REM) aj REM, pričom súčasné teórie naznačujú, že NREM sa najviac podieľa na procedurálnej pamäti a REM na deklaratívnej pamäti.
Štúdie na zvieratách tieto tvrdenia čiastočne potvrdili. Napríklad jedna štúdia vykonaná na potkanoch ukázala, že deprivácia spánku REM po naučení sa novej úlohy narušila ich schopnosť neskôr túto úlohu znovu vykonať. Platilo to najmä vtedy, ak bola úloha komplexná (t. j. zahŕňala používanie neobvyklých informácií alebo rozvíjanie nového adaptívneho správania).
Podobné dôkazy existujú aj o úlohe spánku v procedurálnej pamäti u ľudí. Účastníci jednej štúdie boli trénovaní na procedurálnu pamäťovú zručnosť zahŕňajúcu percepčno-motorické zručnosti. Tí, ktorí boli v NREM spánku, dosiahli v nasledujúcich pokusoch výrazne horšie výsledky v porovnaní s tými, ktorí boli plne oddýchnutí. Ďalšia štúdia, v ktorej sa použila úloha zameraná na vizuálno-motorickú procedurálnu pamäť, zdokumentovala podobné výsledky. Účastníci, ktorí boli po úvodnom tréningu nevyspatí, nevykazovali žiadne zlepšenie v pokusoch na druhý deň, zatiaľ čo u tých, ktorí sa vyspali, sa prejavili významné pozitívne zmeny.
Takéto štúdie jasne dokazujú rušivý vplyv spánkovej deprivácie na konsolidáciu procedurálnych a deklaratívnych spomienok.
Spánková deprivácia má tiež zdokumentovaný vplyv na schopnosť získavať nové spomienky na následnú konsolidáciu. Štúdia vykonaná na myšiach, ktoré boli pred naučením sa novej zručnosti zbavené spánku, ale potom im bol umožnený odpočinok, vykazovala podobný počet chýb pri neskorších pokusoch ako myši, ktoré boli zbavené spánku až po počiatočnom učení. V tomto prípade sa predpokladá, že namiesto toho, aby spánková deprivácia zabránila konsolidácii pamäte, narušila počiatočné získanie pamäte. Myši s predspánkovou depriváciou sa tiež učili úlohu podstatne dlhšie ako dobre oddýchnuté myši.
Spánková deprivácia sa tiež podieľa na zhoršenej schopnosti obnovovať uložené dlhodobé spomienky. Keď bol do pokusu zaradený averzívny podnet (t. j. fén na myši vyfukoval horúci vzduch a robil hluk), myši, ktoré boli zbavené spánku, boli pri ďalších pokusoch menej úzkostlivé. To naznačuje, že sa im nevrátili všetky spomienky súvisiace s nepríjemným zážitkom.
Vysvetlenia vplyvu nedostatku spánku na pamäť
Na vysvetlenie vplyvu nedostatku spánku na pamäť bolo predložených niekoľko teórií.
Jedna z prvých štúdií o neurochemických vplyvoch na spánok a pamäť bola vykonaná na mačkách a preukázala, že nedostatok spánku zvyšuje syntézu mozgových bielkovín. Existujú dôkazy, že tieto zmenené hladiny proteínov by mohli zvýšiť excitabilitu centrálneho nervového systému, a tým zvýšiť citlivosť mozgu na iné neurochemické látky, ktoré môžu spôsobiť amnéziu. Ďalší výskum odhalil, že pre dlhodobú pamäť je kľúčová signálna dráha proteínkinázy A (PKA). Ak dôjde k inhibícii PKA alebo syntézy proteínov v určitých momentoch počas spánku, môže dôjsť k narušeniu konsolidácie pamäti. Okrem toho sa ukázalo, že myši s genetickou inhibíciou PKA majú deficit dlhodobej pamäte. Spánková deprivácia teda môže pôsobiť prostredníctvom inhibície týchto dráh syntézy proteínov.
Na účinkoch spánkovej deprivácie sa môže podieľať aj acetylcholín (ACh), najmä pokiaľ ide o priestorovú pamäť. Muskarínoví antagonisti alebo chemické látky, ktoré blokujú ACh, zhoršujú priestorové učenie, keď sa podávajú pred tréningovou úlohou potkanom. Zistilo sa tiež, že hladiny ACh sú nižšie, keď sa merajú po období spánkovej deprivácie. Ukázalo sa tiež, že ACh zvyšuje aktivitu dráhy PKA, ktorá je potrebná na konsolidáciu pamäti.
Hladina serotonínu (vo forme 5-HT) sa počas spánku REM a NREM znižuje, čo vedie niektorých vedcov k domnienke, že sa podieľa aj na konsolidácii pamäte počas spánku. Myši, ktorým chýba gén pre receptor 5-HT, sa viac zapájajú do spánku REM a dosahujú lepšie výsledky v úlohách priestorovej pamäte. Výskumníci predpokladajú, že spánková deprivácia zasahuje do normálneho zníženia hladiny 5-HT, čím sa zhoršuje proces konsolidácie pamäti.
Ďalšia teória predpokladá, že stres spôsobený nedostatkom spánku ovplyvňuje konsolidáciu pamäte zmenou koncentrácie kortikosteroidov v tele. V jednej štúdii sa to simulovalo zvýšením koncentrácie glukokortikoidov počas skorých fáz spánku. Pozorované účinky na uchovávanie pamäti na druhý deň boli podobné tým, ktoré sa získali u jedincov, ktorí nespali.
Spánková deprivácia môže mať vplyv na pamäť tým, že narúša neuroplasticitu meranú dlhodobou potenciáciou v hipokampe. Táto znížená plasticita môže byť hlavnou príčinou porúch pracovnej pamäte u ľudí a priestorovej pamäte u potkanov. Spánková deprivácia môže navyše ovplyvniť pamäť znížením proliferácie buniek v hipokampe.
Spánková deprivácia sa spája aj so zníženou celkovou excitabilitou membrán neurónov v mozgu. Aktivácia týchto membrán je rozhodujúca pre tvorbu spomienok. Mitochondrie zohrávajú zásadnú úlohu pri modulácii excitability neurónov a výskum ukázal, že spánková deprivácia sa podieľa na inhibícii mitochondriálneho metabolizmu.
Vyhľadajte túto stránku na Wikislovníku:
neuroveda
Nedostatok spánku môže spôsobiť, že mozog robí nesprávne zdravotné rozhodnutia