Как сон влияет на обучение двигательным последовательностям: роль восприятия и движения

Влияние сна на обучение двигательным последовательностям

Практика сложных двигательных навыков, таких как последовательности шагов, задействует отдельные перцептивные и моторные механизмы, которые поддерживают воспроизведение обучения в новых условиях (т.е. перенос навыков). Хотя было показано, что сон улучшает обучение последовательностям точных движений (т.е. консолидацию, зависящую от сна), в данном исследовании мы изучили, распространяется ли эта польза на обучение двигательным паттернам ходьбы. В частности, мы проверили перцептивное и моторное обучение последовательности шагов после сна по сравнению с бодрствованием.

Гипотеза исследования

Мы предположили, что сон после тренировки увеличит обучение последовательности шагов в перцептивной, но не в моторной области. В этом исследовании здоровые молодые взрослые участники (n = 48; 18–33 года) практиковали последовательность длины шага на беговой дорожке, следуя визуальным стимулам, отображаемым на экране во время тренировки. Затем участники тестировались в перцептивном условии (ходьба назад с теми же визуальными стимулами) или моторном условии (ходьба вперед, но с инвертированным экраном). Навык оценивался сразу и снова после 12-часовой задержки, следующей за ночным сном или дневным бодрствованием (n = 12 для каждого интервала/условия).

Результаты

Обучение в автономном режиме улучшилось после сна по сравнению с бодрствованием, но только для перцептивного условия. Наши результаты позволяют предположить, что перцептивное и моторное обучение последовательностей обрабатываются отдельно после тренировки ходьбы, и дополнительно указывают на пользу сна, которая коренится в перцептивных, а не моторных аспектах моторного обучения.

Методы исследования

Участники выполняли задачу ходьбы на беговой дорожке с визуальным управлением, которая требовала наступать на виртуальные цели (рис. 1A). В этой задаче участники должны были сделать короткий, средний или длинный шаг, чтобы попасть в каждую последующую цель на экране. После тренировки в задаче на последовательность шагов, где длина шага следовала 6-элементной последовательности (Последовательность A: короткий-длинный-средний-длинный-короткий-средний), участники тестировались (сразу и через 12 часов) в одном из двух новых условий (рис. 1B).

Перцептивное обучение

В перцептивном тестовом условии направление движения беговой дорожки менялось на противоположное (т.е. ходьба назад), но цели оставались такими же. В моторном тестовом условии экран переворачивался вверх ногами, в то время как участники продолжали идти вперед. Немедленные и отложенные тесты проводились с интервалом в 12 часов после сна (например, с 8 вечера до 8 утра) или бодрствования (например, с 8 утра до 8 вечера).

Обсуждение

Целью этого исследования было изучить роль сна в обучении ходьбе у здоровых молодых взрослых. В частности, мы использовали новый вариант парадигмы, который разделяет перцептивное и моторное обучение последовательностей шагов. Мы обнаружили, что сон приносил пользу перцептивному, но не моторному обучению. Наши результаты демонстрируют, что обучение последовательностям шагов, как и обучение последовательностям движений верхних конечностей (руки, кисти), по-видимому, включает обучение по двум направлениям: обучение последовательности двигательных реакций (моторное или мышечное обучение) и обучение последовательности целей реакций (перцептивное или целевое обучение).

Нейронные механизмы

Понимание нейронных механизмов, лежащих в основе перцептивного и моторного обучения последовательностей шагов, важно для разработки вмешательств, направленных на улучшение ходьбы. Центральные генераторы паттернов поддерживают базовый ритмический паттерн ходьбы, но их активность может модулироваться супраспинальными входами для включения выученных последовательностей. Исследования функциональной визуализации у людей показали, что вклад коры в обучение последовательностям включает заднюю теменную кору, первичную моторную кору, дополнительную моторную область и лобные области.

Заключение

Предыдущие исследования обучения последовательностям в основном фокусировались на двигательных задачах для верхних конечностей. Наше исследование предоставляет новую перспективу, изучая обучение последовательностям шагов. Оно демонстрирует, что различные нейронные механизмы лежат в основе моторного и перцептивного обучения последовательностям шагов. Результаты дают новое понимание роли сна в консолидации обучения, связанного с нижними конечностями. Мы предполагаем, что включение сна после реабилитации ходьбы может улучшить перенос перцептивного обучения в новые условия.