Ψ
Az alvás differenciált hatása a munkamemória teljesítményre és a készségtanulásra: Kognitív funkciók obstruktív alvási apnoéban*
78 Csábi Eszter1,2, Janacsek Karolina2, Várszegi Mária3, Németh Dezsô2 1
SZTE BTK Neveléstudományi Doktori Iskola, Szeged
2
Szegedi Tudományegyetem Pszichológia Intézet
3
Somnocenter, Szeged
Összefoglalás: Obstruktív alvási apnoe szindróma (OSAS) során a hypoxiás állapot és az alvásdepriváció kognitív teljesítményromláshoz vezet. A kutatás a munkamemória mûködését és az implicit tanulási mechanizmusokat vizsgálja, amelynek révén egy komplex képet kaphatunk a kortikális és a szubortikális területek érintettségérôl ebben a betegpopulációban. A vizsgálatban 21 fô OSAS beteg és 21 fô egészséges kontrollszemély vett részt. A neuropszichológiai tesztelés során a verbális, a téri-vizuális és a komplex munkamemória mûködését, valamint az implicit tanulást mértük. Eredményeink alapján az apnoés csoport szignifikánsan rosszabbul teljesített a komplex munkamemória teszten, viszont tendencia szinten jobb eredményt ért el a téri-vizuális emlékezeti feladatban. Az apnoés csoport a hypoxia és az alvásdepriváció ellenére ugyanolyan tanulási mintázatot mutatott az implicit tanulásban, mint a kontrollcsoport. Összefoglalva, eltérést találtunk alvási apnoéban a munkamemória és az implicit tanulás érintettségében, ami felhívja a figyelmet arra a lehetôségre, hogy a szubkortikális funkciók nem függnek olyan mértékben az alvástól, mint a kérgi funkciók. Kulcsszavak: alvási apnoe szindróma; implicit tanulás; szekvencia-specifikus tanulás; alvás; memória Summary: In obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) hypoxia and sleep deprivation lead to neuropsychological impairments. Our goal in this study to evaluate working memory and skill learning to get a complex picture about cortical and sub-cortical function in patients with sleep apnea. Twenty-one OSAS patients and 21 healthy controls participated in the study. We analyzed verbal-, vizuo-spatial, complex working memory, general skill learning and sequence specific learning separately. Our data show that complex working memory was impaired in OSAS patients, in contrary OSAS patients represented better achievement in the vizuo-spatial task compared to the control group. We found that OSAS patients showed general skill learning and implicit learning of probabilistic sequences similar to that of controls. Taken together, we found dissociation between working memory and implicit sequence learning in OSAS. These findings suggest that sleep has less influence on the functions related to sub-cortical structures like cortical functions. Keywords: obstructive sleep apnea syndrome; implicit learning; sequence-specific learning; sleep; memory
Az obstruktív alvási apnoe szindróma (OSAS – obstructive sleep apnea syndome) az Alvászavarok Nemzetközi Osztályozása alapján az alvásfüggô légzészavarok csoportjába tartozik (1, 2). Rizikófaktorai az obezitás, illetve bármilyen anatómiai malformáció, mely csökkenti a felsô légutak átjárhatóságát (2–4). Legjellemzôbb klinikai tünete az éjszakai alvás során ismételten
* A kutatást az OTKA K 82068 pályázat támogatta.
Psychiat Hung 2011, 26 (2):78-86
visszatérô hypoxiás állapot és az ennek következtében széttöredezett alvásstruktúra, amelyet a felsô légút elzáródása okoz (5, 6). Az American Academy of Sleep Medicine az obstruktív alvási apnoe súlyosságát az apnoe (teljes légzésleállás) és hypopnoe (légzéscsökkenés) események óránkénti elôfordulási gyakorisága (AHI – apnoehypopnoe index) és a nappali aluszékonyság
Az alvás differenciált hatása a munkamemória teljesítményre és a készségtanulásra... 1. táblázat Súlyossági kritériumok obstruktív alvási apnoe szindrómában (1, 2)
OSAS súlyossági foka
Aluszékonyság
AHI index
Enyhe
Akaratlan álmosság, önkéntelen alvási epizódok kis figyelmet igénylô feladatok alatt pl.: tévénézés, olvasás
Mérsékelt
feladatok alatt pl.: koncert, találkozók Súlyos
5–15/óra
Akaratlan álmosság, önkéntelen alvási epizódok nagyobb figyelmet igénylô 15–30/óra
79
Akaratlan álmosság vagy önkéntelen alvási epizódok aktív figyelmet igénylô feladatok alatt pl.: vezetés, étkezés
alapján határozza meg, melyek nem mindig járnak együtt (1, 2). Az apnoe súlyossági kritériumait az 1. táblázat tartalmazza. A nem megfelelô minôségû és mennyiségû alvás, valamint az aluszékonyság gyakran vezet olyan tünetekhez, mint a hangulatzavar, irritábilitás. letargia, disztrófiás hangulat, depresszió és szorongás (7, 8). A krónikus betegségek kialakulása mellett az alvási apnoe szindróma neuropszichológiai deficittel jár együtt, amely olyan funkciókat érint, mint a figyelem (9–13), a végrehajtó kontroll (13–15), a motoros kivitelezés (16, 17), valamint a rövid- és hosszú távú verbális és vizuális emlékezet (7, 14, 18). A károsodás hátterében álló okok még nem tisztázottak. Egyes szerzôk a hypoxiának tulajdonítják, mely elsôsorban a frontális és a temporális területekre hat (16, 19–21), mások a fragmentált alvással mutattak ki összefüggést, amelynek során megnô a felületes alvásstádiumokban eltöltött idô és csökken a mélyalvás, valamint a REM (rapid eye movement) alvás aránya (22–25). Thomas és mtsai (23) vizsgálatukban kimutatták, hogy alvásdepriváció hatására csökken az agyi aktivitás a thalamusban, a prefrontális és a posterior parietális területeken. Ugyanakkor vannak olyan eredmények, melyek szerint mind az oxigénhiányos állapot, mind a fragmentált alvás szerepet játszik a diszfunkció kialakulásában, a hypoxia a végrehajtó funkciók és a motoros kivitelezésre hat, az alvási architektúra felborulása pedig az emlékezetre és a figyelmi folyamatokra (16, 26–29). Alvási apnoéban a munkamemória érintettségével kapcsolatos korábbi kutatások inkább a károsodás irányába mutatnak, habár vannak vizsgálatok, melyek nem találtak teljesítményromlást apnoés betegeknél a munkamemória
< 30/óra
feladatokon egészséges személyekkel való összehasonlításban (29–31). A vizsgálatok többségében, ahol viszont kimutattak munkamemória deficitet, a frontális területek neuroanatómiai változásával magyarázták (7, 18, 21, 32, 33). Verstraeten és mtsai (34) a munkamemória egyik komponensének, a központi végrehajtónak az érintettségérôl számolnak be, amelynek károsodása következtében lassul az információ kezelése. Naegele és mtsai (35) pedig az auditoros és téri információk feldolgozásában találtak deficitet. Thomas és mtsai (23) vizsgálatukban fMRI segítségével a dorsolaterális prefrontális területek alulmûködését mutatták ki apnoés betegeknél. Ezzel egybecsengôen alacsonyabb teljesítményt is regisztráltak a munkamemória feladatokon egészséges kontrollcsoporttal való összevetéskor. Kutatásuk alapján azt feltételezik, hogy a dorzolaterális területek csökkent aktivitása okozza a végrehajtó diszfunkciót, amely nem a hypoxiához, hanem az alvásdeprivációhoz kapcsolódik (23). Archbold és mtsai (36) szintén az apnoe súlyossága és a munkamemória feladatok alatti neurális mechanizmusok között mutattak ki összefüggést fMRI kutatásukban. Csökkent aktivitást találtak a kisagyi területeken, ezzel ellentétben viszont megnôtt az aktivitás a parietális régióban. Ebbôl arra következtettek, hogy a munkamemória feladatok alatt a kortikális – elsôsorban parietális – területek aktivitása egyfajta neurális kompenzáló mechanizmus, válasz a cerebrális régiók alulmûködésére (36). A munkamemória téri-vizuális komponensének vizsgálatában, bár vannak eredmények, melyek azt mutatják, hogy az apnoés betegek teljesítménye a normál tartományba esik (31, 37, 38) ennek ellenére a kutatások többsége de-
Eredeti
80
közlemények
ficitet talált a téri-vizuális információk kezelésében és megtartásában (7, 20, 29, 39, 40). Az alvás szerepe a kérgi területekhez kapcsolódó explicit emlékezeti konszolidációban bizonyított (41, 42), amíg az inkább kéreg alatti struktúrákhoz kapcsolódó implicit emlékezeti rögzülésben részvétele jobban vitatott. Egyes szerzôk teljesítményjavulást találtak alvást követôen az implicit memória feladatokon, (43, 44), ezzel ellentétben mások nem mutattak ki alváshatást (45–48). Az sem tisztázott, hogy amennyiben az alvás involvált az implicit emléknyomok konszolidációjában, akkor pontosan melyik alvásstádiumok érintettek. A kutatások többsége a REM alvással talált összefüggést (49, 50), viszont vannak olyan eredmények, amelyek a NREM 2-vel (non-rapid eye movement) (51, 52), az alvási orsókkal (53, 54) és a lassú hullámú aktivitással (SWS – slow wave sleep) mutattak ki kapcsolatot (55, 56). Egyes szerzôk szerint pedig az egyszerû procedurális feladatokban NREM alvás játszik szerepet, míg a sokkal komplexebb, magasabb szintû kognitív folyamatokat igénylô feladatokhoz már a REM is szükséges (57, 58). Keveset vizsgált terület az implicit tanulás OSAS betegeknél. Rouleau és mtsai (59) egészséges személyek és apnoés betegek összehasonlításakor nem találtak eltérést a két csoport között a procedurális feladatokon (Mirror Tracing Test, Rotor Pursuit Test) a tanulási mintázatban, habár az apnoésoknál a feladat elején megjelent egy kezdeti adaptációs nehézség, ami utalhat arra, hogy inkább a szubkortikális területekhez kapcsolódó új szenzomotoros információk megszerzése károsodott, mint a megtartás. Naegele és mtsai (35) szintén ugyanolyan tanulási mintázatot találtak egészséges és OSAS csoport összehasonlításában, bár az apnoés csoport összességében alacsonyabb szinten teljesített, mint a kontroll. Más kutatások elsôsorban a finom motoros teljesítményben regisztráltak károsodást (Purdue Pegboard Test) (29, 60), míg a motoros gyorsasági feladatokon, mint például a Finger Tapping, ugyanolyan jó teljesítményt mutattak az OSAS betegek, mint a kontrollcsoport (61, 62). A kutatás célja feltérképezni a verbális és vizuális, valamint a komplex munkamemória
mûködését, illetve az implicit tanulási mechanizmusokat, melynek révén egy komplex képet kapunk mind a kortikális, mind a szubkortikális területek érintettségérôl alvási apnoe szindrómában.
Módszerek Résztvevôk A kísérleti csoportot 21 fô (18 férfi/3 nô) kezeletlen obstruktív alvási apnoe szindrómás beteg alkotta. Az átlagéletkor: 53,5 év (szórás: 10,97), az iskolai végzettség átlaga: 11,90 év (szórás: 2,57). Kizárólag azok kerültek a mintába, akik elôzetesen a poliszomnográfiai vizsgálat alapján alvási apnoe szindróma diagnózist kaptak. Az AHI (Apnoe-hypopnoe Index) index átlagértéke: 48,38/óra (szórás: 24,23). A légzészavar index (RDI – Respiratory Disturbance Index) átlagértéke: 57,64 (szórás: 21,55). A légzészavar index értékét az apnoe, a hypopnoe és az ébredést kiváltó légzési erô (RERA – Respiratoryrelated Effort Arousal) együttes elôfordulásának összege adja, patológiásnak tekinthetô, ha értéke meghaladja 10 órát (63). A nappali aluszékonyságot az Epworth Aluszékonysági Skálával (ESS – Epworth Sleepiness Scale) mértük, átlagértéke: 10,11 pont (szórás: 4,39). A vizsgált személyek valamennyien az SZTE Szent-Györgyi Albert Klinikai Központ, Somnocenter, Szeged, Dél-alföldi Regionális Alvásdiagnosztikai Terápiás Centrum beteganyagából kerültek ki. A kontrollcsoportot 21 fô (15 férfi/ 6 nô) életkorban, nemben és iskolai végzettségben megegyezô egészséges személy alkotta. Az átlagéletkor: 53,00 (szórás: 15,04), az iskolai végzettség átlaga: 12,71 (szórás: 3,48). A kontrollszemélyeknél nem diagnosztizáltak alvászavart és semmilyen pszichiátriai vagy neurológiai kezelés alatt nem álltak. A tesztfelvétel elôtt minden résztvevôt részletesen informáltunk a kutatás céljáról és menetérôl, valamint írásbeli beleegyezést is kértünk. A vizsgálat során betartottuk a Magyar Pszichológiai Társaság által elôírt etikai szabályokat.
Az alvás differenciált hatása a munkamemória teljesítményre és a készségtanulásra...
Vizsgálati eszközök Számterjedelem Teszt – a verbális rövid távú emlékezet mérôeljárása, amelynek során a vizsgálati személynek mindig egy elemmel bôvülô számsorozatot kell visszamondania azonos sorrendben. Minden terjedelemhez négy sorozat tartozik, amit a vizsgálat vezetôjének egyenként kell felolvasnia egy másodperces szünetet hagyva közöttük. A legkevesebb sorozat három, a legtöbb kilenc számot tartalmaz. Csak az a számsorozat fogadható el, amit a vizsgált személy pontosan megismétel, a felcserélés vagy kihagyás hibának számít. Ha legalább két sorozat megismétlésre kerül, akkor lehet továbblépni a következô, eggyel nagyobb terjedelemre. A vizsgált személy rövid távú emlékezeti terjedelmét az a sorozathosszúság jelöli, amibôl legalább kettôt helyesen vissza tud mondani (64, 65). Corsi-kockák Teszt – a téri-vizuális rövid távú emlékezet mérôeljárása, amelynek során a vizsgált személynek egy fekete táblán, kilenc darab szabálytalanul rögzített, körülbelül 2 cm átmérôjû, szintén fekete kockákat kell ugyanabban a sorrendben visszamutatnia, mint ahogy a vizsgálat vezetôje mutatta korábban. A legelsô sorozat kettô, a legutolsó kilenc kocka megismétlésébôl áll. Legalább két sorozatot kell helyesen visszamutatni a következô, eggyel magasabb blokkba való lépéshez. A téri-vizuális rövid távú emlékezet terjedelmét az a sorozathosszúság fogja jelölni, amit a vizsgált személy helyesen vissza tud mutatni (65). Hallási mondatterjedelem Teszt – a komplex munkamemória mérôeljárása, amelynek során a vizsgált személynek el kell döntenie a hallott mondatokról, hogy igaz vagy hamis állítások, és meg kell jegyeznie minden mondat utolsó szavát. Egy blokkon belül a mondatok száma kettôtôl nyolcig terjed. Az adott blokk mondatainak elhangzása után vissza kell mondani a megjegyzett szavakat helyes sorrendben, csak ezután lehet áttérni a következô blokkra. A teszt végsô eredményét a három blokk átlaga adja (66, 67). ASRT (Alternating Serial Reaction Time Test) – Az implicit tanulás mérôeljárása, amelynek során a vizsgált személy négy üres kört lát a kép-
ernyô közepén, minden kör egy billentyûnek felel meg (Y, C, B, M billentyûk) egy speciálisan erre a célja preparált billentyûzeten. Amelyik körön megjelenik a célinger (egy kutyafej), az ennek megfelelô billentyût kell lenyomnia olyan gyorsan, amennyire csak tudja. A megjelenô 8 elemû sorozat minden második eleme random (például: 2r1r4r3r, ahol a számok az elôre meghatározott sorozat ingerei, „r” pedig a random inger), így a vizsgált személy nem tudja, hogy egy rejtett szekvenciát tanul, tehát implicit, nem tudatos módon történik a tanulás. Ezáltal a feladat alkalmas arra, hogy elkülönítsük az általános készségtanulást a szekvencia-specifikus tanulástól (48, 68). Jelen vizsgálatban az ASRT feladat összesen 20 blokkból áll, blokkonként 85 leütéssel. Az elsô 5 elem minden esetben random, ez a gyakorlási fázis, ezt követôen a 8 elemû szekvencia 10 alkalommal ismétlôdik. Az összes résztvevô esetében 6 különbözô szekvenciát használtunk. A helyes válasz után 120 másodperc múlva jelenik meg a következô inger. Egy blokk megközelítôleg másfél percig tart, a teljes feladat így körülbelül 20–30 percet igényel. Minden blokkot követôen megjelenik egy visszajelzés, hogy a vizsgált személy mennyire volt gyors és pontos, illetve ekkor van lehetôség pihenésre is 10–20 másodpercig, mielôtt elindul a következô blokk (48, 69). A feladatot követôen egy rövid kérdôívvel ellenôriztük, hogy mennyire vették észre a vizsgált személyek az ismétlôdô szekvenciát (45). A kérdéseket egytôl ötig terjedô skálán lehetett pontozni, ahol az 1-es a „Semmit nem vettem észre” az 5-ös pedig az „Észrevettem a rejtett szekvenciát”. Sem az apnoés, sem a kontrollcsoportban nem volt, aki észrevette a rejtett szekvenciát.
Eljárás Az apnoés betegek esetében a neuropszichológiai tesztfelvételt az SZTE Szent-Györgyi Albert Klinikai Központ, Somnocenter, Dél-alföldi Regionális Alvásdiagnosztikai és Terápiás Centrumban végeztük. Az egészséges kontrollszemé-
81
Eredeti
közlemények
lyek tesztfelvétele az SZTE Pszichológiai Intézet laborjában történt. Mindkét csoportnál a fáradási hatások minimalizálása érdekében a munkamemória tesztek és az ASRT feladat között 10 perces szünetet tartottunk. 82
Statisztikai elemzés Mivel az ASRT feladatban egy meghatározott szekvencia van elrejtve a random ingerek közé (például 2r1r4r3r, ahol a számok az elôre meghatározott sorozat ingerei, az „r” pedig a random inger), így bizonyos ingerhármasok vagy triplettek gyakrabban fordulnak elô. Például a 2_1, 1_4, 4_3, és a 3_2 (ahol bármilyen elem lehet) gyakrabban fordulnak elô, mert ezek a triplettek létrejöhetnek úgy is, hogy a kiemelt elemek a szekvencia részei (például 2r1) vagy pedig random elemek (random-szekvencia-random, ahol a két random elem véletlenszerûen a 2_1 triplettet hozza létre). Ezzel ellentétben az 1_2 vagy a 4_1 ritkábban fordulnak elô, mert ebben az esetben a kiemelt elemek csak randomok lehetnek (mert a szekvenciában soha nem következik az 1_ után a 2-es elem). Korábbi tanulmányoknak megfelelôen (45, 69) ezeket magas, illetve alacsony gyakoriságú triplettnek nevezzük a továbbiakban. A 64 lehetséges triplett közül 16 magas gyakoriságú triplett van, melyek mindegyike megközelítôleg 4%-os arányban fordul elô a próbák alatt, ötször gyakrabban, mint az alacsony gyakoriságú triplettek. Tehát a magas gyakoriságú tripletteknél sokkal jobban bejósolható az utolsó két elem alapján, hogy milyen inger fog következni harmadikként (70). Fontos még kiemelni, hogy minden egyes bemutatott inger esetében meghatározzuk, hogy magas vagy alacsony gyakoriságú triplett-e, aszerint, hogy jobban vagy kevésbé bejósolható a kettôvel korábban bemutatott inger alapján. Korábbi tanulmányokhoz hasonlóan (45, 48, 71) két alacsony gyakoriságú ingerhármast figyelmen kívül hagytunk az adatok elemzésénél. Ezek az ismétlôdések (például: 222, 333) és a trillek (például: 212, 343). Ezeknek az elemeknek a kiszûrésével biztossá válik, hogy a szekvencia-specifikus tanulás a magas és alacsony
gyakoriságú triplettek elkülönülésébôl adódik (71, 72). Korábbi tanulmányok azt mutatják, hogy a vizsgált személyek az ASRT feladat közben egyre gyorsabbak lesznek a magas gyakoriságú triplettekre az alacsony gyakoriságú triplettekhez képest, ez jelzi a szekvencia-specifikus tanulást (45, 69, 71). A feladat alatt, a triplett típusától független általános gyorsulás pedig az általános készségtanulást mutatja. Ezáltal lehetôvé válik, hogy a kétféle tanulási típust, azaz az általános és a szekvencia-specifikus tanulást el tudjuk különíteni, és külön tudjuk vizsgálni. Az adatelemzés megkönnyítése érdekében, a blokkokat ötösével epochokba szerveztük, így az elsô epoch tartalmazza az elsô öt blokkot, a második epoch a 6–10 blokkokat és így tovább (73, 74). Mivel a vizsgált személyek a pontosság tekintetében plafonhatást mutatnak (mindkét csoport esetében a pontosság meghaladja a 96%-ot), ezért az elemzés során, korábbi tanulmányokhoz hasonlóan, csak a reakcióidô eredményeket vettük figyelembe (69). A reakcióidô számításánál a helyes válaszok mediánját néztük, elkülönítve a magas és alacsony gyakoriságú triplettekre, személyenként és epochonként.
Eredmények Munkamemória feladatok eredményei Az apnoe és a kontrollcsoport munkamemória teljesítményének összehasonlítására kétmintás t-próbát alkalmaztunk. A verbális rövid távú emlékezet mérô számterjedelem teszten nem jelent meg szignifikáns különbség a két csoport között [t(40)=-1,115, p=0,272; 5,52 vs 5,90]. A komplex munkamemóriát mérô hallási mondatterjedelem teszten szignifikáns különbséget kaptunk az apnoés és a kontrollcsoport között [t(40)=-4,009, p<0,001]. Az egészséges kontrollcsoport szignifikánsan jobban teljesített, mint az OSAS csoport (3,30 vs 2,57). A téri-vizuális rövid távú emlékezetet mérô Corsi-kockák Teszten tendencia szintû különbség jelent meg a két csoport között [t(40)=1,947, p=0,059], azonban ebben az esetben az apnoés csoport teljesített
Az alvás differenciált hatása a munkamemória teljesítményre és a készségtanulásra...
jobban a kontrollhoz képest (5,19 vs 4,62) (1. ábra). 1. ábra Munkamemória teljesítmény az apnoe és a kontrollcsoportban
két csoportnak ugyanolyan volt a tanulási mintázata, habár az általános reakcióidôben az apnoés csoport egy kissé lassúbbnak bizonyult a kontrollcsoporthoz képest (CSOPORT fôhatás: F(1,40)=3,28, ηp=0,08, p=0,078) (2. ábra). 83
Megbeszélés
ASRT feladat eredményei Az implicit tanulás elemzésére összetartozó mintás varianciaanalízist használtunk, ahol a TRIPLETT (magas és alacsony gyakoriság) és az EPOCH (1–4) volt az összetartozó mintás faktor, és a CSOPORT (apnoe és kontroll) a független mintás faktor. A vizsgálati személyek megtanulták a rejtett szekvenciát, ahogy azt a szignifikáns TRIPLETT fôhatás mutatja [F(1,40)=10,91, ηp=0,21, p=0,002]. Sokkal gyorsabban válaszoltak a magas gyakoriságú triplettekre, mint az alacsony gyakoriságúakra. Nem találtunk különbséget az apnoés és a kontrollcsoport között a szekvencia-specifikus tanulás mértékében (TRIPLETT x CSOPORT interakció: F(1,40)=1,42, ηp=0,03, p=0,24). Az elemzés általános készségtanulást is kimutatott (szignifikáns EPOCH fôhatás: F(3,120)= 30,31, ηp=0,43, p<0,001), azaz a gyakorlás elôrehaladtával csökkent az ingerekre adott válaszok reakcióideje. Az apnoe és a kontrollcsoport nem különbözött egymástól szignifikánsan az általános készségtanulás mértékében (EPOCH x CSOPORT interakció: F(3,120)=0,05, ηp=0,001, p=0,99). A TRIPLETT x EPOCH és a TRIPLETT x EPOCH x CSOPORT interakciók nem szignifikánsak (F(3,120)=1,61, ηp=0,04, p=0,19; F(3,120)=0,85, ηp=0,02, p=0,47), ami azt jelezheti, hogy mind-
Kutatásunk célja az volt, hogy feltérképezzük a kérgi struktúrákhoz kapcsolódó munkamemória mûködését és inkább a kéreg alatti területekhez köthetô implicit tanulási mechanizmusokat obstruktív alvási apnoe szindrómában. Eredményeink alapján a komplex munkamemóriát mérô hallási mondatterjedelem teszten az OSAS csoport rosszabb teljesítményt mutatott, mint az egészséges kontroll, amíg a verbális rövid távú emlékezeti mûködésben nem találtunk különbséget a két csoport között. Meglepô módon, a téri-vizuális rövid távú emlékezetet vizsgáló Corsi-kockák Teszten az apnoés csoportnál jelent meg tendencia szinten jobb eredmény. Az implicit tanulást mérô ASRT feladaton pedig az apnoés csoport a hypoxia és alvásdepriváció ellenére ugyanolyan tanulási mintázatot mutatott, mint a kontroll, mind az általános készségtanulásban, mind a szekvencia-specifikus tanulásban. A munkamemória érintettségével kapcsolatos eredményeink megegyeznek azokkal a korábbi kutatásokkal, amelyek szintén károsodást találtak a rövid távú emlékezeti mûködésben apnoés betegeknél, amit a frontális területek mala2. ábra Implicit tanulás az apnoe és a kontrollcsoportban
Eredeti
84
közlemények
daptív mûködésével magyaráztak (7, 18, 21, 32–34). Eredményeinkkel ellentétben FeriniStrambi és mtsai (29) nem mutattak ki károsodást a munkamemóriában, amit magyarázhat, hogy alacsonyabb életkorú és iskolai végzettségû mintát vizsgáltak, illetve más jellegû feladattal mérték a komplex munkamemória mûködését (a fordított számterjedelem teszttel, ami lényegesen könnyebb feladat, mint a hallási mondatterjedelem tesz). Lee és mtsai (30) sem találtak károsodást a munkamemória funkciókban, amire szintén magyarázat lehet, hogy más típusú, kevesebb kognitív erôforrást igénylô feladatot alkalmaztak (California Verbális Tanulási Teszt), illetve a mintánkhoz viszonyítva, az általuk vizsgált apnoés betegeknek alacsonyabb volt a légzészavar index (RDI) átlagértéke. Jelen vizsgálatban az apnoés csoport tendencia szinten jobban teljesített a téri-vizuális emlékezeti feladatban, mint a kontrollcsoport, ami ellentmond Ferini-Strambi és mtsai (29) eredményeinek, ôk ugyanis károsodást találtak a téri-vizuális rövid távú emlékezet mûködésében, amit a Rey Komplex Ábra feladattal néztek. A más jellegû feladat – amit használtak – és az eltérô életkorú és iskolai végzettségû minta – amit néztek –, okozhat eltérést az eredményekben. Amíg a Rey Komplex Ábra ugyanis inkább a téri-vizuális rövid távú emlékezet vizuális komponensével van kapcsolatban, addig a Corsikockák Teszt a téri komponenssel (75). Wilde és mtsai (40) szintén a Rey Komplex Ábra Teszten kaptak csökkent teljesítményt apnoés betegeknél. Ebben az esetben is a feladat típusa és a vizsgált minta eltérése magyarázhatja az eredményeket, ugyanis vizsgálatukban agysérült betegcsoport szerepelt – ami önmagában okozhat alacsonyabb emlékezeti funkcionálást –, akiknél komorbiditásként jelent meg OSAS. Borak és mtsai (39) is eredményeinkkel ellentétben károsodást találtak a téri-vizuális emlékezetben, azonban az általunk vizsgált apnoés csoporthoz képest magasabb apnoe-hypopnoe index átlagértékkel (AHI) rendelkezô OSAS csoportot vizsgáltak és más tesztet alkalmaztak (Benton Teszt). Thomas és mtsai (23) kutatásukban a dorzolaterális prefrontális területek csökkent aktivitá-
sát találták apnoés betegeknél, amely magyarázata lehet a munkamemória alulmûködésének. Macey és mtsai (76) MRI-vel mutattak ki csökkentést a szürkeállományban, elsôsorban a frontális, a parietális és temporális régiókban, az anterior ciguláris kéregben, a hippocampus és a cerebellum területén. A kérdés azonban nem tisztázott, hogy ez a csökkenés az apnoe következménye, vagy ezeknek a régióknak az abnormalitása már korábban is fennállt, hozzájárulva ezzel a betegség kialakulásához (76). Archbold és mtsai (36) pedig arra a következtetésre jutottak, hogy bár OSAS-ban csökken az aktivitás a kisagyi területeken, ennek hatására viszont egyfajta kompenzáló mechanizmusként megnô a parietális területek aktivitása, amely magyarázhatja a téri-vizuális információk intakt kezelését. Eredményeink azt mutatják, hogy nincs különbség az OSAS és a kontrollcsoport között sem az általános készségtanulásban, sem a szekvencia-specifikus tanulásban. Ez meggyezik azokkal a korábbi kutatásokkal, melyek szintén nem találtak különbséget az OSAS és az egészséges kontrollcsoport között a tanulási mintázatban a Finger Tapping feladaton (35, 61, 62). Ezzel ellentétben Ferini-Strambi és mtsai (29), valamint Kim és mtsai (60) károsodást találtak a motoros tanulásban (Purdue Pegboard Test) apnoés betegeknél, aminek magyarázata lehet, hogy más jellegû feladatot használtak. Habár Rouleau és mtsai (59) egy kezdeti adaptációs nehézséget regisztráltak a procedurális tanulást mérô feladatokon (Mirror Tracing, Rotor Pursuit Test) az apnoe csoportban, de a tanulási mintázat megegyezett a kontrollcsoportéval. Az általunk használt ASRT feladat eltérôen a klasszikus SRT (Serial Reaction Time) vagy Finger Tapping feladattól, komplexebb és mivel minden második elem random, így az ismétlôdô szekvencia jobban el van rejtve, ezáltal nemcsak az implicit tanulás vizsgálatára alkalmas, hanem, külön tudjuk vizsgálni az általános készségtanulást és a szekvencia-specifikus tanulást (48, 68). Összefoglalva, vizsgálatunk fókuszában az alvási apnoés betegek frontális és kérgi területekhez kapcsolódó munkamemória kapacitása, és fôleg a kéreg alatti régióhoz kapcsolódó implicit
Az alvás differenciált hatása a munkamemória teljesítményre és a készségtanulásra...
tanulása állt. A komplex munkamemória károsodást mutatott, amíg a bazális ganglionokhoz kapcsolódó implicit-szekvencia tanulás meglepô módon a hypoxia és az alvásdepriváció ellenére intakt maradt. A kapott eredmények segít-
hetnek egy megfelelô rehabilitációs program kidolgozásában, illetve felhívják a figyelmet arra, hogy a szubkortikális régiókhoz köthetô funkciók nem függenek olyan mértékben az alvástól, mint a kérgi funkciók. 85
Irodalom 1. American Academy of Sleep Medicine. International classification of sleep disorders, 2nd edition: Diagnostic and coding manual. Westchester: American Academy of Sleep Medicine; 2005.
14. NAEGELE B, THOURVARD V, PEPIN JL, LEVY P, BONNET C, PERRET JE és mtsai: Deficits of cognitive executive functions in patients with sleep apnea syndrome. Sleep 1995; 18: 43–52.
25. PARRINO L, THOMAS RJ, SMERIERI A, SPAGGIARI MC, DEL FELICE A, TERZANO MG: Reorganization of sleep patterns in severe osas under prolonged CPAP treatment. Clinical Neurophysiology 2005; 116: 2228–2239.
2. BANNO K, KRYGER MH: Sleep apnea: Clinical investigations in humans. Sleep Medicine 2007; 8: 400–426.
15. BEDARD MA, MONTPLAISIR J, RICHER F, ROULEAU I, MALO J: Obstructive sleep apnea syndrome: Pathogenesis of neuropsychological deficits. Journal of Clinical Experimental Neuropsychology 1991; 13: 950-964.
26. MORISSON F, DECARY A, PETIT D, LAVIGNE G, MALO J, MONTPLAISIR J: Daytime sleepiness and EEG spectral analysis in apneic patients before and after treatment with continuous positive airway pressure. Chest 2001; 119: 45–52.
16. BEDARD MA, MONTPLAISIR J, MALO J, RICHER F, ROULEAU I: Persistent neuropsychological deficits and vigilance impairment in sleep apnea syndrome after treatment with continuous positive airways pressure (CPAP). Journal of Clinical Experimental Neuropsychology 1993; 15: 330–341.
27. JONES K, HARRISON Y: Frontal lobe function, sleep loss and fragmented sleep. Sleep Medicine Review 2001; 5: 463–475.
3. PATAKA A, RIHA RL: The obstructive sleep apnea/hypopnea syndrome – an overview. Respiratory Medicine 2009; 2: 111–117. 4. MALHOTRA A, WHITE DP: Obstructive sleep apnoea. Lancet 2002; 360: 237–245. 5. YAGGI H, MOHSENIN V: Obstructive sleep apnoea and stroke. Lancet Neurology 2004; 3: 333–342. 6. BARDLEY TD, FLORAS JS: Obstructive sleep apnea and its cardiovascular consequences. The Lancet 2009; 373: 82–93. 7. PIEROBON A, GIARDINI A, FANFULLA F, CALLEGARI S, MAJANI G: A multidimensional assessment of obese patients with obstructive sleep apnoea syndrome (OSAS): A study of psychological, neuropsychological and clinical relationships in a disabling multifaceted disease. Sleep Medicine 2008; 9: 882–889. 8. PILLAR G, LAVIE P: Psychiatric symptoms in sleep apnea syndrome: Effects of gender and respiratory disturbance index. Chest 1998; 114: 697–703. 9. ORTH M, DUCHNA HW, LEIDAG M, WIDDING W, RASCHE K, BAUER TT, és mtsai: Driving simulator and neuropsychological testing in OSAS before and under CPAP therapy. European Respiratory Journal 2005; 26: 898–903. 10. HOEKEMA A, STEGENGA B, BAKKER M, BROUWER WH, DE BONT LG, WIJKSTRA PJ, VAN DER HOEVEN JH: Simulated driving in obstructive sleep apnoea-hypopnoea; effects of oral appliances and continuous positive airway pressure. Sleep Breath 2007; 11: 129–138. 11. GOSSELIN N, MATHIEU A, MAZZA S, PETIT D, MALO J, MONTPLAISIR J: Attentional deficits in patients with obstructive sleep apnea syndrome: An event-related potential study. Clinical Neurophysiology 2006; 117: 2228–2235. 12. GOSSELIN N, MATHIEU A, MAZZA S, DECARY A, MALO J, MONTPLAISIR J: Deficits in involuntary attention switching in obstructive sleep apnea syndrome. Neuroscience Letters 2006; 408: 73–78. 13. ENGELMAN HM, KINGSHOTT RN, MARTIN SE, DOUGLAS NJ: Cognitive function in the sleep apnea/hypopnea syndrome (SAHS). Sleep 2000; 23: 102–108.
17. BEARPARK H, GRUNSEIN R, TOUYZ S, CHANNON L, SULLIVAN C: Cognitive and psychological dysfunction in sleep apnea before and after treatment with cpap. Journal of Sleep Research 1987; 16: 303–310. 18. COSENTINI FII, BOSCO P, DRAGO V, PRESTIANNI G, LANUZZA B, IERO I és mtsai: The apoe e4 allele increases the risk of impaired spatial working memory in obstructive sleep apnea. Sleep Medicine 2000; 9: 831–839. 19. REDLINE S, STROHL KP: Recognition and consequences of obstructive sleep apnea hypopnea syndrome. Clinics Chest Medicine 1998; 19: 1–19. 20. FINDLEY LJ, BARTH JT, POWERS DC, WILHOIT SC, BOYD DG, SURATT PM: Cognitive impairment in patients with obstructive sleep apnea and associated hypoxemia. Chest 1986; 90: 686–690. 21. ADAMS N, STRAUSS M, SCHLUCHER M, REDLINE S: Relation of measures of sleep-disordered breathing to neuropsychological functioning. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2001; 163: 1626–1631. 22. KE, VERMA A, RADTKE RA, VANLANDINGHAM KING JH, HUSAIN AM: Slow wave sleep rebound and rem rebound following the first night of treatment with CPAP for sleep apnea: Correlation with subjective improvement in sleep quality. Sleep Medicine 2001;2:215–223. 23. THOMAS RJ, ROSEN BR, STERN CE, WEISS JW, KWONG KK: Functional imaging of working memory in obstructive sleep-disordered breathing. Journal of Applied Physiology 2005; 98: 2226–2234. 24. HEINZER R, GAUDREAU H, DECARY A, SFORZA E, PETIT D, MORISSON F, MONTPLAISIR J: Slow-wave activity in sleep apnea patients before and after continuous positive airway pressure treatment: Contribution to daytime sleepiness. Chest 2001; 119: 1807–1813.
28. ENGELMAN HM, JOFFE D: Neuropsychological function in obstructive sleep apnoea. Sleep Medicine Review 1999; 3: 59–78. 29. FERINI-STAMBI L, BAIETTO C, DI GIOIA MR, CASTALDI P, CASTRONOVO C, ZUCCONI M, CAPPA SF: Cognitive dysfunction in patients with obstructive sleep apnea (OSA): Partial reversibility after continuous positive airway pressure (CPAP). Brain Research Bulletin 2003; 61: 87–92. 30. LEE MM, STRAUSS ME, ADAMS N, REDLINE S: Executive functions in persons with sleep apnea. Sleep Breath 1999; 3. 31. LAUER CJ, FISCHER J, LUND R, ZIHL J: Patients with obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) show deficits in attentional demands and problem solving capacities. Journal of Sleep Research 1998; 7: 148. 32. REDLINE S, STRAUSS ME, ADAMS N, WINTERS M, ROEBUCK T, SPRY K, ROSENBERG C, ADAMS K: Neuropsychological function in mild sleepdisordered breathing. Sleep 1997; 20: 160–167. 33. BEEBE DW, GOZAL D: Obstructive sleep apnea and the prefrontal cortex: Towards a comprehensive model linking nocturnal upper airway obstruction to daytime cognitive and behavioral deficits. Journal of Sleep Research 2002; 11: 1–16. 34. VERSTRAETEN E, CLUYDTS R, PEVERNAGIE D, HOFFMAN G: Executive function in sleep apnea: Controlling for attentional capacity in assessing executive attention. Sleep 2004; 27: 685–693. 35. NAEGELE B, LAUNOIS SH, MAZZA S, FEUERSTEIN C, PEPIN JL, LEVY P: Which memory processes are affected in patients with obstructive sleep apnea? An evaluation of 3 types of memory. Sleep 2006; 29: 533–544. 36. ARCHBOLD KH, BORGHESANI PR, MAHURIN RK, KAPU VK, LANDIS CA: Neuronal activation patterns during working memory tasks and OSA disease severity: Preliminary findings. Journal of Clinical Sleep Medicine 2008; 5: 21–27.
Eredeti
közlemények
37. MONASTERIO C, VIDAL S, DURAN J, FERRER M, CARMONA C, BARBE F és mtsai: Effectiveness of continuous positive airway pressure in mild sleep apnea-hypopnea syndrome. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2001; 164: 939–943.
86
38. LIM W, BARDWELL WA, LOREDO JS, KIM EJ, ANCOLI-ISRAEL S, MORGAN EE és mtsai: Neuropsychological effects of 2-week continuous positive airway pressure treatment and supplemental oxygen in patients with obstructive sleep apnea: A randomized placebo-controlled study. Journal of Clinical Sleep Medicine 2007; 3: 381–386. 39. BORAK J, CIESLICKI JK, KOZIEJ M, MATUSEWSZKI A, ZIELINSKI J: Effects of CPAP treatment on psychological status in patients with severe obstructive sleep apnoea. Journal of Sleep Research 1996; 5: 123-127. 40. WILDE MC, CASTRIOTTA RJ, LAI JM, ATANASOV S, MASEL BE, KUNA ST: Cognitive impairment in patients with traumatic brain injury and obstructive sleep apnea. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 2007; 88: 1284–1288. 41. GAIS S, MÖLLE M, HELMS K, BORN J: Learning-dependent increases in sleep spindle density. Journal Neuroscience 2002; 22: 6830–6834. 42. GAIS S, BORN J: Declarative memory consolidation: Mechanisms acting during human sleep. Learning and Memory 2004; 11: 679–685. 43. WALKER MP, BRAKEFIELD T, SEIDMAN J, MORGAN A, HOBSON JA, STICKGOLD R: Sleep and the time course of motor skill learning. Learning and Memory 2003; 10: 275–284. 44. FISCHER S, HALSCHMID M, ELSNER AL, BORN J: Sleep forms memory for finger skills. Proccedings of the National Academy of Sciences 2002; 99: 11987–11991. 45. SONG S, HOWARD JH, JR, HOWARD DV: Sleep does not benefit probabilistic motor sequence learning. Journal of Neuroscience 2007; 27: 12475–12483. 46. RIETH CA, CAI DJ, MCDEVITT EA, MEDNICK SC: The role of sleep and practice in implicit and explicit motor learning. Behavioral Brain Research 2010; 214: 470-474. 47. RICKARD TC, CAI DJ, RIETH CA, JONES J, ARD MC: Sleep does not enhance motor sequence learning. Journal of Experimental Psychology Learning Memory Cognition 2008; 34: 834–842. 48. NEMETH D, JANACSEK K, LONDE Z, ULLMAN MT, HOEARD D, HOWARD J: Sleep has no critical role in implicit motor sequence learning in young and old adults. Experimental Brain Research 2010; 201: 351–358. 49. SMITH CT, NIXON MR, NADER RS: Posttraining increases in rem sleep intensity implicate rem sleep in memory processing
and provide a biological marker of learning potential. Learning and Memory 2004; 11: 714–719. 50. COHEN DA, PASCUAL-LEONE A, PRESS DZ, ROBERTSON EM: Off-line learning of motor skill memory: A double dissociation of goal and movement. Proceedings of the National Academy of Sciences 2005; 102: 18237–18241.
63. PEKER Y, HEDNER J, KRAICZI H, LOTH S: Respiratory disturbance index: An independent predictor of mortality in coronary artery disease. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2000; 162: 81–86. 64. RACSMÁNY M, LUKÁCS Á, NÉMETH D, PLÉH C: A verbális munkamemória magyar nyelvû vizsgálóeljárásai. Magyar Pszichológiai Szemle, 2005; 60: 479–506.
51. WALKER MP, BRAKESFIELD T, MORGAN A, HOBSON JA, STICHGOLD R: Practice with sleep makes perfect: Sleep-dependent motor skill learning. Neuron 2002; 35: 205–211.
65. RICHARDSON JTE: Measures of short-term memory: A historical review. Cortex 2007; 43: 635–650.
52. NADER R, SMITH C: The role of stage 2 sleep in memory processing. In: Macquet P, Smith R, Stickgold R. (editors). Sleep and brain plasticity. New York: Oxford University Press; 2003. 88–97.
66. JANACSEK K, TÁNCZOS T, MÉSZÁROS T, NÉMETH D: The hungarian version of listening span task. Magyar Pszichológiai Szemle (Hungarian Review of Psychology) 2009; 64: 385–406.
53. WALKER MP, STICKGOLD R, ALSOP D, GAAB N, SCHLAUG G: Sleep-dependent motor memory plasticity in the human brain. Neuroscience 2005; 133: 911–917.
67. DANEMAN M, BLENNERHASSETT A: How to assess the listening comprehension skills of prereaders. Journal of Educational Psychology 1984;76: 1372–1381.
54. MORIN A, DOYON J, DOSTIE V, BARAKAT M, HADJ TAHAR A, KORMAN M és mtsai: Motor sequence learning increases sleep spindles and fast frequencies in post-training sleep. Sleep 2008; 31: 1149–1156. 55. YORDANOVA J, KOLEV V, VERLEGER R, BATAGHVA Z, BORN J, WAGNER U: Shifting from implicit to explicit knowledge: Different roles of early- and late-night sleep. Learning and Memory 2008; 15: 508–515. 56. HUBER G, GHILARDI MF, MASSIMI M, TIONINI G: Local sleep and learning. Nature 2005; 430: 78–81. 57. SMITH C: Sleep states and memory processes in humans: Procedural versus declarative memory systems. Sleep Medicine Review 2001; 5: 491–506. 58. BACKHAUS J, JUNGHANNS K: Daytime naps improve procedural motor memory. Sleep Medicine 2006; 7: 508–512. 59. ROULEAU I, DECARY A, CHICOINE AJ, MONTPLAISIR J: Procedural skill learning in obstructive sleep apnea syndrome. Sleep 2002; 25: 401–411. 60. KIM HC, YOUNG T, MATTHEWS CG, WEBER SM, WOODWARD AR, PALTA M: Sleep-disordered breathing and neuropsychological deficits. A population-based study. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 1997; 156: 1813–1819. 61. ROEHRS T, MERRION M, PEDROSI B, STEPANSKI E, ZORIAK F, ROTH T: Neuropsychological function in obstructive sleep apnea syndrome (osas) compared to chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Sleep 1995; 18. 62. LOJANDER J, KAJASTE S, MAASILTA P, PARTINEN M: Cognitive function and treatment of obstructive sleep apnea syndrome. Journal of Sleep Research 1999; 8: 71–76.
NÉMETH DEZSÔ
68. HOWARD DV, HOWARD JH, Jr: Age differences in learning serial patterns: Direct versus indirect measures. Psychology and Aging 1989; 4: 357–364. 69. HOWARD JH, Jr, HOWARD DV: Age differences in implicit learning of higher-order dependencies in serial patterns. Psychology and Aging 1997; 12: 634–656. 70. REMILLARD G: Implicit learning of second-, third-, and fourth-order adjacent and nonadjacent sequential dependencies. The Quarterly Journal of Experimental Psychology 2008; 61: 400–424. 71. HOWARD DV, HOWARD JH, Jr, JAPKISE K, DIYANNI C, THOMPSON A, SOMBERG R: Implicit sequence learning: Effects of level of structure, adult age, and extended practice. Psychology and Aging 2004; 19: 79–92. 72. SOETENS E, MELIS A, NOTEBAERT W: Sequence learning and sequential effects. Psychological Research 2004; 69: 124–137. 73. BENNETT IJ, JAMES H. HOWARD J, HOWARD DV: Age-related differences in implicit learning of subtle third-order sequential structure. Journal of Gerontology: Psychological Sciences 2007; 62B: 98–103. 74. BARNES KA, BARNES KA, HOWARD JH, Jr., HOWARD DV, GILOTTY L, KENWORTHY L és mtsai: Intact implicit learning of spatial context and temporal sequences in childhood autism spectrum disorder. Neuropsychology 2008; 22: 563. 75. BADDELEY A, EYSENCK MW, ANDERSON MC: Memory. Budapest: Akadémia Kiadó; 2010. 76. MACEY PM, HENDERSON LA, MACEY KE, ALGER JR, FRYSINGER RC, WOO MA és mtsai: Brain morphology associated with obstructive sleep apnea. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2002; 166: 1382–1387.
6722 Szeged, Egyetem u. 2.
e-mail:
[email protected]
