Sleep-dependent transformation of reward-related memory
Final Report Abstract
Das vorliegende Projekt hatte die Untersuchung der Transformation von belohnungsbezogenen Gedächtnisinhalten durch Schlaf zur Grundlage. Es ist schon lange bekannt, dass Schlaf das Gedächtnis durch die Reaktivierung von gelernten Informationen verbessert. Das Projekt hatte zum Ziel diese Erkenntnisse auf den Bereich des Belohnungslernens auszuweiten. Der Projektablauf wurde maßgeblich dadurch beeinflusst, dass eine andere Arbeitsgruppe Teilaspekte des Projekts bereits vor Projektbeginn unabhängig vom Antragssteller durchgeführt und veröffentlicht hatte. Dies ermöglichte ein frühzeitiges Umsteuern der Projektziele, so dass der Antragsstelle sich darauf konzentrierte einen Gedächtnistest zu entwickeln, welcher assoziative Gedächtnisrepräsentationen im Hirnscanner messbar machen kann, um so Belohnungslernen im Schlaf direkter zu untersuchen. Die so veränderte Zielsetzung des Projekts kann als voller Erfolg gewertet werden. In dem neuen Test sehen Probanden ein Bild im unteren Teil des Bildschirms und müssen entscheiden, welches von drei Bildern im oberen Bildschirmteil damit verbunden ist. Durch Versuch und Irrtum erlernt der Proband die Verknüpfungsstruktur der Bilder. Diese folgt einer spinnennetzähnlichen Verknüpfung, so dass manche Bilder im Netz nah aneinander sind andere Bilder sind fern mit vielen Bildern dazwischen. Schlaf verbesserte das Gedächtnis an die Verknüpfung zwischen Bildern in Abhängigkeit ihrer Wichtigkeit für die Struktur des Netzes. Dabei kann zwischen globaler und lokaler Wichtigkeit unterschieden werden. Lokale Wichtigkeit bezieht die direkte Verknüpfung mit anderen Bildern ein, je mehr direkte Verbindungen ein Bild mit anderen Bildern hat, desto wichtiger ist es. Globale Wichtigkeit bezieht sich auf die Länge der Verbindung eines Bildes mit allen anderen Bilder, das heißt mit wie vielen Schritten kann ich jedes andere Bild im Netzwerk erreichen. Je kürzer diese ist, desto größer ist die Wichtigkeit dieses Bildes im Netzwerk. Schlaf festigt dabei vorrangig die wichtigsten Bilder des Netzwerkes, unabhängig davon, ob es sich um lokale oder globale Wichtigkeit handelt. Zusätzlich zu den Verhaltensmaßen dieses Testes wurde geprüft, wie sich die gelernten Bilder im Gehirn repräsentiert werden. Es ist bekannt, dass in den höheren kortikalen Arealen des Gehirns Bilder, die ähnliche Gegenstände abbilden, ähnliche Hirnaktivität auslösen. Diese Ähnlichkeit kann durch eine Distanzmatrix abgebildet werden. In einem ähnlichen Verfahren wurde im vorliegenden Projekt die Hirnaktivität der verschiedenen Bilder im Netzwerk miteinander verglichen. Unabhängig von der Ähnlichkeit der Abbildungen zeigte sich, dass Bilder die im Netzwerk nahe aneinander liegen, im Hippocampus ähnlicher repräsentiert werden, als solche die weit auseinanderliegen. Dies spricht dafür, dass die Gedächtnisrepräsentationen der nahen Bilder sich stärker ähneln. In Zukunft können nun Veränderungen dieser Ähnlichkeit gemessen werden, um Gedächtnisprozesse im Schlaf zu ergründen. Zum Beispiel ist es plausibel, dass Gedächtnisspuren sich stärker ähneln, wenn sie im Schlaf stärker Reaktiviert wurden. Eine solche stärkere Reaktivierung kann durch Belohnungen ausgelöst werden. Im vorliegenden Projekt wurden bereits Daten zu dieser Fragestellung erhoben und werden derzeit ausgewertet. Die Arbeit in diesem Projekt zeigt das Potential netzwerkbasierter Lernaufgaben für die Schlaf- und Gedächtnisforschung. Es bestehen viele Möglichkeiten diese Ergebnisse in Zukunft auszubauen. Beispielsweise könnte durch diese Herangehensweise die direkte Messung von Reaktivierung während des Schlafs im Menschen möglich werden.
Publications
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(2018). Overnight memory consolidation facilitates rather than interferes with new learning of similar materials - a study probing NMDA receptors. Neuropsychopharmacology, 43(11), 2292-2298
Alizadeh Asfestani, M., Braganza, E., Schwidetzky, J., Santiago, J., Soekadar, S., Born, J., & Feld, G. B.
