2022 Fiscal Year Annual Research Report
Role of sleep in learning transfer
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22H01107
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
玉置 應子 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 理研白眉研究チームリーダー (20586276)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
有竹 清夏 埼玉県立大学, 保健医療福祉学部, 准教授 (50415577)
上野 賢一 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 技師 (90332337)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 睡眠 / 学習 / 脳の可塑性 / 学習の転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
睡眠後に、運動技能や見え方が向上することが報告され、単一の学習における睡眠の役割については代表者の研究を含めて顕著な成果が挙げられている（Tamaki et al., 2019, J. Vis）。一方で、ある課題における学習が異なる課題の学習を促進する学習の転移という現象が知られている。例えば、運動技能の学習が、単語の順序に関する記憶を促進することが報告されている（Mosha et al., 2016）。学習の転移は私たちが新しい場面・状況に対して適応的に生きていく上で必要不可欠な機能であるにも関わらず、そのメカニズムは全く分かっていない。学習の転移において睡眠時の脳活動が重要な役割を果たす可能性がある。代表者は、ノンレム睡眠時に脳の可塑性（変化のしやすさ）が上がり、レム睡眠時に複数の脳領域間の結合性（機能的な結びつき）が高まることを提案した（Tamaki et al., 2020, Nat. Neurosci.; Tamaki et al., 2020, PNAS）。睡眠中に特有のこれらのプロセスが学習の転移において役割を果たす可能性がある。本提案研究では、ヒトの睡眠中の脳の可塑性変動を詳細に捉えることで、学習の転移における睡眠の役割とその神経基盤を解明することを目的とする。 今年度は主に行動実験を中心に実施し、学習の転移において睡眠の期間が必要であるかを検討した。学習課題としては、視覚記憶課題（視覚課題）と運動学習課題（運動課題）を用いた。視覚課題と運動課題の訓練の間に、高次の共通ルールを設け、睡眠後のパフォーマンスの変化を検討した。その結果、異なる課題間で高次の共通のルールが存在し、睡眠期間をはさんだ場合のみ、運動技能課題は飛躍的に向上することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
学習の転移には、睡眠プロセスが関与する可能性が高い。この可能性とメカニズムを検証する第一歩として、まず今年度は主として行動実験を中心に実施し、学習の転移において睡眠の期間が必要であるかを検討した。本実験では、2種類の課題を用いた。1つは運動課題、もう1つは視覚課題とした。1日目に課題のトレーニングを行い、終夜睡眠をはさんで、2日目に課題の再テストを実施した。運動課題におけるパフォーマンスの変化を検討した。まず、異なる課題間で高次の共通のルールが存在する群と、ルールが異なる群とで、睡眠期間の効果を検討した。その結果、異なる課題間で高次の共通のルールが存在する群において、運動課題は飛躍的に向上することがわかった。異なる課題間でルールが共通しない群では、運動課題における有意なパフォーマンス向上はみられなかった。次に、覚醒コントロール群において、睡眠期間を含まない1.5時間程度の間隔をおいてパフォーマンスの変化を検討し、睡眠・覚醒の効果を比較した。その結果、2つの課題間に高次の共通ルールが存在する場合でも、覚醒期間を経ると、運動課題におけるパフォーマンスは有意に向上しなかった。これらのことから、睡眠の期間は、異なる学習の相互作用を促し、学習向上をもたらすことに関与すると考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに実施した行動実験からは、睡眠中に異なる学習が相互作用することが示唆された。今後は、睡眠中の何が飛躍的な学習間の相互作用をもたらしたのか、そのメカニズムを検討するために、睡眠ポリグラフ実験を実施する予定である。多チャンネル脳波計を用いて、学習・記憶、脳の可塑性に関与することが指摘されている睡眠紡錘波やスローオシレーションなどの睡眠中に特有な脳活動を解析する。
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