Sleep and cognition: The impact of sleep loss on proactive and reactive cognitive control

Abstract

Virkningen av å sove mindre er assosiert med redusert kognitiv fungering, og både de med kort habituell søvnlengde og søvndepriverte individer ha en tendens til å utvise lavere prestasjonsevne på kognitive tester sammenlignet med personer med lengre søvnlengde. Selv om det er individuell variasjon i søvnmønster og lengde, er det nasjonale anbefalinger på 7-8 timer søvn, og tendensen til å sove mindre enn dette øker. Denne pilot-studien ønsket å utforske om det var en påvirkning på kognisjon etter en søvnrestriksjonsprotokoll med 3 timer mindre søvn i 3 netter. Spørsmål som ble undersøkt var om det var en forskjell i atferdsmålinger på Continous Performance Task (CPT) etter søvnrestriksjon, om det var forskjell i hjerneaktivering relatert til proaktiv eller reaktiv kognitiv kontroll under CPT-test, og om den subjektive søvnigheten ble påvirket av søvnrestriksjonen. Data ble samlet fra 11 frise deltakere (2 menn ; age M = 23,82, SD = 1,99). Deltakerne sov hjemme, og søvnmønster ble målt ved hjelp av aktigraf og søvndagbok. Habituell søvnlengde ble målt den første uken, og ble brukt til å kalkulere søvnlengde i søvnrestriksjonsprotokollen for hvert enkelt individ. fMRI ble inkludert for å måle hjerneaktivitet, og CPT tilpasset et mixed block/event-related design ble gjennomført under fMRI som et atferdsmessig objektivt mål på kognitiv kontroll. Dette ble utført både etter habituell søvnlengde og etter søvnrestriksjon. Karolinska Sleepiness Scale (KSS) ble inkludert for å måle subjektiv søvnighet før hver MRI-scanning. Resultatene av denne piloten viser ikke signifikant forskjell mellom søvnrestriksjon og kontroll betingelsen i atferdsmessige mål på CPT. Den subjektive søvnigheten var signifikant forskjellig mellom betingelsene, hvor det var en økning i rapportert søvnighet etter søvnrestriksjon. Resultatene viser også en økt proaktiv kontroll relatert til økt aktivering i dorslolaterale prefrontale cortex (dlPFC) etter søvnrestriksjon. Dette er assosiert med oppmerksomhet og bedre prestasjon på tester. Økning i prestasjonskrav på oppgave og høyere rapportert subjektiv søvnigheter er også assosiert med økt aktivering i dlPFC. Dette leder til en tolkning av en kompensatorisk nevronal rekruttering relatert til proaktiv kontroll for å kunne opprettholde optimal prestasjon etter søvnrestriksjon, og når man føler seg mer søvnig. En økt aktivering i dlPFC etter søvnrestriksjon for å kompensere for å opprettholde prestasjonsnivå etter tap av søvn er en tolkning som passer godt både med manglende effekt på atferdsmål under CPT og økt rapportert subjektiv søvnighet.

The impact of not getting enough sleep is associated with reduced cognitive functioning, and both short habitual sleepers and sleep deprived individuals tend to have lower cognitive performance on tests, compared to persons with longer sleep length. Even though there is individual variation in sleep patterns and length, there is a recommendation of 7-8 hours, and the tendency to sleep less is increasing. This pilot study aimed to explore if there was an impact on cognition after a sleep-restriction (SR) protocol of 3 hours less sleep for 3 nights. Questions examined here was if there was a difference in measures on Continuous Performance Task (CPT) after SR, if there was a difference in brain activation related to proactive or reactive control during the CPT-task after SR, and if the subjective feeling of sleepiness was impacted by SR. Data was collected from 11 healthy participants (2 male; age M = 23,82, SD = 1,99). The participants slept at home, and sleep patterns was measured by actigraphs and sleep diaries. Habitual sleep length was measured the first week and was used to calculate sleep length in the SR-protocol for each individual. fMRI was included as a neuronal component, and Continuous Performance Task (CPT) adapted for a mixed block/event-related design was done during fMRI as a behavioural objective measure of cognitive control. This was performed both after habitual sleep (control condition) and SR. Karolinska Sleepiness Scale (KSS) was included to measure subjective sleepiness before MRI-scans. Results in this thesis does not show a significant difference in behavioural measures in the sleep restriction condition and the control condition. The subjective sleepiness was found to be significantly different between the two conditions, were there was an increased sleepiness after the SR. Results also show an increased proactive control related to activation in the dlPFC, which is associated with better task performance and attention. Increased task demands and higher ratings on subjective sleepiness also is associated with increased activations in the dlPFC. These leads to the interpretation that there is a compensatory neuronal recruitment in proactive control to be able to maintain an optimal performance level after SR, when feeling more sleepy. An increased activation in the dlPFC after SR to compensate for sleep loss to maintain task-performance is an interpretation that fits well with both the missing decline in behavioural measures and increased subjective sleepiness.