The Effects of Short-Term Sleep Restriction on Proactive and Reactive Cognitive Control Regions

Abstract

Proaktiv og reaktiv kontroll er to modus av kognitiv kontroll som fungerer på ulike tidsskalaer og aktiverer både overlappende og distinkte hjerneregioner. Ingen tidligere studier har undersøkt hvordan hjerneregioner knyttet til proaktiv og reaktiv kontroll påvirkes av kortvarig søvnrestriksjon. Tidligere hjerneavbildningsstudier har funnet både mer og mindre hjerneaktivering etter søvnmangel, og der er en generell mangel på hjerneavbildningsstudier som har undersøkt konsekvensene av søvnrestriksjon. Denne studien rekrutterte derfor 30 friske frivillige for funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) under to ulike betingelser: en gang når de var normalt uthvilt (RW), og en gang etter en tre-dagers søvnrestriksjon (SR), der de sov 3 timer mindre i 3 netter på rad. En variant av Conners Continuous Performance Test (også kalt Not-X-CPT) ble utført under fMRI-skanning for å undersøke effektene av søvnrestriksjon på proaktiv og reaktiv kognitiv kontroll. For å undersøke proaktiv og reaktiv kontroll ble både blokk- og hendelses-relaterte fMRI analyser benyttet. Resultatene viste at begge modus av kognitiv kontroll var assosiert med redusert hjerneaktivering etter søvnrestriksjon. Disse funnene var relatert til verre prestasjon på Not-X-CPT oppgaven, med tregere reaksjonstid og høyere antall unnlatelsesfeil (omissions). Funnene viser at selv moderat søvnmangel kan ha innvirkning på kognitiv prestasjonsevne og hjernefunksjon hos friske voksne, og at både proaktiv og reaktiv kontroll blir påvirket.

Proactive and reactive cognitive control work on different temporal scales and engage both overlapping and distinct brain regions. No earlier studies have investigated how proactive and reactive control regions are affected by short-term sleep-restriction. Further, previous neuroimaging findings have diverged and found both increases and decreases in brain activation following sleep loss, and there is a general lack of neuroimaging studies on sleeprestriction. This study recruited thirty healthy adult participants for functional magnetic resonance imaging (fMRI) in two conditions: once in rested wakefulness (RW), and once following a three-day sleep restriction (SR) intervention where participants slept 3 hours less for 3 consecutive nights. A Not-X-Continuous Performance Test was performed inside the scanner to investigate the effects of SR on proactive and reactive control, using both blockrelated and event-related fMRI analyses. Results showed reduced proactive and reactive cognitive control brain activation after SR. Cortical hypoactivation was accompanied with deficits in task performance, including increased reaction times and a higher number of omission errors. These findings show that even moderate sleep loss can have consequences for cognitive performance and brain function, and that both proactive and reactive brain regions appear to be vulnerable to sleep loss.