DOI: https://doi.org/10.3389/fnins.2025.1559969
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40270765
تاريخ النشر: 2025-04-09
المؤلف: Zhongkai Ren وآخرون
الموضوع الرئيسي: النوم والإرهاق المرتبط بالعمل
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير الحرمان من النوم على الوظيفة الإدراكية لدى البالغين الأصحاء، باستخدام إمكانيات الحدث المرتبطة بالسمع P300 (ERPs) ووقت الاستجابة الذاتي كمقاييس رئيسية. من خلال استخدام تخطيط الدماغ الكهربائي عالي الكثافة (EEG) ونموذج الأودبال، قام الباحثون بتقييم إمكانيات P300 قبل وبعد الحرمان من النوم في المشاركين الذين تم تصنيفهم إلى مجموعات حرمان من النوم الحاد والمزمن بناءً على تاريخ عملهم في النوبات الليلية.
كشفت النتائج عن زيادة كبيرة في زمن استجابة P300 ووقت الاستجابة بعد الحرمان من النوم، حيث شهدت المجموعة الحادة زيادة ملحوظة قدرها 83.69 مللي ثانية (P < 0.05)، بينما أظهرت المجموعة المزمنة زيادة أصغر قدرها 6.54 مللي ثانية (P < 0.05). تم تحديد تأثير تفاعلي بين مدة النوبة الليلية وحالة النوم على وقت الاستجابة [F(aXb) = 4.736، P = 0.040، η_p^2 = 0.165]، مما يشير إلى أن التأثيرات الإدراكية للحرمان من النوم تختلف بين المجموعتين. تؤكد النتائج أن الحرمان الحاد من النوم يؤدي إلى عجز إدراكي أكثر وضوحًا، بينما يؤدي الحرمان المزمن من النوم إلى عجز أخف ولكنه مستمر. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى الوعي بشأن العجز الإدراكي المرتبط بالنوبات الليلية لتقليل المخاطر المتعلقة بالإنتاجية الصناعية وسلامة المرور.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث آثار الحرمان من النوم، والذي يُعرف بأنه عدم القدرة على تلبية متطلبات النوم القياسية بسبب عوامل مختلفة. تسلط الضوء على أن الحرمان من النوم يؤثر بشكل انتقائي على شبكات الانتباه والوظائف التنفيذية، مع تأثيرات كبيرة على الأداء الإدراكي، بما في ذلك الانتباه والذاكرة واتخاذ القرار. تشير الورقة إلى التصنيف الدولي لاضطرابات النوم، مشيرة إلى أن متلازمة نقص النوم هي مصطلح سريري للحرمان من النوم، والذي يمكن أن يظهر كفرط النوم. يعاني حوالي 29% من البالغين الأمريكيين من مشاكل تتعلق باضطرابات النوم، مما يؤثر على إنتاجية 50-70 مليون فرد، وخاصة النساء.
توضح المقدمة أيضًا تصنيف الحرمان من النوم إلى حرمان كامل من النوم الحاد (TSD) وقيود جزئية مزمنة على النوم، مع التأكيد على الآثار الضارة على الوظائف الإدراكية مثل سلوك البحث البصري ومعالجة السمع. تشير إلى دراسات تظهر كيف يمكن أن يؤثر TSD على الأداء الإدراكي، مقارنةً بتسمم الكحول الخفيف، وتبرز أهمية النوم الكافي لتوحيد الذاكرة والصحة الإدراكية العامة. تهدف الورقة إلى سد الفجوات المعرفية الحالية من خلال التحقيق في العجز الإدراكي عبر أطوال مختلفة من تاريخ النوبات الليلية، باستخدام إمكانيات الحدث المرتبطة بالسمع P300 (ERPs) كمؤشرات موضوعية لتغيرات الوظيفة الإدراكية بسبب الحرمان من النوم، جنبًا إلى جنب مع تقييمات وقت الاستجابة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام نموذج الأودبال السمعي للتحقيق في اختلافات الوظيفة الإدراكية بين الأفراد الذين يعانون من الحرمان المزمن والحاد من النوم. كانت المحفزات تتكون من 80% نغمة نقية قياسية بتردد 1.0 كيلوهرتز و20% نغمة نقية مستهدفة بتردد 1.5 كيلوهرتز، مع تقديم 60 إلى 65 محفزًا مستهدفًا بترتيب عشوائي زائف لتجنب الأهداف المتتالية. كانت هذه المنهجية تهدف إلى استثارة إمكانيات الحدث المرتبطة بالسمع P300 (ERP)، والتي تعتبر علامة بيولوجية محتملة للتدخلات العلاجية في السياقات السريرية والعصبية الإدراكية.
تم مراقبة المشاركين لمدة 24 ساعة من اليقظة بعد استيقاظهم في الصباح، حيث شاركوا في أنشطة خفيفة مع تجنب التمارين عالية الكثافة والمنبهات. حدث جمع البيانات قبل وبعد فترة الحرمان من النوم. تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام SPSS 25.0، مع تقديم بيانات التوزيع الطبيعي كمتوسط ± انحراف معياري. قارن اختبار t للعينات المزدوجة بيانات ما قبل وما بعد التجربة، بينما قيم تحليل التباين ANOVA للقياسات المتكررة تأثيرات حالة النوم ومدة النوبة الليلية على وقت الاستجابة وP300. تم الإبلاغ عن أحجام التأثير باستخدام مربع إيتا الجزئي (η_p^2)، وتم تحديد الدلالة عند P < 0.05، مع تطبيق تصحيحات بونفيروني للمقارنات الزوجية. تم إجراء تحليلات إضافية باستخدام GraphPad Prism 9.0 لتقييم الانحدار الخطي والارتباط.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى تأثير كبير للحرمان من النوم على أوقات الاستجابة عبر ظروف النوم المختلفة. كشف اختبار t للعينات المزدوجة أن المشاركين أظهروا زيادة ملحوظة في وقت الاستجابة بعد الحرمان من النوم (t = 0.381، P = 0.025). على وجه التحديد، شهدت المجموعة الحادة زيادة كبيرة قدرها 83.69 مللي ثانية (F = 11.179، P = 0.003)، بينما أظهرت المجموعة المزمنة زيادة طفيفة فقط قدرها 6.54 مللي ثانية (F = 0.071، P = 0.793). أكد تحليل التباين ANOVA للقياسات المتكررة أيضًا تأثيرًا رئيسيًا كبيرًا لحالة النوم على وقت الاستجابة (F = 6.514، P = 0.017، η_p^2 = 0.213)، على الرغم من أن مدة تاريخ النوبة الليلية لم تؤثر بشكل كبير على أوقات الاستجابة (F(a) = 0.615، P = 0.440، η_p^2 = 0.025). من الجدير بالذكر أن تأثيرًا تفاعليًا بين تاريخ النوبة الليلية وحالة النوم كان كبيرًا (F(aXb) = 4.736، P = 0.040، η_p^2 = 0.165)، مما يشير إلى تأثيرات مختلفة للحرمان من النوم على أوقات الاستجابة في المجموعات المزمنة مقابل الحادة.
بالإضافة إلى ذلك، تشير نتائج إمكانيات الحدث المرتبطة (ERPs)، المفصلة في الجداول 3 و4 والأشكال 3B وC و4، إلى اختلافات في زمن استجابة P300 وسعته بين المجموعتين في الأساس وبعد الحرمان الكامل من النوم (TSD). تؤكد هذه النتائج على العجز الإدراكي المرتبط بالحرمان من النوم، مع تسليط الضوء بشكل خاص على التأثيرات الواضحة في الأفراد الذين يعانون من الحرمان الحاد من النوم مقارنةً بأولئك الذين يعانون من الحرمان المزمن من النوم.
المناقشة
تحققت الدراسة التي أجريت في مستشفى تيانجين المركزي الأول من آثار الحرمان من النوم على الوظيفة الإدراكية، مع التركيز بشكل خاص على مكون P300 من EEG وأوقات الاستجابة بين المشاركين البالغين الأصحاء. صنفت الدراسة المشاركين إلى مجموعات حرمان من النوم الحاد والمزمن بناءً على تاريخ عملهم في النوبات الليلية. كشفت النتائج الرئيسية أن الحرمان من النوم لمدة 24 ساعة أدى إلى زيادة كبيرة في زمن استجابة P300 (بمقدار 18.76 مللي ثانية) ووقت الاستجابة، مما يشير إلى ضعف في المعالجة الإدراكية. من الجدير بالذكر أن الأفراد الذين لديهم خبرة في العمل في النوبات الليلية المزمنة أظهروا تدهورًا إدراكيًا أقل مقارنةً بأولئك الذين ليس لديهم نوبات ليلية، مما يشير إلى إمكانية التكيف مع الحرمان من النوم. ومع ذلك، أظهر العمال المزمنون عجزًا إدراكيًا مستمرًا، قد يكون مرتبطًا بالتهاب عصبي وتغيرات في إيقاعات الساعة البيولوجية.
أظهر تحليل سعة P300 عدم وجود تغييرات كبيرة، مما يشير إلى أنه بينما يؤثر الحرمان من النوم على الوظيفة الإدراكية، قد لا تكون العلاقة بين مقاييس P300 ووقت الاستجابة مباشرة. تبرز الدراسة أهمية النوم الكافي لصحة الإدراك وتقترح أن العمل في النوبات الليلية المزمنة قد يؤدي إلى عجز إدراكي طويل الأمد. تؤكد النتائج على الحاجة إلى مزيد من البحث مع أحجام عينات أكبر لاستكشاف التأثيرات الدقيقة للحرمان من النوم وعمل النوبات الليلية على الأداء الإدراكي، فضلاً عن الآليات البيولوجية الأساسية المعنية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnins.2025.1559969
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40270765
Publication Date: 2025-04-09
Author(s): Zhongkai Ren et al.
Primary Topic: Sleep and Work-Related Fatigue
Overview
This study investigates the impact of sleep deprivation on cognitive function in healthy adults, utilizing auditory P300 event-related potentials (ERPs) and subjective reaction time as primary metrics. Employing high-density electroencephalography (EEG) and the oddball paradigm, the researchers assessed P300 ERPs before and after sleep deprivation in participants categorized into acute and chronic sleep deprivation groups based on their night shift history.
The results revealed a significant increase in P300 latency and reaction time post-sleep deprivation, with the acute group experiencing a notable increase of 83.69 ms (P < 0.05), while the chronic group showed a smaller increase of 6.54 ms (P < 0.05). An interaction effect was identified between night shift duration and sleep condition on reaction time [F(aXb) = 4.736, P = 0.040, η_p^2 = 0.165], indicating that the cognitive effects of sleep deprivation differ between the two groups. The findings underscore that acute sleep deprivation leads to more pronounced cognitive deficits, whereas chronic sleep deprivation results in milder but persistent impairments. The study emphasizes the need for awareness regarding cognitive impairments associated with night shifts to mitigate risks related to industrial productivity and traffic safety.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the implications of sleep deprivation, defined as the inability to meet standard sleep requirements due to various factors. It highlights that sleep deprivation selectively impairs attention networks and executive functions, with significant effects on cognitive performance, including attention, memory, and decision-making. The paper cites the International Classification of Sleep Disorders, noting that sleep insufficiency syndrome is a clinical term for sleep deprivation, which can manifest as hypersomnia. Approximately 29% of American adults experience sleep disorder-related issues, affecting the productivity of 50-70 million individuals, particularly women.
The introduction further details the categorization of sleep deprivation into acute total sleep deprivation (TSD) and chronic partial sleep restriction, emphasizing the detrimental effects on cognitive functions such as visual search behavior and auditory processing. It references studies that demonstrate how TSD can impair cognitive performance, comparable to mild alcohol intoxication, and highlights the importance of sufficient sleep for memory consolidation and overall cognitive health. The paper aims to fill existing knowledge gaps by investigating cognitive impairment across different lengths of night shift history, utilizing P300 event-related potentials (ERPs) as objective indicators of cognitive function changes due to sleep deprivation, alongside reaction time assessments.
Methods
In this study, the auditory Oddball paradigm was employed to investigate cognitive function differences between individuals experiencing chronic and acute sleep deprivation. The stimulus consisted of an 80% standard 1.0 kHz pure tone and a 20% target 1.5 kHz pure tone, with 60 to 65 target stimuli presented in a pseudo-random order to avoid consecutive targets. This methodology aimed to elicit the P300 event-related potential (ERP), which serves as a potential biomarker for therapeutic interventions in clinical and neurocognitive contexts.
Participants were monitored for 24 hours of wakefulness following their morning awakening, during which they engaged in light activities while avoiding high-intensity exercise and stimulants. Data collection occurred before and after the sleep deprivation period. Statistical analyses were conducted using SPSS 25.0, with normal distribution data presented as mean ± standard deviation. A paired samples t-test compared pre- and post-experiment data, while repeated-measures ANOVA assessed the effects of sleep condition and night shift duration on reaction time and P300. Effect sizes were reported using partial eta squared (η_p^2), and significance was set at P < 0.05, with Bonferroni corrections applied for pairwise comparisons. Additional analyses were performed using GraphPad Prism 9.0 for linear regression and correlation assessments.
Results
The results of the study indicate a significant impact of sleep deprivation on reaction times across different sleep conditions. A paired-sample t-test revealed that participants exhibited a notable increase in reaction time following sleep deprivation (t = 0.381, P = 0.025). Specifically, the acute group experienced a significant prolongation of 83.69 ms (F = 11.179, P = 0.003), while the chronic group showed only a minor increase of 6.54 ms (F = 0.071, P = 0.793). Repeated measures ANOVA further confirmed a significant main effect of sleep condition on reaction time (F = 6.514, P = 0.017, η_p^2 = 0.213), although the duration of night shift history did not significantly affect reaction times (F(a) = 0.615, P = 0.440, η_p^2 = 0.025). Notably, an interaction effect between night shift history and sleep condition was significant (F(aXb) = 4.736, P = 0.040, η_p^2 = 0.165), suggesting differential effects of sleep deprivation on reaction times in the chronic versus acute groups.
Additionally, the event-related potentials (ERPs) results, detailed in Tables 3 and 4 and Figures 3B, C, and 4, indicate variations in P300 latency and amplitude between the two groups at baseline and following total sleep deprivation (TSD). These findings underscore the cognitive impairments associated with sleep deprivation, particularly highlighting the pronounced effects in individuals with acute sleep deprivation compared to those with chronic sleep deprivation.
Discussion
The study conducted at Tianjin First Central Hospital investigated the effects of sleep deprivation on cognitive function, specifically focusing on the P300 component of EEG and reaction times among healthy adult participants. The research categorized participants into acute and chronic sleep deprivation groups based on their night shift work history. Key findings revealed that a 24-hour sleep deprivation led to a significant increase in P300 latency (by 18.76 ms) and reaction time, indicating impaired cognitive processing. Notably, individuals with chronic night shift experience demonstrated less cognitive decline compared to those without night shifts, suggesting a potential adaptation to sleep deprivation. However, chronic workers exhibited persistent cognitive impairments, possibly linked to neuroinflammation and altered circadian rhythms.
The analysis of P300 amplitude showed no significant changes, indicating that while sleep deprivation affects cognitive function, the relationship between P300 metrics and reaction time may not be straightforward. The study highlights the importance of adequate sleep for cognitive health and suggests that chronic night shift work may lead to long-term cognitive deficits. The findings underscore the need for further research with larger sample sizes to explore the nuanced effects of sleep deprivation and night shift work on cognitive performance, as well as the underlying biological mechanisms involved.