第六組 醫學一 - 廖信評
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SLEEP-DEPENDENT MOTOR MEMORY PLASTICITY IN
THE HUMAN BRAIN
10401054 醫學一 廖信評
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 2
簡介2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 3
簡介• 睡眠可能改善隔夜的動作學習 → 見微知著：本簡報兩大要素
• 應用：生活中動作學習 & 腦傷患者的復健。2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 4
文獻回顧2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 5
睡眠促進動作序列的學習
促進項目 速度精確度
作用時間 非快速動眼睡眠期 (NREM)
高專一性 不會在對側手展現不會在新序列展現
文獻回顧（已知）
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 6
文獻回顧（已知）
促進動作序列的學習
大腦活動( 與睡眠無關 )
大幅增加：初級動作皮質(M1)
微幅增長：運動前皮質、基底核與小腦大幅減少：頂葉皮質
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 7
文獻回顧（未知）• 未能解釋為何「睡眠對滯後的動作序列學習 (Delayed motor-sequence
learning) 帶來良好的成效」• 尚未測試「與睡眠學習相關的大腦可塑性」以了解其中的神經機制。
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 8
提出假說2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 9
提出假說• 假說：相對於保持清醒，一夜睡眠可觸發動作序列記憶的重要轉變或重組。• 將透過 fMRI 功能性磁共振成像的技術進行驗證。
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 10
研究方法2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 11
研究方法（受試者）• 12 名年輕人（平均 23.3±1.9 歲）
科學家有想要研究過左撇子的大腦嗎？沒有！因為他們只想到自己的研究！（左撇子大腦分區較不明顯）
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 12
研究方法（給定任務）
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 13
研究方法（時間）
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 14
研究方法（節拍器 ...？）• 使用時機：訓練經 12 hrs 固化後，再進行測試時• 使用方式：有聽覺提示， 3.1 Hz• 目的：「標準化」– 受試者 key-press 的速度較統一– 降低動作太快造成大腦血流量大幅變動的可能
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 15
研究結果2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 16
研究結果（數據）組別 手速 P 錯誤率 P有睡(前 )
17.55±1.59
0.640.11±0.03
0.42沒睡(前 )
17.91±1.79 0.13±0.02
有睡(後 )
0.07±0.01
??沒睡(後 )
0.10±0.02
2016/01/12
• 少了一個關鍵數據 ...
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 17
研究結果（ fMRI）
2016/01/12
小腦 M1-R 海馬迴 腹側紋狀體內側前額葉
• 有睡組比沒睡組血流量高的腦區
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 18
研究結果（ fMRI）
2016/01/12
下部頂葉 上部頂葉 顳極 上額極區
• 有睡組比沒睡組血流量低的腦區
島葉
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 19
結果討論2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 20
結果討論（錯誤率）• 支持睡眠可以強化任務表現：大腦可塑性的改變反映睡眠依賴性固化
(Sleep-dependent consolidation) 的結果• 限制：節拍器的使用可能低估了兩組差異
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 21
結果討論 (fMRI)• 特殊腦區血流量的增加– 右側 M1 、小腦：更快速的動作輸出與更精確的動作作圖 (mapping)– 右側海馬迴：序列學習與海馬迴相關性的證實– 右側紋狀體：動作序列的模式建立
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 22
結果討論 (fMRI)• 特殊腦區血流量的減少– 上下部頂葉：減少有意識的空間監測– 額極區：減少對任務表現情況的監管– 左側島葉和顳葉的皮質網路：任務表現的改善降低情緒上的負擔
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跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 23
疑點終結者2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 24
疑點 1：日夜週期
2016/01/12
• NIGHT-SLEEP 和 DAY-WAKE組做 fMRI 測試時間不同 ... （早上、晚上測）• 疑點：日夜週期是否才是促進動作學習的真實因素？
V.S.
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 25
疑點 1：日夜週期
2016/01/12
fMRI差異
(X)
fMRI差異
(Y)
• fMRI電腦比對 X 、 Y 兩組差異較大的 voxel是否相同• 發現幾乎不相關 (重複<0.1%)→睡眠與日夜週期對動作學習的影響互不相干！→排除日夜週期這個變因！
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 26
疑點 2：可塑性？• fMRI 機器的探測，只在研究神經元活動的變化• 疑點：短期的變化可以當作大腦可塑性的表現嗎？
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 27
• 可塑性：功能 / 結構因環境變化而產生長期、幾近不可逆的轉變• fMRI 顯示的大腦活動量的增加與降低可能是大腦展現可塑性的第一步。• 需要長期的研究才能證實，如：對這兩組人馬進行重複訓練，經過一個月後，做
MRI或血管造影觀察腦構造改變的情況異同。2016/01/12
疑點 2：可塑性？
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 28
疑點 3： Interference• 愈相似的學習任務，後來學習的干擾前面所學事物的可能愈大• 疑點：兩組人馬先做的實驗會不會影響後來實驗的成果？
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 29
疑點 3： Interference• 的確有此可能。• 改善方案：– NIGHT-SLEEP 與 DAY-WAKE 實驗間隔一星期– 兩組人馬平分，一組先做 NIGHT-SLEEP 、一組先做 DAY-WAKE
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 30
疑點 4：消失的 P值組別 手速 P 錯誤率 P有睡(前 )
17.55±1.59
0.640.11±0.03
0.42沒睡(前 )
17.91±1.79 0.13±0.02
有睡(後 )
0.07±0.01
??沒睡(後 )
0.10±0.022016/01/12
• 少了一個關鍵數據 ...• 疑點：有睡 (後 )和沒睡 (後 )兩組沒有給出
P值，誰知道這兩組的差異是不是隨機變數？
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 312016/01/12 難道說 ...真正的重點不在這張表？
疑點 4：消失的 P值
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 32
• 沒錯！• 本研究重點在驗證睡眠是否會觸發「大腦中影響動作序列記憶的腦區」活動量變化，故緊接著登場的 fMRI才是焦點所在• 但！此錯誤率數據還是應該要有 P值的呈現 ~~
2016/01/12
疑點 4：消失的 P值
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 33
結語2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 34
未來展望• 本實驗受試者約是大學畢業的年齡，且人數僅有 12 人，無法應用在其他族群身上。• 未來展望：– 性別差異的研究–老年人大腦可塑性與睡眠的相關程度高低？（可應用於老年腦傷患者的復健）– 長期睡眠相關可塑性的研究
2016/01/12
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 35
特別致謝• 謝謝醫工二 莊宜叡學長、石家瑜學姊所提供的許多想法與問題• 謝謝剛好路過木桌的 張立鴻教授，協助我們在科學方法與實驗方面的問題進行解惑。• 最後 ...
2016/01/12
謝謝在台下耐心聽講的大家，本學期最後一個 PPT報告到此結束XD
跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 36
THE END2016/01/12