熬夜会削弱人类的这种基本能力,但周末补觉能修复回来

睡眠不足会影响步行,尤其是我们控制步幅或步态的能力;但是如果你能把缺的觉补回来,即使只是在周末多睡几个小时,也有助于缓解缺觉对步行的影响。

熬夜会削弱人类的这种基本能力,但周末补觉能修复回来 
缺觉会让人感到反应迟钝、迷迷糊糊,对此许多人都有亲身体会。睡眠不足确实会影响人的动作控制。最近发表的一项新研究报告称,睡眠不足会影响步行,尤其是我们控制步幅或步态的能力;但是如果你能把缺的觉补回来,即使只是在周末多睡几个小时,也有助于缓解缺觉对步行的影响。

该研究由美国麻省理工学院(MIT)和巴西圣保罗大学(University of São Paulo)合作完成,近日在《科学报告》(Scientific Reports)发表。实验的被试都是学生,研究团队发现,总体而言,睡眠时间越短的学生在跑步机上跟随节拍器指示行走的表现越差,那些在考试前熬夜的学生的步态控制甚至出现了进一步下降。

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有趣的是,对于那些在步行测试前没有熬夜、但通常在周一到周五无法达到理想睡眠时间的学生来说,周末补觉的人比没补觉的人表现更好。

麻省理工学院机械工程系首席研究科学家、研究共同作者 Hermano Krebs 说:“从科学上讲,步行等几乎自动进行的活动是否会受到睡眠不足的影响还尚不清楚。我们还发现,补偿睡眠可能是一个重要的策略。例如,对于那些长期睡眠不足的人,如轮班工作人员、临床医生和一些军人,如果他们建立定期的睡眠补偿,他们可能会更好地控制自己的步态。”

大脑如何影响步行姿态

有大量证据表明,睡眠时间会影响我们在解决数学问题、进行对话、阅读等认知任务上的表现。一个较少探讨的问题是,睡眠是否会影响我们如何走路,或进行其他被认为认知资源消耗较少的活动。

步行行为曾经被视为一个完全自动的过程,几乎不涉及有意识的认知控制。用跑步机进行的动物实验支持了这一观点,表明步行主要由反射性脊柱活动控制,而不涉及太多大脑的认知过程。

“这是四足动物的情况,但这个观点是否适用于人类则更有争议,”Krebs 说。包括 Krebs 在内的科学家们已经表明,步行行为比以前想象的要稍微复杂一些。

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在过去十年中,Krebs 广泛研究了步态控制和行走力学,以便为中风和其他运动受限疾病的患者开发策略和辅助机器人技术。在之前的实验中,他证明健康人可以调整自己的步态,以匹配视觉刺激的细微变化,而没有意识到自己正在这样做。这些结果表明,除了更自动化的过程之外,步行还涉及一些微妙的、有意识的影响。

2013 年,他与研究通讯作者、圣保罗大学 Arturo Forner-Cordero 建立了合作关系,开始共同探索更微妙的刺激(如听觉线索)是否会影响步行。在初期实验中,参与者被要求配合节拍器的节奏在跑步机上行走,研究人员操作节拍器,慢慢改变频率。实验发现,参与者们能够无意识地将脚步与微妙变化的节拍相匹配。

“这些结果表明,行走只是一个自动过程的观念无法提供完整的解释,它还受到来自大脑的很多影响,”Krebs 说。

缺觉的学生步行表现更差

Forner-Cordero 和 Krebs 继续研究步行和一般运动控制的机制,他们的实验招募的参与者主要是学生。Cordero 特别注意到,在学期快结束时,当学生面临着多个考试和项目截止日期,他们会更加缺乏睡眠,并且在研究团队的实验中表现更差。

“因此,我们决定充分利用这种情况,”Forner-Cordero 说。在这项新研究中,他们邀请圣保罗大学的学生参加一项实验,以了解睡眠剥夺对步态控制的影响。

实验团队向每个学生提供了一块手表,来跟踪他们 14 天的活动。这些信息让研究人员了解学生每天睡觉和活跃的时间和时间。他们也没有对学生们提供关于睡眠时间的指示,以便记录他们的自然睡眠模式。平均而言,每个学生每天的睡眠时间大约是 6 个小时,但有些学生会在 14 天期间的两个周末补觉。

在第 14 天的前一天晚上,他们选定一组学生为睡眠急性剥夺组(Sleep Acute Deprivation,简称 SAD),这些参与者要在研究团队的睡眠实验室里彻夜不眠。第 14 天早上,所有学生都到实验室进行步行测试。

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研究人员要求每个学生都以相同的速度在跑步机上行走,同时使用节拍器,要求他们跟上节拍。研究人员悄悄地缓慢提高或降低节拍器的速度,而不告诉学生他们正在操作。他们用相机拍摄学生的步行动作,与节拍器的节拍对比,并重点观察脚后跟撞击跑步机的那一刻。

Forner-Cordero 说:“他们必须使足跟撞击与节拍同步。我们发现严重睡眠不足的人的误差更大。他们节奏乱了套,错过了哔哔声,而且表现一般更糟。”

这本身可能并不完全令人惊讶。但是在将测试前没有熬夜的学生进行对比时,研究人员发现了一个意想不到的差异:表现稍好的是那些在周末补觉、稍微多睡一点的学生,即使他们在接近周末的时候参加测试也是如此。

“这很矛盾,”Forner-Cordero 说,“即使在大多数人的疲倦感峰值时期,这个补偿组也能做得更好,这是我们没想到的。”

“结果表明,步态控制不是一个自动过程,它会受到睡眠剥夺的影响,”Krebs 说,“他们还展示了一些减轻睡眠剥夺影响的策略。理想情况下,每个人每晚都应该睡八个小时。但如果我们做不到,那么我们应该尽可能多地进行规律的补偿。”

来源:科研圈、MIT

编译:戚译引

参考来源:

https://www.eurekalert.org/news-releases/932609

论文信息:

【标题】Sleep deprivation affects gait control

【作者】Guilherme S. Umemura, Jo?o Pedro Pinho, Jacques Duysens, Hermano Igo Krebs & Arturo Forner-Cordero

【期刊】Scientific Reports

【日期】26 October 2021

【DOI】https://doi.org/10.1038/s41598-021-00705-9

【链接】https://www.nature.com/articles/s41598-021-00705-9

【摘要】Different levels of sleep restriction affect human performance in multiple aspects. However, it is unclear how sleep deprivation affects gait control. We applied a paced gait paradigm that included subliminal rhythm changes to analyze the effects of different sleep restriction levels (acute, chronic and control) on performance. Acute sleep deprivation (one night) group exhibited impaired performance in the sensorimotor synchronization gait protocol, such as a decrease in the Period Error between the footfalls and the auditory stimulus as well as missing more frequently the auditory cues. The group with chronic sleep restriction also underperformed when compared to the control group with a tendency to a late footfall with respect to the RAC sound. Our results suggest that partial or total sleep deprivation leads to a decrease in the performance in the sensorimotor control of gait. The superior performance of the chronic sleep group when compared to the acute group suggests that there is a compensatory mechanism that helps to improve motor performance.

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