Slapen om het motorisch geheugen te verbeteren bij de ziekte van Parkinson?
Mensen met de ziekte van Parkinson hebben niet alleen motorische problemen die zich uiten in moeilijkheden met bewegen, zoals vaak wordt gedacht. Ook heel wat niet-motorische symptomen zijn aanwezig maar vaak minder gekend. Zo zijn problemen met slaap en consolidatie slechts twee voorbeelden uit een heel gamma van mogelijke symptomen. Consolidatie- en slaapproblemen zorgen ervoor dat patiënten meer moeilijkheden hebben met het onthouden van aangeleerde zaken, wat belangrijk is voor revalidatie. Om de revalidatie en daarmee de levenskwaliteit van mensen met de ziekte van Parkinson te verbeteren kunnen we trachten het motorisch geheugen te verbeteren door gebruik te maken van gerichte geheugenreactivatie tijdens de slaap. En slapen doe je elke nacht, toch?
De ziekte van Parkinson is, na Alzheimer, de tweede meest voorkomende en snelst groeiende neurodegeneratieve ziekte in de wereld. Neurorevalidatie is belangrijk bij het managen van de ziekte aangezien Parkinson nog niet genezen kan worden en medicatie slechts enkele symptomen kan verlichten. Tijdens revalidatie krijgen patiënten nieuwe dingen aangeleerd om zo lang mogelijk onafhankelijk te blijven. Geheugenconsolidatie is een belangrijk deel van dat leerproces. Consolidatie zorgt ervoor dat aangeleerde motorische bewegingen worden omgezet van het kortetermijngeheugen naar het langetermijngeheugen. De consolidatie is vaak verstoord bij de ziekte van Parkinson. Dit zorgt ervoor dat patiënten vaak moeilijkheden ondervinden bij het onthouden van (op)nieuw aangeleerde bewegingen tijdens revalidatie. Dat is een probleem aangezien je je moet kunnen herinneren wat je geleerd hebt om in staat te zijn het toe te passen. Anders zal je steeds hetzelfde moeten leren, opnieuw en opnieuw.
Slaap als geheugenwapen
Slaap zou het proces van geheugenconsolidatie kunnen faciliteren bij gezonde volwassenen. Slaap kan gezien worden als een geheim wapen voor het geheugen dat ervoor zorgt dat we aangeleerde zaken niet vergeten en kunnen opslaan voor lange termijn. Het grootste deel van de consolidatie zou plaatsvinden tijdens fase 2 en 3 van de slaap, de diepe slaap genoemd. Mensen met de ziekte van Parkinson ervaren echter vaak slaapproblemen zoals fragmentatie waardoor ze vaker wakker worden en zo minder diepe slaap ervaren. Dit zou het consolidatieprobleem kunnen verergeren. De vraag is of er manieren zijn om het effect van de overgebleven slaap te versterken. Op die manier zou de consolidatie kunnen verbeteren en dat zou een positief effect hebben op revalidatie en dus op de levenskwaliteit van patiënten met Parkinson.
"Practice does not make perfect. It is practice, followed by a night of sleep, that leads to perfection." - Matthew Walker
Gerichte geheugenreactivatie als mogelijke oplossing
Om de overgebleven slaap optimaal te gebruiken kan gerichte geheugenreactievatie of ‘targeted memory reactivation’ (TMR) gebruikt worden. Dit is een niet-invasieve en veilige methode waarbij een sensorische stimulus wordt toegevoegd aan het leerproces. Later wordt diezelfde stimulus herhaald tijdens de slaap. TMR zou bij jongvolwassenen de recent gevormde herinnering reactiveren via de hippocampus. Daarnaast worden de recente herinneringen gereorganiseerd naar meer corticale netwerken van de hersenen om ze op te slaan voor lange termijn (figuur c). Zo zou TMR kunnen zorgen voor een betere consolidatie. Het effect van TMR bij mensen met de ziekte van Parkinson werd voor de eerste keer getest in deze masterproef.
Om consolidatie-effecten en motorische leereffecten na te gaan werd er in dit onderzoek gebruik gemaakt van een motorische sequentie leertaak. In deze pilootstudie werden vijf mensen met Parkinson en vijf gezonde ouderen getest. De deelnemers leerden een ‘serial reaction time task’ (figuur a) waarbij ze vierkanten te zien kregen op een computerscherm. Wanneer ze een groen ingekleurd vierkant te zien kregen moesten ze zo snel en accuraat mogelijk de overeenkomstige toets indrukken op het toetsenbord. Bij het indrukken van een toets kregen ze een auditieve muzikale toon als feedback. Iedereen leerde twee verschillende sequenties. De auditieve tonen, gekoppeld aan één van de sequenties, werden opnieuw afgespeeld via auditieve TMR tijdens een twee uur durend dutje dat volgde op het leerproces.
Tijdens het dutje kregen de deelnemers een aantal sensoren opgeplakt op het hoofd zodat de onderzoekers via polysomnografie de slaap konden volgen. Hierdoor konden de onderzoekers zo specifiek mogelijk in fase 2 en 3 de juiste sequentie stimuleren via auditieve TMR. De uitvoering van de motorische sequentie leertaak werd vergeleken voor beide sequenties (de gereactiveerde en de niet-gereactiveerde) voor zowel reactietijd als accuraatheid.
a) Schematische voorstelling van de motorische sequentie leertaak die werd gebruikt.;
b) Weergave van de twee verschillende sequenties en welk nummer overeenkomt met het toetsenbord.; c) Schematische voorstelling van de reorganisatie naar meer corticale gebieden tijdens de consolidatie met gebruik van TMR.
Wat bleek uit de resultaten?
Er werd geen direct effect gevonden van TMR net na het dutje. 24 uur later werd er wel een TMR-effect waargenomen. De gereactiveerde sequentie bleek tijdens extra oefening (24 uur later) significant sneller te zijn dan de niet-gereactiveerde sequentie voor mensen met de ziekte van Parkinson. Eerder onderzoek had gesuggereerd dat mensen met de ziekte van Parkinson geen verbetering meer konden behalen op een motorische typetaak na een volledige nacht slaap. Door gebruik te maken van auditieve TMR zou dit dus wel mogelijk kunnen zijn. Bij de gezonde ouderen was dit effect niet TMR-specifiek aangezien ook de niet-gereactiveerde sequentie significant sneller werd uitgevoerd. De winst in snelheid leek wel groter voor de gereactiveerde sequentie. Dit pilootproject geeft hoop dat de geheugenreactivatie (TMR) dus een bijkomend positief effect zou kunnen hebben bij Parkinson op de lange termijn consolidatie van een motorische taak na extra oefening. Dit kon hiervoor nog niet worden aangetoond.
En nu?
Mensen staan zelden stil bij het belang van slaap omdat het zo vanzelfsprekend lijkt, maar dat is het niet. De pilootstudie uit deze masterproef toont aan dat er hoop is voor het gebruik van gerichte geheugenreactivatie bij mensen met de ziekte van Parkinson. Het volledige onderzoek, dat lopende is, kan een belangrijke stap zijn. Als de resultaten bevestigd worden zou dit kunnen leiden tot nieuwe slaapinterventies voor revalidatie bij de ziekte van Parkinson, om zo het dagelijks functioneren te verbeteren. Bent u nog niet helemaal overtuigd? Slaap er gerust een nachtje over!
Bibliografie
1. Tysnes OB, Storstein A. Epidemiology of Parkinson’s disease. Vol. 124, Journal of Neural Transmission. Springer-Verlag Wien; 2017. p. 901–5.
2. Dorsey ER, Sherer T, Okun MS, Bloemd BR. The emerging evidence of the Parkinson pandemic. Vol. 8, Journal of Parkinson’s Disease. IOS Press; 2018. p. S3–8.
3. Kalia L v., Lang AE. Parkinson’s disease. Vol. 386, The Lancet. Lancet Publishing Group; 2015. p. 896–912.
4. Khan AU, Akram M, Daniyal M, Zainab R. Awareness and current knowledge of Parkinson’s disease: a neurodegenerative disorder. Vol. 129, International Journal of Neuroscience. Taylor and Francis Ltd; 2019. p. 55–93.
5. Braak H, Tredici K del, Rüb U, de Vos RAI, Jansen Steur ENH, Braak E. Staging of brain pathology related to sporadic Parkinson’s disease. Vol. 24, Neurobiology of Aging. 2003.
6. Jellinger KA. A critical evaluation of current staging of α-synuclein pathology in Lewy body disorders. Vol. 1792, Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease. 2009. p. 730–40.
7. Samii A, Nutt JG, Ransom BR. Parkinson’s disease. In: Lancet. Elsevier B.V.; 2004. p. 1783–93.
8. Mahlknecht P, Seppi K, Poewe W. The concept of prodromal Parkinson’s disease. Vol. 5, Journal of Parkinson’s Disease. IOS Press; 2015. p. 681–97.
9. Hayes MT. Parkinson’s Disease and Parkinsonism. Vol. 132, American Journal of Medicine. Elsevier Inc.; 2019. p. 802–7.
10. Groiss SJ, Wojtecki L, Sudmeyer M, Schnitzler A. Deep Brain Stimulation in Parkinson’s Disease. Ther Adv Neurol Disord [Internet]. 2009 [cited 2022 Jan 17];2(6):20. Available from: /pmc/articles/PMC3002606/
11. Nieuwboer A, Rochester L, Müncks L, Swinnen SP. Motor learning in Parkinson’s disease: limitations and potential for rehabilitation. Parkinsonism Relat Disord. 2009 Dec;15(SUPPL. 3).
12. Gilat M, Ginis P, Zoetewei D, de Vleeschhauwer J, Hulzinga F, D’Cruz N, et al. A systematic review on exercise and training-based interventions for freezing of gait in Parkinson’s disease. NPJ Parkinsons Dis [Internet]. 2021 Dec 1 [cited 2022 Jan 17];7(1). Available from: /pmc/articles/PMC8433229/
13. Borrione P, Tranchita E, Sansone P, Parisi A. Effects of physical activity in Parkinson’s disease: A new tool for rehabilitation. World J Methodol [Internet]. 2014 [cited 2022 Jan 18];4(3):133. Available from: /pmc/articles/PMC4202452/
14. Marinelli L, Quartarone A, Hallett M, Frazzitta G, Ghilardi MF. The many facets of motor learning and their relevance for Parkinson’s disease. Vol. 128, Clinical Neurophysiology. Elsevier Ireland Ltd; 2017. p. 1127–41.
15. Nackaerts E, D’Cruz N, Dijkstra BW, Gilat M, Kramer T, Nieuwboer A. Towards understanding neural network signatures of motor skill learning in Parkinson’s disease and healthy aging. Br J Radiol [Internet]. 2019 [cited 2022 Jan 25];92(1101). Available from: /pmc/articles/PMC6732914/
16. Dahms C, Brodoehl S, Witte OW, Klingner CM. The importance of different learning stages for motor sequence learning after stroke. Vol. 41, Human Brain Mapping. John Wiley and Sons Inc.; 2020. p. 270–86.
17. Albouy G, King BR, Maquet P, Doyon J. Hippocampus and striatum: Dynamics and interaction during acquisition and sleep-related motor sequence memory consolidation. Vol. 23, Hippocampus. 2013. p. 985–1004.
18. Doyon J. Motor sequence learning and movement disorders.
19. Cellini N, Capuozzo A. Shaping memory consolidation via targeted memory reactivation during sleep. Vol. 1426, Annals of the New York Academy of Sciences. Blackwell Publishing Inc.; 2018. p. 52–71.
20. Poldrack RA, Sabb FW, Foerde K, Tom SM, Asarnow RF, Bookheimer SY, et al. The neural correlates of motor skill automaticity. Journal of Neuroscience. 2005 Jun 1;25(22):5356–64.
21. Terpening Z, Naismith S, Melehan K, Gittins C, Bolitho S, Lewis SJG. The contribution of nocturnal sleep to the consolidation of motor skill learning in healthy ageing and Parkinson’s disease. J Sleep Res. 2013 Aug;22(4):398–405.
22. King BR, Fogel SM, Albouy G, Doyon J. Neural correlates of the age-related changes in motor sequence learning and motor adaptation in older adults. Front Hum Neurosci. 2013 Apr 1;(APR 2013).
23. Walker MP, Brakefield T, Morgan A, Hobson JA, Stickgold R. Practice with Sleep Makes Perfect: Sleep-Dependent Motor Skill Learning Although it is an old adage that “practice makes perfect,” recent findings suggest. Vol. 35, Neuron. Sanes and Donoghue; 2002.
24. King BR, Hoedlmoser K, Hirschauer F, Dolfen N, Albouy G. Sleeping on the motor engram: The multifaceted nature of sleep-related motor memory consolidation. Vol. 80, Neuroscience and Biobehavioral Reviews. Elsevier Ltd; 2017. p. 1–22.
25. Walker M. Slaap: nieuwe wetenschappelijke inzichten over slapen en dromen. Amsterdam: De Geus; 2018. 43–45 p.
26. Jafari B, Mohsenin V. Polysomnography. Vol. 31, Clinics in Chest Medicine. 2010. p. 287–97.
27. Ackermann S, Rasch B. Differential effects of non-REM and REM sleep on memory consolidation? Vol. 14, Current Neurology and Neuroscience Reports. Current Medicine Group LLC 1; 2014.
28. Stefani A, Högl B. Sleep in Parkinson’s disease. Vol. 45, Neuropsychopharmacology. Springer Nature; 2020. p. 121–8.
29. Walker MP, Stickgold R. Review Sleep-Dependent Learning and Memory Consolidation while stage 2 NREM and REM sleep prevail in the latter half of the night. As NREM sleep progresses, electroencephalographic. Vol. 44, Neuron. 2004.
30. Astill RG, Piantoni G, Raymann RJEM, Vis JC, Coppens JE, Walker MP, et al. Sleep spindle and slow wave frequency reflect motor skill performance in primary school-age children. Front Hum Neurosci. 2014 Nov 11;8(November).
31. Schouten DI, Pereira SIR, Tops M, Louzada FM. State of the art on targeted memory reactivation: Sleep your way to enhanced cognition. Vol. 32, Sleep Medicine Reviews. W.B. Saunders Ltd; 2017. p. 123–31.
32. Cousins JN, El-Deredy W, Parkes LM, Hennies N, Lewis PA. Cued Reactivation of Motor Learning during Sleep Leads to Overnight Changes in Functional Brain Activity and Connectivity. PLoS Biol. 2016 May 3;14(5).
33. Antony JW, Gobel EW, O’Hare JK, Reber PJ, Paller KA. Cued memory reactivation during sleep influences skill learning. Nat Neurosci. 2012 Aug;15(8):1114–6.
34. Creery JD, Oudiette D, Antony JW, Paller KA. Targeted memory reactivation during sleep depends on prior learning. Sleep. 2015 May 1;38(5):755–63.
35. Stefanova ED, Kostic VS, Ziropadja L, Markovic M, Ocic GG. Visuomotor skill learning on serial reaction time task in patients with early Parkinson’s disease. Movement Disorders. 2000;15(6):1095–103.
36. Oudiette D, Paller KA. Upgrading the sleeping brain with targeted memory reactivation. Vol. 17, Trends in Cognitive Sciences. 2013. p. 142–9.
37. Malkani RG, Zee PC. Brain Stimulation for Improving Sleep and Memory. Vol. 15, Sleep Medicine Clinics. W.B. Saunders; 2020. p. 101–15.
38. Judith Nicolas A, King BR, Levesque D, Lazzouni L, Coffey E, Swinnen S, et al. Sigma Oscillations Protect or Reinstate Motor Memory Depending on their Temporal Coordination with Slow Waves. bioRxiv [Internet]. 2021 Sep 3 [cited 2022 May 10];2021.09.02.458683. Available from: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.09.02.458683v1
39. Fernandez L, Huys R, Issartel J, Azulay JP, Eusebio A. Movement speed-accuracy tradeoff in Parkinson’s disease. Front Neurol. 2018 Oct 24;9(OCT).
40. King BR, Fogel SM, Albouy G, Doyon J. Neural correlates of the age-related changes in motor sequence learning and motor adaptation in older adults. Front Hum Neurosci. 2013 Apr 1;(APR 2013).
41. King BR, Saucier P, Albouy G, Fogel SM, Rumpf JJ, Klann J, et al. Cerebral Activation During Initial Motor Learning Forecasts Subsequent Sleep-Facilitated Memory Consolidation in Older Adults. Cerebral Cortex. 2017;27:1588–601.
42. Dual Task Interference During Gait in People With Parkinson Disease: Effects of Motor Versus Cognitive Secondary Tasks [Internet]. Available from: https://academic.oup.com/ptj/article/82/9/888/2857673
43. Bherer L, Kramer AF, Peterson MS, Colcombe S, Erickson K, Becic E. Transfer effects in task-set cost and dual-task cost after dual-task training in older and younger adults: Further evidence for cognitive plasticity in attentional control in late adulthood. Exp Aging Res. 2008 Jul;34(3):188–219.
44. Diekelmann S, Biggel S, Rasch B, Born J. Offline consolidation of memory varies with time in slow wave sleep and can be accelerated by cuing memory reactivations. Neurobiol Learn Mem. 2012 Sep;98(2):103–11.
45. White DP. Sleep apnea. Vol. 3, Proceedings of the American Thoracic Society. 2006. p. 124–8.
46. Nonnekes J, Růžička E, Nieuwboer A, Hallett M, Fasano A, Bloem BR. Compensation strategies for gait impairments in parkinson disease: A review. Vol. 76, JAMA Neurology. American Medical Association; 2019. p. 718–25.
47. Ginis P, Nackaerts E, Nieuwboer A, Heremans E. Cueing for people with Parkinson’s disease with freezing of gait: A narrative review of the state-of-the-art and novel perspectives. Vol. 61, Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. Elsevier Masson SAS; 2018. p. 407–13.
48. Conte F, Carobbi G, Errico BM, Ficca G. The effects of pre-sleep learning on sleep continuity, stability, and organization in elderly individuals. 2012; Available from: www.frontiersin.org
