補足運動領域での自発振動の強化は、指をタッピングするモーターシーケンスタスクの睡眠依存性オフライン学習に関連しています

睡眠は、指をタッピングするモーターシーケンスタスクなど、さまざまなタイプの学習やメモリに有益です。ただし、方法論的な問題は、運動シーケンス学習における睡眠依存の統合のための重要な皮質領域の明確化を妨げます。ここでは、ヒトの被験者が眠っている間に、指をタッピングする運動シーケンス学習の睡眠依存性統合のためのコア皮質領域を調査するために、ポリソムグラフィーとともに磁気脳波による自発的な皮質振動を測定し、MRIからの個々の解剖学的脳情報を使用して振動の起源を局在化しました。まず、睡眠後の再テストセッションでのタスクのパフォーマンスが、睡眠前のトレーニングセッションでのパフォーマンスと比較して大幅に増加したことを確認しました。第二に、自発的なΔと高速振動は、トレーニング後の補助運動領域（SMA）で睡眠前の睡眠と比較して大幅に増加し、パフォーマンスの増加と有意かつ高い相関を示しました。第三に、SMAの自発振動の増加は、パフォーマンスの改善と相関していたため、遅い波の睡眠に特有でした。また、SMAと前頭前野およびSMAと頭頂領域間のΔ振動の相関が、訓練後に減少する傾向があることも発見しました。これらの結果は、指をタッピングする運動シーケンス学習の睡眠依存の統合のためのコア脳領域が、訓練された手の反対側に存在し、特に遅い波の睡眠中に自発的なδと急速σ発振によって媒介されることを示唆しています。統合は、前頭前野や頭頂領域を含む運動領域の外側のSMAおよび皮質領域を含む大規模な皮質ネットワークの再編成の可能性とともに発生する可能性があります。

Sleep is beneficial for various types of learning and memory, including a finger-tapping motor-sequence task. However, methodological issues hinder clarification of the crucial cortical regions for sleep-dependent consolidation in motor-sequence learning. Here, to investigate the core cortical region for sleep-dependent consolidation of finger-tapping motor-sequence learning, while human subjects were asleep, we measured spontaneous cortical oscillations by magnetoencephalography together with polysomnography, and source-localized the origins of oscillations using individual anatomical brain information from MRI. First, we confirmed that performance of the task at a retest session after sleep significantly increased compared with performance at the training session before sleep. Second, spontaneous δ and fast-σ oscillations significantly increased in the supplementary motor area (SMA) during post-training compared with pretraining sleep, showing significant and high correlation with the performance increase. Third, the increased spontaneous oscillations in the SMA correlated with performance improvement were specific to slow-wave sleep. We also found that correlations of δ oscillation between the SMA and the prefrontal and between the SMA and the parietal regions tended to decrease after training. These results suggest that a core brain region for sleep-dependent consolidation of the finger-tapping motor-sequence learning resides in the SMA contralateral to the trained hand and is mediated by spontaneous δ and fast-σ oscillations, especially during slow-wave sleep. The consolidation may arise along with possible reorganization of a larger-scale cortical network that involves the SMA and cortical regions outside the motor regions, including prefrontal and parietal regions.