104-1 學生期末優良作品

1. SLEEP-DEPENDENT MOTOR
MEMORY PLASTICITY IN THE
HUMAN BRAIN
10401054 醫學一 廖信評

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 2

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 3

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 4

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 5

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
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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 7

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 8

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。
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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 10

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）
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12. 研究方法（給定任務）
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13. 研究方法（時間）
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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
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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 15

16. 研究結果（數據）
組別 手速 P 錯誤率 P
有睡(前) 17.55±1.59
0.64
0.11±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
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• 少了一個關鍵數據...

17. 研究結果（fMRI）
2016/01/12 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 17
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

18. 研究結果（fMRI）
2016/01/12 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 18
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

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 19

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 20

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
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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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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 23

24. 疑點1：日夜週期
2016/01/12 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 24
• 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.

25. 疑點1：日夜週期
2016/01/12 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 25fMRI
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！

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 26

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 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 27
疑點2：可塑性？

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 28

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 29

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
0.64
0.11±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 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 30
• 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？

31. 2016/01/12 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 31難道說...真正的重點不在這張表？
疑點4：消失的P值

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 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 32
疑點4：消失的P值

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 33

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 34

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 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 35
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

36. THE END
2016/01/12 跨領域整合：心智哲學與認知神經科學 期末報告 36