Inhaltsverzeichnis:

Abstract  :  3

Einleitung  :  4

Material  und Methode:  6

Probanden  :  6

Versuchsdurchführung:   6

Datenerfassung   7

Ergebnisse  :  9

Diskussion   15

Literaturverzeichnis   21

Anhang   23

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Abstract:

Für motorisches Lernen ist Schlaf ein wichtiger Teil der Konsolidierung. Unter Konsolidierung versteht man Langzeit-Potenzierung (eng: long-term potentiation, LTP), welche Synapsen und Nervenzellen physiologisch so verändert, dass diese dauerhaft leichter stimuliert werden können und sich dadurch leichter auf Erlerntes zurückgreifen lässt. Es ist problematisch zu zeigen, dass die verbesserte Motorik durch gezieltes motorisches Lernen auf Grund der Langzeitkonsolidierung erfolgt.

Mit unserem Versuch zeigen wir, dass die erzielten Ergebnisse nach einer motorischen Lernphase mit einem Schlaf über Nacht im verbesserten Bereich liegen. Durch Zufall haben wir auch einen deutlichen Ansatz dafür, dass ohne Schlaf der entgegengesetzte Fall möglich ist. Unsere Ergebnisse bestätigen zusammengefasst die Langzeitkonsolidierung des motorischen Lernens über Nacht.

Um genauere Aussagen darüber zu treffen, wie lang dieser Schlaf sein muss, könnte man weitere Studien mit unterschiedlich langen Schlafphasen durchführen.

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Einleitung:

Der Sprung vom Kurzzeit- zum Langzeitgedächtnis ist schon immer ein interessanter Mechanismus gewesen, den man bereits in den 80. Jahren des 19. Jahrhunderts (Hermann Ebbinghaus) anfing zu erforschen. Zu dem Zeitpunkt war vor allem wichtig zu erfahren, wie die Informationen des erlernten Stoffes in den Gedächtnisspeicher gelangen. Dabei musste man zunächst sicher gehen, dass die zu erlernenden Informationen keinerlei Assoziationen für die Versuchspersonen darstellten. Dafür verwendete Ebbinghaus eine Vielzahl von bedeutungslosen Silben (Z.B.: NEX, LAZ, JEK usw.) und lässt diese über verschiedene Experimente erlernen. Bereits damals hat er auf diese Weise einen Unterschied zwischen Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis erahnt. [7]

Auf molekularer Ebene gibt es erst seit ca. 15 Jahren genauere Erkenntnisse durch die Forschung von Kandel an der Meeresschnecke Aplysia. Eine Voraussetzung für ein gutes Langzeitgedächtnis ist die Übung und Anzahl an Wiederholungen. Dazu diente Kandel der Kiemenrückziehreflex der Meeresschnecke Aplysia. Durch einen elektrischen Schock auf den Schwanz wurde dieser Reflex stimuliert. Nachdem man nun den Siphon durch eine Berührung reizt, zieht Aplysia die Kiemen weiter zurück als zuvor. Die Dauer, also wie lang nach dem Schock diese „stärkeren Reaktion“ noch stattfindet, hängt von der Anzahl der Wiederholungen ab. [3]

Marquet et al. konnte zeigen, dass bei einem impliziten motorsensorischem Lernprozess Versuchspersonen mit einem „über Nacht Schlaf“ beim Versuchsdurchgang des zweiten Tages besser abschneiden als die ohne Schlaf. Dazu benutzte man einen sich unregelmäßig bewegenden Punkt, den die Versuchspersonen mit einem Joystick nachfahren sollten. Daraufhin wurde über das Programm der Abstand zur Ursprungsspur und der nachgefahrenen Spur ermittelt. Dabei ist festgestellt worden, dass die Versuchspersonen mit Schlaf deutlich dichter an der Ursprungsspur entlanggefahren sind als die ohne Schlaf, was man als besser gelernt festhalten kann. [4]

Cory A. Rieth von der University of California, San Diego hat dementgegen herausgefunden, dass beim motorischen Lernen des Menschen der Schlaf eines „Nickerchens“ (min. 60 effektive Schlafminuten), keine signifikante Auswirkung auf den Lernerfolg hat. Hierbei wurde nicht nur das implizite, sondern ebenso das explizite motorische Lernen überprüft. Das implizite Lernen wurde wie bei Marquet et al. ermittelt, während man für das explizite Lernen

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eine sich ständig wiederholende Schleife nachfahren musste. Hier wurde die Ergebnismessung wie bei Marquet et al. durchgeführt. [5]

Um auch genauere Aussagen über das explizite motorische Lernen beim normalen Schlaf zu erarbeiten, haben wir den folgenden Versuchsaufbau erstellt und durchgeführt. Dazu verwenden wir ein Programm, bei dem verschiedene Formen auf dem Desktop abgebildet sind, die von den Versuchspersonen mithilfe der Computermaus abgeklickt werden müssen. Der gemessene Parameter ist die Endzeit, die benötigt wird, um die gesamte Form abzuklicken. Dabei wird die einzelne Versuchsperson unter Beobachtung dazu bewegt möglichst genau die einzelnen Punkte der Form abzuarbeiten, damit das Ergebnis jeder Versuchsperson einen vernünftigen Aussagewert hat.

Mit den daraus resultierenden Ergebnissen können wir zeigen, dass über den nächtlichen Schlaf eine Konsolidierung stattfindet. Ebenso ist es uns möglich, durch eine zufällige Negativkontrolle zu sagen, dass die Konsolidierung ohne Schlaf anscheinend nicht stattfindet. Allerdings fehlen zur genaueren und signifikanten Aussage weitere Negativkontrollen. Diese könnte man jedoch in einem weiteren und neuen Versuchsaufbau erhalten und experimentell umsetzen. Weiterhin lässt sich dieses Experiment verschärfen, indem man verschieden lange Schlafphasen analysiert und wie bei Rieht sowohl explizites, wie auch implizites Lernen untersucht.

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Material und Methode:

Probanden:

Am Laborexperiment nehmen insgesamt 16 Versuchspersonen (Vp), acht Männer und acht Frauen (Alter 24 ± 3) teil. Alle Vp sind Biologiestudenten der Universität Mainz und haben keine Vorerfahrung mit der Aufgabe. Die Vp arbeiten in Dreiergruppen und werden über eine schriftliche Instruktion (Siehe Anhang) in den Versuch eingeführt und während der Versuchsdurchführung von einer Hilfs-Wissenschaftlerin bei ihrer Durchführung kontrolliert. Nach Absolvierung des Experimentes trägt jede Gruppe ihre Ergebnisse in vorher angelegte Excel-Tabellen ein.

Versuchsdurchführung:

Jede Vp führt über zwei Tage verteilt eine Reihe an Versuchen (Versuch 5-9) [8] durch, welche in ihrem Ablauf ähnlich sind. In allen Versuchen sitzt die Vp vor einem Monitor und versucht mit der Computermaus drei Formen abzuklicken. Dabei variiert in den Versuchen lediglich die Invertierung der Computermaus.

Dieses Protokoll befasst sich mit Versuch 6, welcher mit Versuch 9 einhergeht. Der Unterschied besteht darin, dass Versuch 9 lediglich den Ablauf von Versuch 6 über einen längeren Zeitraum untersucht.

In Versuch 6 müssen die Vp mit der Rechts-Links-Invertierung arbeiten, wodurch der Mauszeiger sich nach rechts bewegt, wenn man die Computermaus nach links zieht und umgekehrt. Die Cursorbewegung nach oben und nach unten geht einher mit der Bewegung der Computermaus. (Siehe Abb.1)

Zunächst führen die Vp nacheinander eine Lernphase in neun aufeinanderfolgenden Durchgängen aus. Dabei wird erstmal das „Dreieck rechtsrum“ (DR) abgeklickt. Erst wenn alle Vp ihren Durchlauf abgeschlossen haben, wird die nächste Form abgearbeitet. Es folgen „Dreieck linksrum“ (DL) und eine „Spirale“ (SP).

Nach abgeschlossener Lernphase (LP), mit allen Figuren, folgt direkt im Anschluss die identisch durchgeführte Testphase1 (TP-1). Diese Lern- und Testphase wird vormittags absolviert.

Für den Versuch 9 wird nachmittags, als Abschluss des Versuchstages, eine zweite Testphase (TP-2) durchgeführt. Am darauffolgenden Morgen findet die dritte und letzte Testphase (TP-3) der Testreihe für Versuch 9 statt. Zwischen der TP-1 und TP-2, wie auch nach der TP-3, folgen die restlichen Versuche.

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Abb.1: Graphische Darstellung des Versuchsablaufs. Links die Computermausbewegung; rechts die Bewegung des Cursors auf dem Monitor.

Datenerfassung

Datenerfassung und Versuchssteuerung bzw. Durchführung erfolgt computergestützt über ein Java-Programm mit der Entwicklungsumgebung Eclipse v3.4.1, programmiert von Dr. Jürgen Schramme. Darüber kann die Abweichung der abgeklickten Punkte in Pixel und die Zeit von jedem Klick nach Beginn der Zeitmessung (erster Klick) in Millisekunden abgelesen werden. Damit die Datenmenge überschaubar bleibt, werden die Vp darum gebeten, möglichst genau zu klicken und lediglich die Endzeit zu notieren.

Die notierten Werte werden für jeden individuell in eine vorher angelegte Exceltabelle eingetragen.

Daraufhin normiert man alle Werte auf den Mittelwert der ersten drei Durchläufe in der Lernphase.

Für den Überblick der Lernerfolge trägt man die Mediane jedes einzelnen Durchlaufs in verschiedenen Diagrammen ein, um Regressionsgeraden zu erstellen und damit eine Lernkurve zu erhalten. Zur Signifikanzüberprüfung sind die Diagramme mit PASW Statistics 18 (Version 18.0.2 stand 15.3.2011) erstellt und mit Konfidenzintervallen (Konfidenzniveau 95%) bestückt.

Um einen aussagekräftigen und exemplarischen Wert zu erhalten und die Mediansammlung mit der Statistiksoftware R (RKWard 0.5.6. als Benutzeroberfläche für R Version 2.12.0) über den Shapiro-Wilk-Normality-Test auf Normalverteilung zu prüfen, nimmt man von jeder Vp den Median der gesamten Testphase (Siehe Tab 1). Da die Werte nicht normalverteilt sind,

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