RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Gli effetti della deprivazione di sonno sull'apprendimento di abilità procedurali e sulle performance cliniche e cognitive nei medici specializzandi: la funzione protettiva di brevi periodi di sonno

Università di riferimento

Università degli Studi di BOLOGNA - PSICOLOGIA - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Carlo Cipolli

Descrizione

OBBIETTIVI - Le due finalità principali del progetto sono quelle di stabilire, combinando le metodologie degli studi di laboratorio e di quelli sul campo, attraverso un disegno sperimentale trasversale,
a) quanto la mancanza acuta di sonno influenzi le successive prestazioni cognitive e l’apprendimento di nuove abilità percettive e motorie,
b) quanto la strategia di napping possa prevenire o ridurre questa influenza negativa. Sarà inoltre considerato il possibile effetto additivo della deprivazione parziale cronica concomitante (probabilmente presente maggiormente negli specializzandi al 4° anno di corso).

PARTECIPANTI – Il progetto consiste di due esperimenti complementari, che saranno condotti su due gruppi omogenei, costituiti rispettivamente da 240 e 200 giovani medici (metà maschi e metà femmine, iscritti al 2° o al 4° anno della scuola di specializzazione post laurea).

Ogni gruppo sarà selezionato tra la popolazione degli iscritti ai corsi di specializzazione post-lauream dell’Università di Bologna, tra quelli disponibili a prendere parte a uno studio di 64 ore “sul campo”. I soggetti selezionabili saranno destrimani, tra i 26 e i 32 anni di età, non dovranno presentare disordini del sonno (QDS), dovranno avere una tipologia circadiana intermedia (MEQ), non presentare particolari deficit cognitivi, percettivi o motori (valutati preventivamente) e non essere sottoposti a trattamento farmacologico per patologie rilevanti (GHQ-12). I partecipanti dovranno accettare a) di mantenere un regolare ritmo sonno-veglia nella settimana precedente e successiva all’esperimento, b) di compilare un diario del sonno fornito dai ricercatori.

Ai partecipanti saranno comunicati gli obbiettivi generali dello studio, e dovranno firmare un consenso informato prima di prendere parte alla routine sperimentale.

PROCEDURA – Disegno sperimentale (lo stesso adottato da tutte le unità: ognuno dei due campioni (Campione 1: 240 medici; Campione 2: 200 medici) sarà suddiviso in 10 gruppi sperimentali, composti ognuno rispettivamente da 24 o 20 partecipanti, tutti abitualmente coinvolti in turni di guardia notturni, e bilanciati per età, genere, e anno di corso). Il protocollo completo è schematizzato qui sotto.

(inserire schema)

I due sottogruppi di controllo (gruppo A e B) dormiranno regolarmente a casa, monitorati mediante un attigrafo, sia nella notte 1 che nella notte 2, mentre gli altri 8 sottogruppi prenderanno parte a turni notturni, sotto la supervisione di medici più esperti. Due degli 8 sottogruppi (C e D) rimarranno svegli per tutta la notte e tutto il giorno successivo, senza la possibilità di effettuare alcun nap, né diurno né notturno; altri due sottogruppi (E ed F) effettueranno un nap non più lungo di 45 minuti (valutato a posteriori attraverso registrazione attigrafica) in un orario scelto, tra le 2 e le 5 a.m, da ogni partecipante, in base al bisogno di sonno soggettivamente percepito e compatibilmente con le esigenze di lavoro; altri due sottogruppi (G e H) effettueranno un nap notturno secondo le stesse modalità dei gruppi E ed F, più un secondo nap diurno, non più lungo di 45 minuti, intorno alle 2 p.m.; infine, altri due sottogruppi (I ed L) non dovranno dormire durante la notte ma potranno effettuare un nap diurno, non più lungo di 45 minuti, intorno alle 2 p.m.

Tutti i partecipanti indosseranno un attigrafo al polso della mano non dominante dalla notte precedente al Giorno 1 fino al Giorno 3 (comprese le due notti intermedie), in modo da poter successivamente stimare la durata del sonno notturno (quando consentito) e dei naps (quando programmati), e identificare eventuali naps accidentali o micro sonni (inferiori a 5 minuti). I partecipanti che presentassero naps accidentali o più di 2 episodi di microsonni sarebbero esclusi dalle analisi statistiche e sostituiti da altri specializzandi.

Apparato e stimoli: I compiti sperimentali saranno somministrati in stanze tranquille nei reparti dell’Ospedale Sant’Orsola - Malpighi di Bologna, dove i partecipanti allo studio sono abitualmente impegnati in attività cliniche e didattiche. Gli stimoli saranno presentati, e le risposte registrate, per mezzo di computer portatili, i cui software saranno controllati settimanalmente da tecnici esperti, per mantenere inalterata l’attendibilità degli strumenti usati nel corso dello studio.

Misure oggettive per il Campione 1: Il Campione 1 sarà impegnato in due compiti, da effettuarsi uno nei giorni 1, 3, e 8, e l’altro nei giorni 2, 3, e 8. Queste due sequenze di compiti hanno lo scopo di indagare rispettivamente: a) l’effetto della deprivazione di sonno (modulata o no da uno o due naps) sulla consolidazione di abilità procedurali compito-specifiche apprese prima della deprivazione; b) l’effetto della deprivazione (modulata o meno da uno o due naps) sull’acquisizione di nuove abilità e sulla loro successiva consolidazione. In tal modo, si potrà inoltre verificare se uno o due naps, diurni e/o notturni, possano avere un effetto preventivo o ristorativo che contrasti il deterioramento delle abilità già apprese e/o le difficoltà nell’acquisizione di nuove abilità.
A ciascun sottogruppo sarà assegnato uno dei due compiti sperimentali, il Texture Discrimination Task (TDT) o il Finger Tapping Task (FTT), da eseguire una sola volta nel Giorno 1, mentre l’altro compito sperimentale dovrà essere eseguito una o due volte (si veda sotto) nel Giorno 2. Quindi, 5 sottogruppi (A, C, E, G, I) effettueranno il TDT nei Giorni 1, 3, e 8, e il FTT nei Giorni 2 (una o due volte, secondo il disegno sperimentale), 3 e 8, sempre tra le 11 e le 12 a.m., eccetto il re-test del FTT, che verrà svolto alle 4 p.m. da metà dei partecipanti, selezionati casualmente, di ogni sottogruppo.
Gli altri 5 sottogruppi (B, D, F, H, L) effettueranno il FTT nei Giorni 1, 3, e 8, e il TDT nei Giorni 2 (una o due volte, vedi sotto), 3, e 8, sempre tra le 11 e le 12 a.m., eccetto il re-test del TDT, che verrà svolto alle 4 p.m. da metà dei partecipanti, selezionati casualmente, di ogni sottogruppo.
Il quadro completo delle misure ottenute dovrebbe consentire di distinguere il possibile effetto preventivo/ristorativo del nap pomeridiano da quello del sonno della notte di recupero (notte 2, passata a casa dai partecipanti), rispetto alle nuove abilità percettive (TDT) e motorie (FTT).

Texture Discrimination Task (Karni e Sagi, 1991). I soggetti devono elaborare un target visivo complesso (presentato su un pc portatile), identificando una lettera (“T” o “L”) al centro dello schermo e l’orientamento di tre barre diagonali. La sessione è costituita da 50 prove per ogni blocco. In ogni prova sono presentati in successione i tre seguenti eventi: a) una piccola croce al centro dello schermo, per indicare il punto di fissazione; b) lo stimolo target della durata di 16 ms; c) una schermata di mascheramento (un pattern di lettere “V” ruotate in modo casuale, con al centro dello schermo un simbolo contenente una T e una L sovrapposte), della durata di 100 ms. La performance nel compito viene valutata considerando l’intervallo tra lo stimolo target e il mascheramento (stimulus onset asynchrony, SOA) necessario per ottenere un’accuratezza di risposta pari all’80%. Un aumento dell’abilità di discriminazione percettiva corrisponderà al decremento del SOA (necessario a raggiungere la soglia di accuratezza 80%) tra la prima somministrazione del compito e le successive.
Finger Tapping Task (Walker et al., 2002, 2003). Il compito consiste nell’apprendere a digitare con la mano non dominante, senza feedback visivo del proprio movimento, una sequenza di 5 numeri sulla tastiera di un pc portatile più velocemente e accuratamente possibile. La sequenza numerica (4-1-3-2-4) è sempre visibile sullo schermo del computer, per evitare l’influenza della memoria di lavoro. Per ogni prova (della durata di 30 sec.) viene calcolato il numero di sequenze correttamente digitate (velocità) e il numero di errori (accuratezza). La sessione di addestramento consiste di 12 prove di 30 secondi intervallate da 30 secondi di riposo tra ogni prova, per un impegno totale di 12 minuti. I valori (velocità e accuratezza) della prima prova della sessione di addestramento rappresentano la baseline mentre la prestazione nelle ultime tre prove rappresenta una misura del livello di apprendimento raggiunto.

Misure Soggettive per il campione 1: Al Giorno 1, intorno alle ore 10 a.m., i partecipanti compileranno la forma breve del Profile of Mood States (POMS-B; McNair et al., 1992) e la scala di Tratto dello “State-Trait Anxiety Inventory (STAI-Y; Spielberger, 1989)”. Il POMS-B è una versione abbreviata del POMS a 65 items, uno strumento ampiamente utilizzato sia in ambito clinico che sperimentale per la misura delle variazioni dell’umore (cfr. O’Connor, 2004). Esso consiste di 30 aggettivi valutati dal soggetto su una scala a 5 punti, e misura 6 stati emotivi: tensione, confusione, depressione, aggressività, vigore, stanchezza. In questo studio, sarà chiesto ai partecipanti di rispondere sulla base del loro stato d’animo attuale. La scala di Tratto dello STAI-Y è costituita da 20 items con risposta a 4 livelli, e valuta le differenze individuali, relativamente stabili, nella propensione all’ansia. Inoltre, dopo ogni sessione saranno somministrate le sottoscale del POMS Vigore e Stanchezza, per valutare la percezione dei soggetti della loro capacità di svolgere attività fisiche o mentali. Infine, prima di ogni sessione, sarà misurata la sonnolenza auto-percepita attraverso la Stanford Sleepiness Scale, una scala di autovalutazione a 7 punti che varia tra “completamente vigile” e “addormentato”.

Misure Oggettive per il Campione 2: Il secondo Campione (200 partecipanti) sarà impegnato in due compiti, che dovranno essere svolti entrambi e nello stesso ordine nei giorni 1, 2, 3 e 8. Essi hanno lo scopo di indagare in che misura il ragionamento logico e la vigilanza psicomotoria (entrambe abilità necessarie nella pratica clinica) siano danneggiate dopo la deprivazione ipnica (modulata o no da uno o due naps, diurni e/o notturni) conseguente al turno notturno. In questo modo sarà possibile valutare l’eventuale effetto ristorativo dei naps sul deterioramento di abilità precedentemente apprese e sull’acquisizione di nuove abilità.

Il Campione 2 sarà suddiviso in due sottogruppi di 20 medici, seguendo lo stesso disegno applicato al Campione 1. A tutti i 10 sottogruppi sarà somministrato prima il Psychomotor Vigilance Test (PVT), e poi il Logical Reasoning Test (LRT). Nel Giorno 1 sarà svolta la sessione di addestramento, mentre le somministrazioni nei giorni seguenti serviranno a verificare l’apprendimento conseguito.

Psychomotor vigilance task (PVT: Dinges & Powell, 1985 ). Il PVT è lo strumento più utilizzato per misurare la vigilanza oggettiva, dal momento che si è dimostrato sensibile alla deprivazione di sonno (Van Dongen et al, 2003). Il PVT è un semplice compito visuo-percettivo della durata di 10 minuti. Le sue misure fondamentali sono: a) tempo di reazione medio (mRTs), b) numero di omissioni (RT>500 ms), c) tempo medio del 10% di risposte più veloci, d) tempo medio del 10% di risposte più lente. Le misure b) e d) sono considerate altamente sensibili al grado di propensione al sonno (Drummond et al., 2005). Il PVT misurerà le variazioni della vigilanza durante periodi di deprivazione, confrontandole con la baseline (al Giorno 1) il recupero parziale (Giorno 3) e il recupero completo (Giorno 8), oltreché con condizioni intermedie dopo il turno notturno (ad esempio, dopo il nap notturno e/o diurno).

Il Logical Reasoning Task (LRT: Baddeley, 1972) misura la capacità di ragionamento logico-linguistico. E’ un test a tempo (3 minuti) composto di 64 item. Ogni item è formato da da una coppia di lettere (per es., AB o BA) e da una descrizione verbale di tale coppia, in forma diretta o indiretta, e affermativa o negativa. Il soggetto deve decidere se la descrizione è o non è corretta dal punto di vista logico. Ad ogni sessione del compito verranno presentati 4 blocchi di 64 items ciascuno (per un totale di 12 minuti), e sarà calcolato il numero di risposte corrette fornite entro il tempo limite.

Misure soggettive per il campione 2. Le misure soggettive per i partecipanti del secondo Campione saranno le stesse descritte per il campione 1, con la medesima procedura di somministrazione.

ANALISI DEI DATI: I dati attigrafici (raccolti su ogni partecipante per 8 giorni) saranno analizzati tramite apposito software per la detezione e la classificazione dei ritmi sonno-veglia. L’analisi automatica degli indicatori di attività motoria permetterà di valutare durata e dislocazione temporale degli episodi di sonno volontari (naps) o involontari (microsonni) durante il periodo di deprivazione e nei giorni successivi.

Il tempo di sonno e la durata dei naps sarà la variabile dipendente per il confronto tra gruppi dell’organizzazione del sonno e verrà inserita come covariata nelle analisi della performance cognitiva e dell’apprendimento.
Per l’analisi delle abilità procedurali (Campione 1) si utilizzeranno i fattori Deprivazione di Sonno (5 livelli) e Fase di Apprendimento (3 livelli) come variabili indipendenti, mentre le variabili dipendenti saranno il valore del SOA del TDT e la velocità di esecuzione del FTT.
Per l’analisi della vigilanza psicomotoria e del ragionamento logico (Campione 2) saranno utilizzate “Deprivazione di Sonno” (5 livelli) e “Condizione di vigilanza” come variabili indipendenti, mentre i due blocchi di variabili risultanti dai punteggi del PVT e del LRT saranno le variabili dipendenti.
Per quanto riguarda le misure soggettive, i punteggi delle 6 sottoscale del POMS-B saranno le variabili dipendenti di un disegno misto separato, con “Deprivazione” e “Fase di Apprendimento” come variabili indipendenti, per valutare le variazioni d’umore in relazione ai differenti livelli di deprivazione e alla strategia di napping. I punteggi della scala STAY-Y saranno inseriti come covariate nell’analisi descritta, per controllare l’influenza alle differenze individuali nella propensione all’ansia.

RISULTATI ATTESI: Ipotizzando un ruolo decisivo del sonno sia nel mantenere l’efficienza delle prestazioni che richiedono vigilanza e competenze logiche, che nel consolidamento delle abilità procedurali apprese precedentemente o acquisite ex novo, ci si attendono quattro risultati principali.

La deprivazione di sonno dovrebbe avere un effetto negativo su:

1) La vigilanza e l’abilità logica, paragonata con la performance del gruppo di controllo. Il deficit dovrebbe essere maggiore per i sottogruppi che non effettuano alcun nap, rispetto ai gruppi che effettuano un nap, e soprattutto rispetto ai gruppi che ne effettuano due. Il deficit dovrebbe essere transitorio, e la prestazione dovrebbe ritornare ai livelli iniziali dopo una e soprattutto dopo 7 notti di recupero.

2) La consolidazione delle abilità procedurali precedentemente apprese, rispetto alla performance del gruppo di controllo. L’entità del deficit dovrebbe essere inferiore per i partecipanti con nap notturno rispetto a quelli con nap pomeridiano, e soprattutto rispetto a quelli con due naps. Il deficit dovrebbe essere permanente, e i punteggi al TDT e al FTT dovrebbero rimanere peggiori rispetto a quelli dei partecipanti nella condizione di controllo, sia dopo una che dopo 7 notti di recupero.

3) La consolidazione delle abilità procedurali acquisite dopo la deprivazione, rispetto alla performance del gruppo di controllo. Le differenze attese tra i gruppi in funzione dei naps dovrebbero essere analoghe a quelle previste per le abilità procedurali precedentemente apprese.

4) Il processo di apprendimento, e probabilmente la vigilanza e l’abilità di ragionamento logico, in maniera maggiore per gli specializzandi (soprattutto quelli del 4° anno) affetti da deprivazione parziale cronica, verificata tramite il diario del sonno.