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 de L'AQUILA - MEDICINA INTERNA E SANITA' PUBBLICA - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Michele Ferrara

Descrizione

In questo studio valuteremo gli effetti della deprivazione di sonno, del napping e dell’ora del giorno sui processi esecutivi di controllo valutati mediante un compito di task switching, un paradigma mai utilizzato prima nella letteratura sulla deprivazione di sonno. Nelle professioni mediche è sempre più frequente una saltuaria ma completa restrizione del sonno notturno, accompagnata da un periodo di veglia in cui all’individuo è richiesto di svolgere attività professionali complesse e non ripetitive. I medici specializzandi impegnati in turni prolungati di attività in ospedale possono dunque incorrere in uno scadimento delle prestazioni dovuto all’interazione tra mancanza di sonno e fatica. In tali situazioni il cosiddetto task switching, ovvero il rapido e flessibile adattamento del comportamento alle mutevoli caratteristiche del contesto di lavoro, sembra un’abilità fondamentale, in particolare nella presa di decisione medica. Quest’ultima può richiedere frequenti passaggi tra compiti cognitivi diversi: in condizioni di ridotta vigilanza, come durante i turni di guardia notturni, l’efficace passaggio dall’anamnesi, alla diagnosi, alle prescrizioni, alla prognosi potrebbe risultare non garantito.
L’abilità di variare il proprio comportamento in modo adeguato, con rapidità e flessibilità rispetto alle richieste ambientali, è chiaramente dimostrata in paradigmi sperimentali che richiedono l’esecuzione seriale di due o più compiti differenti che si alternano fra loro. Il paradigma di task switching, che è stato ampiamente utilizzato per indagare il controllo esecutivo (10, 19), prevede che vengano effettuati due diversi compiti che si susseguono in rapida successione secondo una sequenza casuale, così che il tipo di compito da eseguire possa cambiare (switch trial) o ripetersi (repeat trial) tra una prova e quella successiva. In anni recenti studi di neuroimaging hanno dimostrato che l’esecuzione del task switching impegna varie regioni della CPF (1, 3, 25). Da un punto di vista comportamentale il passaggio da un compito ad un altro avviene, generalmente, con maggiore lentezza e minor precisione rispetto alla ripetizione dello stesso compito. Questa differenza è chiamata costo del cambio di compito o Switch Cost (SC). Si pensa che lo SC rifletta il tempo richiesto dai processi di controllo esecutivo per riconfigurare il sistema cognitivo quando è richiesta l’esecuzione di un nuovo compito (17, 23, 24). Pertanto lo SC è considerato una misura operativa del controllo esecutivo.
Il task switching coinvolge vari aspetti del controllo cognitivo, come dimostrato dal fatto che lo SC può essere scomposto in componenti distinte (17): quelle anticipatorie, o di preparazione al nuovo compito, e quelle relative all’abbandono (disengagement) del compito precedentemente eseguito. Ad esempio, lo SC è minore in condizioni sperimentali in cui, prima della presentazione dello stimolo target, venga presentato uno stimolo segnale (cue) che indichi quale compito eseguire, consentendo così una preparazione al compito stesso. Allo stesso modo, lo SC si riduce quando aumenta l’intervallo di tempo tra la presentazione dello stimolo cue e quella del target (Cue-Target Interval - CTI), fornendo più tempo per una riconfigurazione del task set (18, 23). Inoltre, lo SC si riduce quando aumenta l’intervallo di tempo tra la risposta alla prova precedente e la presentazione dello stimolo target per il nuovo compito (Response-Target Interval - RTI), suggerendo quindi il coinvolgimento di un processo di disengagement dal compito precedente (18). Infine, anche fornendo un intervallo di tempo molto lungo per la preparazione al nuovo compito lo SC non viene mai del tutto eliminato, suggerendo che la riconfigurazione del task set può essere completata solo dopo che le informazioni percettive rilevanti per il compito siano state specificate (17, 23).
Obiettivi dello studio
Data la stretta relazione tra sonno e funzionalità dei lobi frontali, il primo obiettivo di questo studio è quello di indagare se la perdita di sonno durante i turni di notte influisca negativamente su specifiche componenti dei processi di controllo coinvolti nel task switching. Inoltre, valuteremo se la strategia di uno o due brevi periodi di sonno (nap) dislocati durante la notte di guardia medica e nel primo pomeriggio successivo fornisca un recupero dagli eventuali deficit cognitivo-comportamentali provocati dalla notte on call.
Lo studio sarà preceduto da due esperimenti pilota, con lo scopo di scegliere empiricamente il paradigma di task switching maggiormente sensibile alla deprivazione di sonno. Infine, in un ulteriore esperimento esamineremo l’ipotesi che l’ora del giorno (time of day) influisca sulle funzioni esecutive implicate nella performance di task switching, poiché tale variabile non è stata, ad oggi, mai presa in considerazione.

METODO GENERALE
Partecipanti
Per l’esperimento “sul campo”, dalla popolazione di specializzandi turnisti della Facoltà di Medicina e Chirurgia saranno selezionati 200 soggetti (100 maschi e 100 femmine, per metà iscritti al II anno e per metà al IV anno di specializzazione, per tener conto anche del livello di esperienza). Altri 60 soggetti saranno selezionati da una popolazione di specializzandi non necessariamente sottoposti a turni, per partecipare ai due studi “pilota” e all’esperimento “ora del giorno”. Tutti i soggetti parteciperanno allo studio dopo aver firmato un consenso informato.
Attrezzature e stimoli
Gli esperimenti saranno condotti in ambiente a bassa illuminazione. I partecipanti siederanno di fronte ad un monitor di 15”, ad una distanza di 50 cm. Gli stimoli saranno costituiti da numeri (dall’1 al 9 escluso il 5) presentati al centro del monitor (angolo visivo di circa 3°x 5°). Gli stimoli cue saranno costituiti da quadrati e rombi indicanti, rispettivamente, i compiti pari/dispari e maggiore/minore-di-5 (angolo visivo di circa 7°x 7°). Gli stimoli, di colore bianco, verranno presentati su sfondo nero; gli stimoli target appariranno all’interno del cue. La risposta ad entrambi i compiti verrà fornita attraverso due tasti della tastiera del computer (tasto “A” con la mano sinistra, tasto “L” con la destra). La presentazione degli stimoli e la registrazione delle risposte verrà controllata da un programma realizzato allo scopo.
Compiti di task switching
I costi del cambio di compito saranno misurati attraverso una procedura di task-cueing che richiede l’esecuzione di due compiti diversi in rapida successione e secondo un ordine casuale. Ciascuna prova sarà preceduta dalla presentazione di uno stimolo cue indicante il compito da eseguire sul successivo stimolo target. In tutti gli esperimenti saranno utilizzati gli stessi compiti: a) indicare se il numero che compare è un numero pari o dispari; b) indicare se il numero che compare è maggiore o minore di 5. I partecipanti risponderanno premendo due pulsanti sulla tastiera con la mano destra e sinistra: risposta con la mano sinistra per indicare numeri dispari o minori-di-5; risposta con la mano destra per indicare numeri pari o maggiori-di-5.
I partecipanti saranno sottoposti individualmente al test. Le istruzioni relative al compito saranno presentate sullo schermo. Ulteriori spiegazioni saranno fornite verbalmente, sottolineando l’importanza sia della velocità delle risposte che della loro accuratezza. I costi del cambio di compito saranno valutati misurando la differenza nei tempi di reazione (misura della velocità) e nella percentuale di errori (misura dell’accuratezza) tra le prove di cambio di compito (switch trials) e quelle di ripetizione del compito (repeat trials).
Misure soggettive
Prima di ciascuna sessione di task switching sarà valutato il livello di sonnolenza soggettivamente percepito mediante la Karolinska Sleepiness Scale (KSS), e l’umore attraverso la Visual Analog Scale for Mood.

ESPERIMENTO “PILOTA”
L’obiettivo dei 2 esperimenti pilota è duplice: a) valutare quale componente del task switching (quella endogena di riconfigurazione del task set o quella di decadimento) è maggiormente influenzata dagli effetti della deprivazione di sonno, in modo da utilizzare la configurazione più appropriata del compito nella successiva fase sperimentale sul campo; b) raccogliere dati in tipiche condizioni controllate di laboratorio da confrontare con quelli raccolti sul campo, consentendo di separare gli effetti della mancanza di sonno per se da quelli della fatica legata all’esecuzione di compiti medico-chirurgici durante la guardia notturna.
Pilota 1
Allo scopo di indagare l’effetto della deprivazione di sonno sulle componenti endogene di riconfigurazione del task set indipendentemente dalla componente di decadimento del task set, l’RTI sarà mantenuto costante a 1300 ms mentre il CTI verrà manipolato attraverso la presentazione del cue lontano dalla risposta precedente e vicino allo stimolo subentrante (cioè, RCI = 1000 ms e CTI = 300 ms), oppure vicino alla risposta precedente e lontano dallo stimolo subentrante (cioè, RCI = 300 ms e CTI = 1000 ms). Conseguentemente, avremo due condizioni di RCI-CTI: lunga-corta e corta-lunga. In ciascuna prova, quindi, il cue sarà presentato per 300 o 1000 ms (a seconda delle condizioni sperimentali) e sarà seguito dallo stimolo target. Entrambi gli stimoli cue e target resteranno sullo schermo finché i partecipanti non avranno risposto o finché non saranno trascorsi 2500 ms.
20 specializzandi saranno assegnati casualmente ad uno dei due gruppi previsti (10 al gruppo Sperimentale e 10 a quello di Controllo). Ogni gruppo sarà sottoposto a 4 sessioni di task switching, con la sessione di Addestramento nel giorno 1, la sessione Baseline nel giorno 2, la sessione Sperimentale nel giorno 3, dopo una notte di deprivazione totale di sonno in condizioni controllate di laboratorio (gruppo Sperimentale) o di sonno normale (gruppo di Controllo), e la sessione di Recupero nel giorno 4, dopo una notte di sonno di recupero. Ogni sessione inizierà alle ore 11. Le sessioni di Addestramento, Baseline, Sperimentale e Recupero saranno composte da 2 separate sottosessioni ciascuna. Le sottosessioni differiscono nella combinazione RCI-CTI. Nell’esperimento Pilota 1 la combinazione RCI-CTI sarà lunga-corta in una sottosessione e corta-lunga nell’altra. L’ordine di presentazione delle sottosessioni sarà bilanciato tra i soggetti.
Pilota 2
Allo scopo di indagare gli effetti della deprivazione di sonno sulla componente di decadimento del task switching indipendentemente dai processi di riconfigurazione del task set, il CTI sarà mantenuto costante a 300 ms, mentre l’RCI sarà manipolato attraverso la presentazione del cue lontano dalla risposta precedente e vicino allo stimolo subentrante (cioè, RCI = 1000 ms e CTI = 300 ms) oppure vicino alla risposta precedente e vicino allo stimolo subentrante (cioè, RCI = 300 ms e CTI = 300 ms). Conseguentemente, nell’esperimento Pilota 2 avremo due condizioni RCI-CTI: lunga-corta (1000-300, la stessa del Pilota 1) e corta-corta (300-300).
20 specializzandi saranno assegnati casualmente ad uno dei due gruppi previsti (10 al gruppo Sperimentale e 10 a quello di Controllo). Analogamente, ogni gruppo sarà sottoposto alle stesse 4 sessioni di task switching precedentemente descritte (addestramento, baseline, sperimentale, recupero). Ogni sessione sarà composta da due distinte sottosessioni che differiranno nella combinazione di RCI-CTI (lunga-corta in una sottosessione e corta-corta nell’altra).

ESPERIMENTO “SUL CAMPO”
Ognuno dei 10 gruppi previsti sarà composto da 20 specializzandi (10 maschi e 10 femmine, per metà al II anno di specializzazione, per l’altra metà al IV anno). Il protocollo sperimentale è riassunto nello schema qui di seguito riportato. Tutti i soggetti porteranno al polso un attigrafo dal Giorno 1 al Giorno 3 (comprese le Notti 1 e 2), che consentirà di stimare la durata del sonno notturno (ove previsto), dei nap notturni e/o pomeridiani, e di individuare eventuali sonnellini non previsti dal protocollo sperimentale.

In breve, tutti i gruppi saranno addestrati al compito di task switching alle ore 11 del “Giorno 0” e testati per registrare il livello di base della loro prestazione alla stessa ora del giorno seguente (Giorno 1).
Nel corso della notte successiva (Notte 1), i 2 gruppi di “Controllo” (A e B) dormiranno regolarmente a casa, con registrazioni attigrafiche che consentiranno di valutare la durata del periodo di sonno. Quindi, nel corso della giornata successiva (Giorno 2), entrambi i gruppi saranno ritestati alle ore 11, e solo il gruppo B anche alle ore 16. Un ulteriore retest è previsto per entrambi i gruppi alle ore 11 del Giorno 3, dopo una seconda notte di sonno indisturbato a casa monitorato tramite attigrafia (Notte 2). Infine, per entrambi i gruppi di controllo è previsto un ultimo retest alle ore 11 del Giorno 8.
I due gruppi “Veglia” (A e B) lavoreranno durante l’intero turno di notte previsto per la Notte 1. Il giorno dopo (Giorno 2), entrambi i gruppi saranno ritestati alle ore 11, e solo il gruppo B anche alle ore 16, per valutare gli effetti della fatica e delle deprivazione di sonno sulla prestazione al task switching. I 2 gruppi saranno ritestati alle ore 11 del Giorno 3, dopo una notte di sonno di recupero indisturbato a casa, monitorato tramite attigrafia (Notte 2). E’ previsto un retest finale alle ore 11 del Giorno 8.
I 2 gruppi “Nap Notturno” (A e B) durante il turno di lavoro della Notte 1 avranno la possibilità di effettuare un sonnellino (non oltre 45 minuti). Nel corso della giornata successiva (Giorno 2) entrambi i gruppi saranno ritestati alle ore 11, e solo il gruppo B anche alle ore 16, per valutare gli effetti del breve riposo notturno sulla prestazione al task switching. Un ulteriore retest è previsto per entrambi i gruppi alle ore 11 del Giorno 3, dopo una notte di sonno di recupero a casa, monitorato tramite attigrafia (Notte 2). Infine, un ultimo retest è previsto alle ore 11 del Giorno 8.
Anche i 2 gruppi “Nap Notturno e Pomeridiano” (A e B) avranno la possibilità di effettuare un breve sonnellino durante il turno di lavoro della Notte 1. Inoltre, dopo il retest previsto per le ore 11 del giorno successivo (Giorno 2), entrambi i gruppi avranno l’opportunità di un ulteriore nap pomeridiano (intorno alle ore 14), che sarà seguito, solo nel sottogruppo B, da un retest alle ore 16. Un ulteriore retest è previsto per entrambi i gruppi alle ore 11 del Giorno 3, dopo una notte di sonno di recupero a casa monitorato tramite attigrafia (Notte 2). Infine, è previsto un ultimo retest alle ore 11 del Giorno 8.
Gli ultimi 2 gruppi, “Nap Pomeridiano” (A e B), lavoreranno durante l’intero turno di notte previsto per la Notte 1. Nel corso della giornata successiva (Giorno 2) entrambi i gruppi saranno ritestati alle ore 11, dopodichè sarà loro concesso un breve nap intorno alle ore 14, che sarà seguito, solo nel sottogruppo B, da un retest alle ore 16. Un ulteriore retest è previsto per entrambi i gruppi alle ore 11 del Giorno 3, dopo una notte di sonno di recupero a casa monitorato tramite attigrafia (Notte 2). L’ultimo retest avverrà alle ore 11 del Giorno 8.

ESPERIMENTO “ORA-DEL-GIORNO”
Per valutare gli effetti dell’ora del giorno sulle funzioni esecutive coinvolte nella prestazione al task switching, un gruppo di 20 specializzandi sarà testato durante la giornata ad intervalli regolari di 2 ore (dalle ore 10.00 alle 22.00). Quindi ciascun soggetto parteciperà a 7 sessioni di task switching. Ciascuna sessione durerà 40 minuti. Per la metà dei partecipanti (n=10), le sessioni saranno con combinazione RCI-CTI: lunga-corta e corta-lunga; per gli altri 10 soggetti le sessioni saranno con combinazione RCI-CTI: lunga-corta e corta-corta. Durante gli intervalli tra le sessioni i partecipanti, monitorati con attigrafia, potranno dedicarsi alle loro normali attività giornaliere, ma non dormire.