睡眠と学習

睡眠と学習の関連性については、複数の仮説が存在する。研究によると、睡眠は脳を休ませるだけでなく、長期記憶の定着にも役立つ可能性がある。

REM睡眠と徐波睡眠は、記憶の固定化において異なる役割を果たします。REM睡眠は、非宣言的（暗黙的）記憶の固定化と関連しています。非宣言的記憶の例としては、自転車に乗るなど、意識的に考えなくてもできる作業が挙げられます。徐波睡眠、またはノンレム睡眠（NREM睡眠）は、宣言的（明示的）記憶を固定化します。これらは、歴史の授業の日付など、意識的に記憶する必要のある事実です。^{[ 1 ]}

よく言われることわざには、再構築された記憶が朝に新しい創造的な連想を生み出し、睡眠を含む時間間隔の後にはパフォーマンスが向上するという考えが反映されている。^{[ 2 ]}現在の研究では、健康的な睡眠が学習依存のパフォーマンスを大幅に向上させることが示されている。^{[ 3 ] [ 4 ]}睡眠は脳が記憶を編集するのを助け、重要なパターンを探し、大まかなルールを抽出し、それを既存の記憶と統合する。^{[ 5 ]} 「シナプススケーリング」仮説は、睡眠が覚醒中に行われた学習の調整に重要な役割を果たし、脳内でのより効率的で効果的なストレージを可能にし、スペースとエネルギーをより良く利用することを示唆している。^{[ 6 ]}

健康的な睡眠には、記憶の固定化と最適化のプロセスで異なる役割を果たすノンレム睡眠とレム睡眠の適切な順序と割合が含まれている必要があります。通常の睡眠中、人はノンレム睡眠とレム睡眠の期間を交互に繰り返します。各サイクルは約90分で、20～30分のレム睡眠が含まれます。^{[ 7 ]}ノンレム睡眠は睡眠段階1～4で構成され、動きが観察される段階です。ノンレム睡眠中でも、人は体を動かすことができます。寝返りを打ったり、寝返りを打ったり、転がったりする場合は、ノンレム睡眠中であることを示しています。レム睡眠は、筋肉活動がないことが特徴である。生理学的研究によると、時折の痙攣を除いて、人はレム睡眠中に実際に麻痺状態になります。^{[ 7 ]}運動技能の学習 では、睡眠の間隔がパフォーマンスの向上に重要になる場合があります。睡眠がないと、これらの向上は遅れます。^{[ 8 ]}

手続き記憶は非宣言的記憶の一種であるため、急速波REM睡眠から最も恩恵を受ける。^{[ 7 ]}ある研究では、^{[ 9 ]}手続き記憶は睡眠から恩恵を受けることが示されている。^{[ 10 ]} 被験者はタッピング課題を使用してテストされ、指を使用してキーボード上の特定の数字のシーケンスをタップし、そのパフォーマンスは正確さと速度によって測定された。この指タッピング課題は、運動技能の学習をシミュレートするために使用された。最初のグループはテストされ、12時間後に覚醒した状態で再テストされ、最後に睡眠を挟んでさらに12時間後にテストされた。もう一方のグループはテストされ、睡眠を挟んで12時間後に再テストされ、その後、覚醒した状態で12時間後に再テストされた。結果は、両方のグループで、12時間の覚醒セッション後にはわずかな改善しか見られなかったが、各グループが睡眠をとった後にパフォーマンスが大幅に向上したことを示した。この研究は、REM睡眠が運動技能の手続き記憶の定着に重要な要因であることを示しており、したがって睡眠不足は運動学習課題のパフォーマンスを低下させる可能性がある。この記憶の低下は、特にステージ2のREM睡眠の喪失に起因する。^{[ 11 ]}

宣言的記憶も睡眠から恩恵を受けることが示されているが、手続き的記憶と同じ方法ではない。宣言的記憶は徐波nREM睡眠から恩恵を受ける。^{[ 7 ]}被験者が単語ペアを学習する研究^{[ 12 ]が行われ、その結果、睡眠は記憶の減衰を防ぐだけでなく、宣言的記憶を積極的に固定することも示された。 [ 13 ]} 2つのグループは単語ペアを学習した後、睡眠をとるか、または起きたままにして、再度テストを受けた。他の2つのグループは同じことを行ったが、以前に学習した単語ペアを妨害するために、再テストの直前に干渉ペアも学習した。結果は、睡眠は単語ペアの関連付けを保持するのに多少役立つが、干渉ペアに対しては睡眠が著しく役立つことを示した。

睡眠後には洞察力が高まります。これは、睡眠が記憶の再分析に役立つためです。学習中に発生する脳活動のパターンは、睡眠中にもより速く発生することがわかっています。睡眠が記憶を強化する方法の1つは、脳内のニューロン間のあまり効果的でない接続を選別することです。この選別は、過活動を防ぐために不可欠です。脳は、ニューロン間のシナプス（接続）の一部を強化する代わりに、他の接続を弱めます。弱化プロセスは主に睡眠中に発生します。睡眠中のこの弱化により、覚醒中に他の接続が強化されます。学習は接続を強化するプロセスであるため、このプロセスは睡眠が記憶にもたらす利点の主要な説明となる可能性があります。^{[ 14 ]}

研究によると、午後の昼寝は学習能力を高めることがわかっています。ある研究^{[ 15 ]}では、非宣言的記憶課題で2つの被験者グループをテストしました。1つのグループはREM睡眠を行い、もう1つのグループは行いませんでした（つまり、NREM睡眠を行いました）。研究者らは、NREM睡眠のみを行った被験者はあまり改善が見られなかったことを発見しました。REM睡眠を行った被験者は有意に優れた成績を示し、REM睡眠が非宣言的記憶の固定化を促進することを示しました。^{[ 7 ]} より最近の研究^{[ 16 ]}では、手続き的課題は就寝直前に遭遇するとよりよく学習され保持されるのに対し、宣言的課題は午後に学習するとよりよく学習されることが実証されました。^{[ 6 ]}

2009年の研究^{[ 17 ]}では、ラットの前頭前皮質にある多数の孤立細胞の電気生理学的記録に基づいて、学習時に形成された細胞集合がその後の睡眠エピソード中に優先的に活性化されることが明らかになった。より具体的には、これらの再生イベントは徐波睡眠中に顕著であり、海馬の再活性化イベントと同時に発生した。この研究は、大規模な脳ネットワークの神経パターンが学習中にタグ付けされ、その後の睡眠中に再生され、おそらく固定化されることを示している。運動技能や神経補綴学習中の学習パターンの同様の再活性化を示した他の研究もある。^{[ 18 ] [ 19 ]}注目すべきことに、再活性化と再スケーリングが睡眠中に同時に発生する可能性があることを示す新たな証拠がある。^{[ 20 ]}

睡眠は学生の成績に直接関係している。米国の高校生の4人に1人は、少なくとも週に1回は授業中に居眠りすると認めている。^{[ 21 ]}その結果、睡眠時間が短い生徒は成績が悪いという結果が出ている。米国では、ほとんどすべての学校が早朝に始まるため、多くの生徒が夜遅くまで起きていることを選択するか、睡眠相後退症候群のためにそうせざるを得ないため、睡眠不足は学生の間で一般的である。^{[ 22 ]}その結果、8.5時間から9.25時間の睡眠をとるべき生徒が7時間しか睡眠をとっていない。^{[ 23 ]}おそらくこの睡眠不足が原因で、成績が下がり、集中力が低下しているのだろう。^{[ 24 ]}

研究によると、さまざまな遠隔学習形態は、看護学生の睡眠の質に対する認識に大きな影響を与えることがわかっています。^{[ 25 ] [ 26 ]} COVID-19パンデミックの間、ある研究では、非同期学習に参加した学生は、ハイブリッド学習環境や対面学習環境の学生と比較して、睡眠の質が優れていると報告しました。^{[ 26 ]}調査対象となった看護学生の半数以上が、1晩に推奨される7時間未満の睡眠しか取っていないと報告しましたが、睡眠時間が長いと報告した学生は、睡眠の質も優れていると報告しました。^{[ 26 ]}

睡眠不足が学業成績に及ぼす大きな影響と、生徒に見られる睡眠パターンの違いを考慮し、教育機関は始業時間を見直し始めている。例えば、ニュージーランドのある学校は、生徒がより多くの睡眠時間を確保できるスケジュールを維持できるように、2006年に始業時間を午前10時30分に変更した。2009年には、ノース・タインサイド のモンクセートン高校で、13歳から19歳までの生徒800人が通常の午前9時ではなく午前10時に授業を開始し、全体的な欠席率が8%、長期欠席率が27%減少したと報告した。^{[ 27 ]} 2024年には、デンマークの約20校が始業時間を遅らせ、良い結果が出ている。^{[ 28 ]}  

大学生は、人口の中で最も睡眠不足に陥っている層の一つです。アメリカの大学生のうち、よく眠れているのはわずか11%で、40%の学生は週に2日しか十分に休息が取れていないと感じています。約73%の学生が、少なくとも時折睡眠障害を経験しています。このような睡眠不足は、学習プロセスに不可欠な情報を統合するために脳が必要とする時間を奪ってしまうため、学習能力や記憶力に深刻な影響を与えると考えられています。^{[ 29 ]}

睡眠は職場でのパフォーマンスにも直接関連しています。睡眠のさまざまな段階は学習戦略にも影響を与え、結果として認知能力にも影響を及ぼします。実際、ある研究では67人の健康な成人（18～39歳）を対象に調査を行い、報酬に基づくモデルベース学習とモデルフリー学習を実施した結果、REM睡眠の量が多いほどモデルベース学習が改善されることがわかりました^{[ 30 ]}。

モデルベース学習とは、事前の計画が必要とされるより複雑な思考様式を指し、モデルフリー学習とは反復に基づく行動を指します^{[ 31 ]}。本研究では、モデルベース学習はREM睡眠の増加に​​よって向上し、より複雑な認知タスクを実行できるようになったことが示されました。全体として、本研究は、REM睡眠がいかに効率的であり、専門的な環境においては必要不可欠であるかを示しています。

実際、睡眠制限によって、より複雑な職場でのパフォーマンスが阻害される可能性があります。さらに、別の研究では、アスリートやパイロットなどのエリート認知能力者（ECP）を評価した他の既発表の研究を調査し、睡眠制限（SR）が重要度の低いタスクに悪影響を与え、より複雑なタスクは維持されることを発見しました^{[ 32 ]}。この研究は、睡眠制限がパフォーマンスレベルをある程度変化させ、特定の重要度の高いタスクに一定の脅威をもたらす可能性があるという考えをさらに裏付けています。

概して、どちらの研究も、十分な睡眠が不足すると職場でのパフォーマンスや学習能力に悪影響を及ぼすことを示しています。睡眠は、学校生活であれ職場であれ、日常生活における人の能力全体に影響を与えます。

• 「今回の研究は、睡眠の機能の理解に一歩近づくものだ」 ―ウィスコンシン大学マディソン校医学・公衆衛生学部より
• 「眠ることで、もしかしたら学ぶこともある」 ― 『自然』より
• 「鳥は睡眠中に歌を磨く可能性がある」 ―サイエンス誌より
• 「睡眠が記憶力と学習能力の向上に役立つことを示す研究レビュー」 ―サイエンス誌とネイチャー誌より