Experimental investigation of the role of slow wave sleep in fear extinction and analog intrusive re-experiencing

Abstract

The fear conditioning framework is a central translational model for the development and maintenance of pathological anxiety. In the context of posttraumatic stress disorder (PTSD), re-experiencing symptoms, such as intrusions, can be explained as complex conditioned fear responses to trauma-associated stimuli. Fear extinction describes the dissipation of conditioned fear during repeated exposure to trauma-associated stimuli in the absence of current threat and is assumed to underlie successful trauma-focused psychotherapy. Since fear extinction is considered as a form of learning, interventions to improve memory processing could enhance fear extinction and thereby improve success rates of trauma-focused psychotherapy. To date, research has provided compelling evidence for a causal role of sleep in memory processing. Two prominent accounts assume that sleep, and in particular slow wave sleep (SWS), is actively involved in memory consolidation and recall as well as in restoration of encoding capacity during ensuing wakefulness. Motivated by these assumptions, the present dissertation aimed to investigate the role of SWS in fear extinction while focusing either on SWS-dependent encoding or on SWS-dependent consolidation. Furthermore, it was the aim of this dissertation to provide further insights on the link between conditioned fear and intrusion development. Study 1 examined fear acquisition and analog intrusions in the context of increased psychological distress in the general population due to the coronavirus disease 2019 (COVID-19) outbreak in early 2020. Results show that COVID-19-related distress was associated with more analog intrusions after exposure to an aversive film clip during fear acquisition. Importantly, this relationship was mediated by the strength of conditioned fear. This supports the hypothesis that pretrauma stress could increase the risk for posttraumatic symptom development by affecting memory processing of aversive events. Furthermore, by establishing a causal relationship between the associative strength of conditioned fear and analog intrusions, Study 1 provides support for the construct validity of the paradigm used in the present dissertation to examine analog intrusions as a phenomenon deriving from fear conditioning. In Study 2, it was investigated whether sleep rich of SWS promotes extinction learning. Analyses of polysomnographic recording indicated successful manipulation of SWS amounts in the experimental conditions. However, results did not suggest that early night sleep, in contrast to wakefulness, prior to extinction training facilitates extinction learning and recall or diminishes analog intrusions. These findings were supported by Bayesian inference. In contrast, exploratory analyses on associations between sleep stage amounts and subsequent extinction learning suggested a role of rapid eye movement (REM) sleep in extinction learning. Study 3 tested the hypothesis that sleep-directed hypnosis, designed to boost SWS, facilitates consolidation and generalization of fear extinction. Manipulation checks did not establish increased SWS by sleep-directed hypnosis in comparison with a control condition. With regard to extinction recall and generalization, results did not suggest an effect of sleep-directed hypnosis. Similarly, no effects were found in analog intrusions and rumination. Notably, analyses showed that subjective sleep quality increased after the hypnotic suggestion but decreased in the control condition, suggesting that sleep-directed hypnosis may be beneficial for improving sleep quality after trauma. This dissertation is the first systematic investigation of the role of SWS in fear extinction and analog intrusive re-experiencing. Overall, the results from Study 2 and 3 did not support the assumptions that SWS facilitates extinction learning and consolidation and that these effects transfer to fewer analog intrusions. The present research adds important insights to existing evidence, which has been mixed in terms of sleep effects on fear extinction. In particular, the findings from Study 2 suggest REM sleep rather than SWS to be important for subsequent extinction learning, which aligns with current accounts proposing a more dominant role of REM sleep in restoring encoding capacity. With regard to the findings of Study 3, the failed manipulation of SWS amounts by sleep-directed hypnosis limits the interpretation in terms of SWS effects. However, subsequent correlation analyses also did not indicate an association between SWS and subsequent extinction recall. Further research is needed to investigate the role of sleep in fear extinction.

Furchtkonditionierung stellt ein wichtiges translationales Modell für die Entwicklung und Aufrechterhaltung pathologischer Furcht dar. Im Kontext der posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS) können Wiedererlebenssymptome, wie Intrusionen, als komplexe konditionierte Furchtreaktionen verstanden werden. Furchtextinktion beschreibt den Rückgang konditionierter Furcht während der wiederholten Exposition mit Trauma-assoziierten Reizen in einer sicheren Umgebung und wird als ein grundlegender Mechanismus erfolgreicher Trauma-fokussierter Psychotherapie angenommen. Da Furchtextinktion als eine Form des Lernens betrachtet wird, könnten Interventionen zur Verbesserung von Gedächtnisprozessen die Furchtextinktion stärken und somit die Erfolgsaussichten Trauma-fokussierter Psychotherapie erhöhen. Die bisherige Forschung hat überzeugende Evidenz für eine kausale Rolle von Schlaf in Gedächtnisprozessen erbracht. Auf der Grundlage zweier Theorien wird angenommen, dass Schlaf, insbesondere Tiefschlaf, aktiv an der Konsolidierung und dem Abruf von Gedächtnisinhalten sowie an der Regeneration von Enkodierfähigkeit für die nächste Wachperiode beteiligt ist. Vor diesem Hintergrund zielte die vorliegende Dissertation darauf ab, die Rolle des Tiefschlafs in der Furchtextinktion zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt zum einen auf der Tiefschlaf-abhängigen Enkodierung und zum anderen auf der Tiefschlaf-abhängigen Konsolidierung lag. Darüber hinaus war es Ziel dieser Dissertation weitere Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen konditionierter Furcht und der Entstehung von Intrusionen zu gewinnen. Studie 1 untersuchte die Furchtakquisition und analoge Intrusionen im Kontext erhöhter psychischer Belastung in der Allgemeinbevölkerung durch den Ausbruch der Coronavirus-Krankheit-2019 (COVID-19) zu Beginn des Jahres 2020. Die Ergebnisse zeigen, dass die psychische Belastung durch den COVID-19-Ausbruch mit mehr analogen Intrusionen nach Exposition mit einem aversiven Filmausschnitt während der Furchtakquisition verbunden war. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass dieser Zusammenhang durch die Stärke der konditionierten Furcht mediiert wurde. Dieser Befund stützt die Hypothese, dass prätraumatischer Stress das Risiko für die Entwicklung posttraumatischer Belastungssymptome erhöht, indem er die Verarbeitung von Gedächtnisinhalten aversiver Ereignisse beeinflusst. Darüber hinaus unterstützt Studie 1 mit der Feststellung eines kausalen Zusammenhangs zwischen der assoziativen Stärke konditionierter Furcht und analogen Intrusionen die Konstruktvalidität des Paradigmas, das in der vorliegenden Dissertation zur Untersuchung analoger Intrusionen als Folge von Furchtkonditionierungsprozessen genutzt wurde. In Studie 2 wurde untersucht, ob Tiefschlaf-reicher Schlaf Extinktionslernen fördert. Analysen polysomnographischer Daten legten eine erfolgreiche Manipulation des Tiefschlafanteils in den experimentellen Bedingungen nahe. Die Ergebnisse wiesen jedoch nicht darauf hin, dass Schlaf in der frühen Nachthälfte, im Vergleich zu Wachheit, vor dem Extinktionstraining das Extinktionslernen und -abruf begünstigt oder zu einer Verringerung von analogen Intrusionen führt. Diese Befunde wurden durch Bayes-Inferenzstatistik gestützt. Im Gegensatz dazu deuteten explorative Zusammenhangsanalysen zu den Anteilen verschiedener Schlafstadien und dem anschließendem Extinktionslernen auf eine Rolle des rapid-eye-movement (REM)-Schlafs hin. Studie 3 untersuchte die Hypothese, dass Schlaf-gerichtete Hypnose, die darauf abzielt, den Tiefschlaf zu erhöhen, die Konsolidierung und Generalisierung der Furchtextinktion begünstigt. Manipulationschecks ergaben keine Steigerung des Tiefschlafs durch Schlaf-gerichtete Hypnose im Vergleich zu einer Kontrollbedingung. Im Hinblick auf den Extinktionsabruf und dessen Generalisierung zeigten die Ergebnisse keinen Hinweis auf einen Effekt von Schlaf-gerichteter Hypnose. Ebenso wurden keine Effekte in analogen Intrusionen oder Rumination gefunden. Bemerkenswerterweise zeigten die Analysen eine Verbesserung der subjektiven Schlafqualität nach der hypnotischen Suggestion, während die Schlafqualität in der Kontrollbedingung absank. Dies weist darauf hin, dass Schlaf-gerichtete Hypnose zur Verbesserung der Schlafqualität nach einem Trauma beitragen könnte. Die vorliegende Dissertation ist die erste systematische Untersuchung der Rolle des Tiefschlafs in der Furchtextinktion und analogem intrusiven Wiedererleben. Zusammengefasst stützen die Ergebnisse von Studie 2 und 3 nicht die Annahmen, dass Tiefschlaf Extinktionslernen und –konsolidierung begünstigt und dass diese Effekte sich zu einer Verringerung von analogen Intrusionen übertragen. Diese Forschung trägt wichtige Erkenntnisse zu der bestehenden Befundlage bei, die bisher uneinheitlich ist in Bezug auf den Einfluss von Schlaf auf die Furchtextinktion. So deuten die Ergebnisse von Studie 2 auf eine bedeutsamere Rolle des REM-Schlafs anstelle des Tiefschlafs für das Extinktionslernen hin. Dies steht im Einklang mit aktuellen Theorien, die die Rolle des REM-Schlafs in der Regeneration der Enkodierfähigkeit betonen. In Studie 3 schränkt die nicht-erfolgreiche Manipulation der Tiefschlafmenge durch die Schlaf-gerichtete Hypnose die Interpretation der Gruppeneffekte hinsichtlich des Einflusses von Tiefschlaf ein. Anschließende Korrelationsanalysen deuteten jedoch ebenso auf keinen Zusammenhang zwischen Tiefschlaf und nachfolgendem Extinktionsabruf hin. Weitere Forschung ist notwendig, um die Rolle des Schlafs bei der Furchtextinktion zu untersuchen.