测量学龄前儿童午睡期间依赖睡眠的记忆巩固相关的神经机制

摘要

本方案描述了用于研究幼儿午睡期间依赖睡眠的记忆巩固神经机制的方法。该方案包括考察睡眠对行为记忆表现影响的实验步骤，以及多导睡眠图和活动记录仪的应用与记录方法。

摘要

睡眠对日常功能至关重要。睡眠的一个重要功能是记忆巩固，这一过程可增强记忆并使其更不易受到干扰。可通过多导睡眠图（polysomnography, PSG）研究睡眠促进记忆的神经机制。PSG结合了多种生理信号记录，包括脑电（EEG）、眼电（EOG）和肌电（EMG），用于睡眠阶段的分类。在本实验方案中，我们描述了如何将PSG与行为记忆评估、活动记录仪（actigraphy）及家长报告相结合，以研究依赖睡眠的记忆巩固过程。本方案重点关注早期童年阶段，这一时期具有重要意义，因为儿童正从双相睡眠（包含午睡和夜间睡眠）过渡到单相睡眠（仅夜间睡眠）。通过在睡眠和清醒静息期间进行视觉空间记忆评估，测量睡眠对记忆表现的影响。结合使用活动记录仪和家长报告，用于评估睡眠节律（即判断儿童是否为习惯性午睡者）。最后，利用PSG对午睡期间的睡眠阶段及其质量特征（如频率和睡眠纺锤波的存在）进行表征。PSG的优势在于，它是目前唯一可用于评估睡眠质量和睡眠结构的工具，能够揭示支持记忆巩固的相关脑状态。PSG的主要局限性在于安装记录电极所需时间较长，且记录通常仅覆盖一次睡眠周期。这些局限性可通过在电极安装期间为年幼儿童安排分散注意力的任务，并将PSG与活动记录仪及自我/家长报告测量相结合以表征睡眠周期来克服。这一独特的方法组合共同支持对 如何 小睡有助于学龄前儿童的学习。

引言

鉴于睡眠在我们日常生活中极为普遍，了解其功能显得尤为重要。实现这一目标的研究需要对睡眠进行精确测量。多导睡眠图（PSG）是睡眠测量的金标准。PSG 能够以高时间分辨率对睡眠进行客观、定量的评估，适用于科研和临床目的。PSG 是多种生理信号记录的组合。最基本的 PSG 记录组合至少包括以下几项指标：脑电图（EEG）、眼电图（EOG）和肌电图（EMG）。这些指标分别用于评估来自大脑、眼睛和肌肉的电位变化，从而实现对睡眠阶段的分类（见图1）。此外，还可加入其他指标，如心电图（ECG）、呼吸监测和脉搏血氧测定，以识别是否存在睡眠障碍。

图1：多导睡眠图（PSG）记录的示例电极放置及活动描述。 请点击此处查看本图的放大版本。

方案

在开始任何研究程序之前，应从儿童的家长处获得书面同意，并从儿童本人处获得口头同意，以确保所有研究程序的参与均获得知情同意。

注意：有关操作流程的概述，请参见图2。

图 2：实验方案概览。每个方框代表一天。 请点击此处查看该图的放大版本。

1. 促进 Nap 的条件

1. 确保在参与者之间，小睡促进条件与清醒促进条件的安排按照下文所述进行交叉平衡。
2. 将小睡促进条件的开始时间安排在儿童通常小睡时间前约一小时，以便留出时间安装多导睡眠图（PSG）设备并执行视空间记忆任务。确保即时回忆与延迟回忆之间的时间间隔在清醒促进条....

结果

通过采用此处所述的实验程序，Kurdziel 及其同事²³研究了学龄前儿童在午睡期间依赖睡眠的记忆巩固过程。结果显示，儿童在午睡后进行视觉空间记忆任务的回忆准确率高于在保持清醒状态下经过相似时间段后的回忆准确率（即表现出“午睡益处”，图4）。此外，在前一天处于清醒状态的儿童，其记忆在夜间睡眠中并未得到恢复。最后，研究人员利用活动记录仪和家长报告的睡眠测量数据，分析了习惯性午睡者与非习惯性午睡者是否均表现出午睡益处。研究发现表明，午睡益处仅在那些有规律午睡习惯的儿童中具有显著性（即习惯性午睡者，图5）。

讨论

本文介绍了如何在幼儿午睡期间研究睡眠依赖性的陈述性记忆巩固过程。研究方法包括在午睡和清醒条件下对记忆进行行为评估，采用活动记录仪和家长报告评估睡眠周期，以及使用多导睡眠图（PSG）评估睡眠结构。这种独特的方法组合对于评估记忆表现、刻画睡眠周期以及探究睡眠促进记忆的神经机制至关重要。代表性结果表明，学习与记忆效果依赖于午间的睡眠，尤其在有规律午睡习惯的儿童中更为显著。具体而言，有规律午睡习惯的儿童在午睡后表现出比保持清醒更大的记忆优势（即午睡获益分数）。此外，在所有儿童中，午睡期间更好的记忆保持（即午睡变化分数）与非快速眼动睡眠第二阶段（nREM2）期间记录到的睡眠纺锤波数量相关：午睡期间记忆保持越好，睡眠纺锤波数量越多。尽管上述方法的结合对于全面刻画睡眠对记忆的影响至关重要，但该方法最重要的方面或许是通过PSG识别与该效应相关的潜在神经机制。目前，PSG是唯一能够通过睡眠阶段测量来表征睡眠质量的方法学工具，因此也是唯一能够揭示睡眠依赖性效应（如记忆巩固）背后神经生物学机制的研究手段。

PSG 的主要优势在于其无创性，并能够对四种睡眠阶段进行表征，包括非快速眼动睡眠（nREM）1−3.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Actiwatch Spectrum Plus 起始套装	Philips Respironics	1109516	包含：Actiwatch Spectrum Plus 设备、Actiware 软件许可证及使用手册
Actiware 软件	Philips Respironics	1114828	可提供替代产品。
Brain Analyzer	Brain Products	BV-BP-170-1000	可提供替代产品。
Dell Latitude 5580 笔记本电脑	Dell	X5580T [210-AKJR]	用于运行 MatLab、Actiware 和 RemLogic 软件，以及存储/上传数据
EC2 奶油导电膏	Grass	12643	可能的替代品包括 Ten20 糊剂和 Lic2 电极膏
Embla REMLogic 软件	Natus Medical Inc.	21475	可提供替代产品。
Embletta MPR PG 系统 - XR - US	Natus Medical Inc.	12077	用于 PSG 记录的 Embletta 系统
Embletta MPR ST + Proxy 套件	Natus Medical Inc.	12696	连接至 Embletta 以记录 PSG 传感器信号
Nuprep 清洁液	Natus Medical Inc.	12643	可能有替代品可用。
Embletta MPR ST/ST + Proxy 睡眠监测起始套装	Natus Medical Inc.	12643	睡眠监测起始套装，包含纱布、EC2 奶油导电膏、NuPrep 清洁液、棉签等。