Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Pomiar mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw konsolidacji pamięci zależnej od snu podczas drzemek we wczesnym dzieciństwie

11K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60200

⸱

2 października 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Psychology, University of Maryland, 2Department of Psychological and Brain Sciences, University of Massachusetts, 3Neuroscience and Behavior, University of Massachusetts

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Ten protokół opisuje metody używane do badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw konsolidacji pamięci zależnej od snu podczas drzemek we wczesnym dzieciństwie. Obejmuje procedury badania wpływu snu na wydajność pamięci behawioralnej, a także zastosowanie i rejestrację zarówno polisomnografii, jak i aktygrafii.

Streszczenie

Sen jest niezbędny do codziennego funkcjonowania. Jedną z ważnych funkcji snu jest konsolidacja wspomnień, proces, który sprawia, że są one silniejsze i mniej podatne na zakłócenia. Mechanizmy neuronalne leżące u podstaw korzyści płynących ze snu dla pamięci można zbadać za pomocą polisomnografii (PSG). PSG to połączenie zapisów fizjologicznych, w tym sygnałów z mózgu (EEG), oczu (EOG) i mięśni (EMG), które są używane do klasyfikacji faz snu. W tym protokole opisujemy, w jaki sposób PSG może być używany w połączeniu z ocenami pamięci behawioralnej, aktygrafią i raportem rodzicielskim w celu zbadania konsolidacji pamięci zależnej od snu. Protokół ten koncentruje się na wczesnym dzieciństwie, okresie znaczącym, ponieważ dzieci przechodzą ze snu dwufazowego (składającego się z drzemki i snu nocnego) do snu monofazowego (tylko sen w nocy). Wpływ snu na wydajność pamięci mierzy się za pomocą oceny pamięci wzrokowo-przestrzennej w okresach snu i odpoczynku w stanie czuwania. Połączenie aktygrafii i raportu rodzica służy do oceny rytmów snu (tj. Charakteryzowania dzieci jako nawykowych lub nienawykowych drzemek). Wreszcie, PSG służy do scharakteryzowania faz snu i cech tych etapów (takich jak częstotliwość i obecność wrzecion) podczas drzemek. Zaletą korzystania z PSG jest to, że jest to jedyne obecnie dostępne narzędzie do oceny jakości snu i architektury snu, wskazujące na odpowiedni stan mózgu, który wspiera konsolidację pamięci. Głównymi ograniczeniami PSG jest czas potrzebny na przygotowanie montażu nagraniowego oraz to, że nagrania są zazwyczaj wykonywane w ciągu jednego zakupionego snu. Ograniczenia te można przezwyciężyć, angażując młodych uczestników w rozpraszające zadania podczas aplikacji i łącząc PSG z aktygrafią i pomiarami samodzielnymi/rodzicielskimi w celu scharakteryzowania cykli snu. To unikalne połączenie metod pozwala na zbadanie, w jaki sposób drzemki wspierają naukę u dzieci w wieku przedszkolnym.

Wprowadzenie

Biorąc pod uwagę powszechność snu w naszej codziennej rutynie, ważne jest zrozumienie jego funkcji. Badania realizowane w tym celu wymagają precyzyjnego pomiaru snu. Polisomnografia (PSG) jest złotym standardem pomiaru snu. PSG umożliwia obiektywny, ilościowy pomiar snu z wysoką rozdzielczością czasową i może być przydatna zarówno do celów badawczych, jak i klinicznych. PSG stanowi kombinację zapisów fizjologicznych. W minimalnym zakresie zestaw PSG obejmuje następujące pomiary: elektroencefalografię (EEG), elektrookulografię (EOG) oraz elektromiografię (EMG). Pomiary te oceniają odpowiednio potencjały elektryczne mózgu, oczu i mięśni oraz pozwalają na klasyfikację faz snu (patrz Rycina 1). W celu zidentyfikowania zaburzeń snu można dołączyć inne pomiary, takie jak elektrokardiografia (ECG), pomiar oddychania oraz pulsoksymetrię.

badanie snu EEG/EMG/EOG; schemat rozmieszczenia elektrod; analiza fal mózgowych; tabela danych etapów snu.
Rycina 1: Przykład rozmieszczenia elektrod i opis aktywności rejestrowanej za pomocą PSG. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

PSG pozwala na podzielenie snu na cztery odrębne stadia: stadium 1 snu bez szybkich ruchów gałek ocznych (non-REM) (nREM1; 4−7 Hz), stadium 2 snu non-REM (nREM2; 12−15 Hz), stadium 3 snu non-REM (częściej znane jako sen wolnofalowy [SWS]; 0,5−4 Hz) oraz sen z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM). nREM1 oznacza początek snu i jest identyfikowany na podstawie obniżonego napięcia mięśniowego w zapisie EMG oraz oscylacji EEG o mieszanej amplitudzie w porównaniu z falami alfa obserwowanymi podczas czuwania w spoczynku. Po tym następuje nREM2, który można odróżnić po obecności wrzecion snu (krótkich serii aktywności o częstotliwości sigma; 1−16 Hz) oraz kompleksów K (pojedynczych wolnych fal wyróżniających się na tle otaczającej aktywności) w zapisie EEG. SWS charakteryzuje się wyraźnymi, wolnofalowymi oscylacjami EEG o wysokiej amplitudzie. Sen REM charakteryzuje się szybką, nisk amplitudową oscylacyjną aktywnością mózgu, bardzo zbliżoną do tej obserwowanej podczas czuwania. Jednak tym, co odróżnia sen REM od czuwania, jest występowanie fazowych szybkich ruchów gałek ocznych (stąd nazwa REM) oraz atonia mięśniowa. W ciągu jednego epizodu snu stadia te występują cyklicznie, w tempie około 90 min/cykl.

Sen również podlega rytmowi okołodobowemu, a epizody snu występują w cyklach 24-godzinnych. Pora i regularność snu mogą wpływać na jego funkcję i są również istotne do oceny. Chociaż PSG jest niezbędne do charakteryzowania faz snu, jego zastosowanie jest czasochłonne, przez co nie jest ono idealne do oceny wielu epizodów snu (np. wielu nocy snu, drzemek i snu nocnego). W tym celu pomocna jest aktygrafia. Aktygrafia wykorzystuje trójsiowy akcelerometr, zazwyczaj noszony na nadgarstku, aby szacować sen na podstawie braku ruchu. Mimo że aktygrafii nie można użyć do charakteryzowania faz snu, wykazano, że jest ona wiarygodna w wykrywaniu początku snu i początku czuwania (w tym fragmentacji snu lub wybudzeń po zaśnięciu) w różnych grupach populacyjnych, od niemowląt1 po osoby starsze2. Zarówno PSG, jak i aktygrafia są metodami preferowanymi w stosunku do pomiarów opartych na raportach własnych lub rodziców. Pomiary z raportów własnych/rodziców są łatwe w przeprowadzeniu i stosunkowo tanie, jednak są one również podatne na błędy poznawcze i brak współpracy uczestników. Na koniec warto zauważyć, że metody te można stosować w kombinacji, aby wykorzystać zalety każdej z nich. Na przykład PSG można połączyć z aktygrafią i/lub raportami własnymi/rodziców, aby uzyskać informacje zarówno o jakości snu nocnego, jak i weryfikację ilości snu lub cykli sen-czuwanie, zwłaszcza w długich okresach (np. tygodniach lub miesiącach).

Jedną z funkcji snu, która wzbudziła szczególne zainteresowanie, jest zależna od snu konsolidacja pamięci, czyli proces przetwarzania wspomnień, który sprawia, że stają się one silniejsze i mniej podatne na interferencje3. Chociaż konsolidacja pamięci może zachodzić podczas czuwania u dzieci4 i dorosłych5, istnieją istotne dowody na to, że proces ten jest wzmocniony podczas snu. Dotychczasowe badania dostarczyły behawioralnych przykładów zależnej od snu konsolidacji pamięci poprzez porównanie zmian w sprawności zapamiętywania po odstępie czasu obejmującym sen (np. 20:0–8:0) ze zmianami po równoważnym odstępie czasu spędzonym na czuwaniu (np. 8:0–20:0). U dorosłych wspomnienia są chronione6 lub nawet wzmacniane7 po okresie snu, podczas gdy wspomnienia zazwyczaj zanikają w analogicznym okresie czuwania. Zastosowano kontrole pozwalające oddzielić zmiany w sprawności od wpływów okołodobowych8,9,10. Na przykład podobne korzyści płynące ze snu obserwuje się przy porównywaniu sprawności po drzemce w ciągu dnia z równoważnym okresem czuwania w ciągu dnia9.

Choć kiedyś uważano, że sen odzwierciedla proces pasywny, polegający jedynie na chronieniu wspomnień przed zanikiem lub interferencją, nowoczesne teorie sugerują, że sen odgrywa bardziej aktywną rolę i w rzeczywistości wspomaga pamięć poprzez reaktywacje1,12,13. Dowodem na to są zaobserwowane korelacje pomiędzy behawioralnymi miernikami konsolidacji pamięci podczas snu (zmiana w przypominaniu sobie informacji po śnie w porównaniu do stanu przed snem) a konkretnymi aspektami fizjologii snu. W przypadku wielu zadań dotyczących pamięci deklaratywnej, konsolidacja pamięci wiąże się z aspektami snu nREM, a konkretnie z miernikami SWS lub wrzecionami snu występującymi w fazie nREM2 i SWS. Gdyby rola snu polegała na pasywnej ochronie przed interferencją, taka korelacja nie byłaby spodziewana; oczekiwano by raczej korelacji między czasem snu (niezależnie od jego fazy) a wynikami, ponieważ dłuższy czas snu zapewniałby większą ochronę przed interferencją14.

Dodatkowe potwierdzenie aktywnej roli SWS w konsolidacji pamięci znajduje się w badaniach nad ukierunkowaną reaktywacją pamięci. W badaniach tych wspomnienie jest zapamiętywane w kontekście bodźca percepcyjnego, na przykład zapachu, a przypominanie sobie tego wspomnienia po śnie jest skuteczniejsze, jeśli bodziec ten zostanie ponownie zaprezentowany podczas snu, a w szczególności podczas SWS15. Choć mechanizm ten jest przedmiotem dyskusji16,17, jedna z czołowych teorii, teoria konsolidacji systemowej, zakłada, że wspomnienia zakodowane w hipokampie są stabilizowane w korze poprzez dialog hipokampalno-neokortykalny. W szczególności korowe fale wolne i wrzeciona snu, występujące łącznie z falami hipokampalnymi (ripples) związanymi z reaktywacją pamięci, wspomagają transfer wspomnień3.

Rola snu w konsolidacji pamięci podczas rozwoju jest mniej jasna. Wczesne dzieciństwo jest okresem szczególnego zainteresowania, ponieważ dzieci zaczynają przechodzić z dwufazowego wzorca snu (składającego się z drzemki w ciągu dnia i nocnego odpoczynku) na wzorzec monofazowy. Niedawne badania sugerują, że przejście to może odzwiercielać dojrzewanie mózgu18. Argument ten jest zgodny z danymi empirycznymi wykazującymi, że zmiany rozwojowe w śnie nocnym (tj. topografia aktywności fal wolnych) odzwierciedlają dojrzewanie kory mózgowej19.

Mimo że istnieje kilka behawioralnych dowodów na nocną konsolidację zależną od snu u dzieci20,21 i niemowląt22, badania nad neuronalnymi podstawami konsolidacji pamięci podczas snu w ciągu dnia dopiero zaczynają być prowadzone. W przełomowej pracy badającej wpływ drzemek w ciągu dnia na pamięć u dzieci w wieku przedszkolnym wykazano, że drzemki chronią wspomnienia niedawno przyswojonych informacji, podczas gdy pamięć ulegała zmniejszeniu (o ok. 12%), gdy dzieci pozostawały rozbudzone w czasie przeznaczonym na drzemkę23. Ta „korzyść z drzemki” była największa u dzieci, które drzemały regularnie (tj. 5 lub więcej razy w tygodniu, co zmierzono za pomocą aktygrafii), niezależnie od ich wieku. Dzięki rejestracji PSG podczas drzemki stwierdzono, że zmiana w wydajności pamięci w okresie drzemki była konkretnie powiązana z gęstością wrzecion snu (liczbą wrzecion snu na minutę snu nREM), co sugeruje, że jakość (a nie ilość) drzemki była kluczowym czynnikiem sprzyjającym retencji pamięci (patrz sekcja wyników reprezentatywnych).

Niniejsze badanie podkreśla znaczenie PSG w badaniu zależności między snem a pamięcią podczas rozwoju. Wskazuje ono na istotę charakteryzacji makrostruktury snu (fazy snu) oraz mikrostruktury (cechy tych faz, takie jak częstotliwości i obecność wrzecion) podczas drzemek dla konsolidacji pamięci. Podkreślono również wagę oceny rytmów snu (klasyfikację dzieci jako drzemiących nawykowo lub nienawykowo). Chociaż nasza praca scharakteryzowała funkcję drzemek w uczeniu się wizualno-przestrzennym (a ostatnio także w uczeniu się emocjonalnym24 i proceduralnym25), wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Przykładowo, istotne będzie zbadanie innych zadań pamięci deklaratywnej w celu oceny uogólnialności tych wyników oraz analiza zadań stosowanych w przedszkolach, aby zrozumieć specyficzne parametry (np. stopień korzyści z drzemki w stosunku do uczenia się) dla zadań o wysokiej trafności ekologicznej. Konieczne będą również dodatkowe prace, aby zrozumieć, kiedy stan czuwania jest wystarczający dla konsolidacji pamięci. Zatem naszym celem jest wyjaśnienie procesu pomiaru snu i zależnej od snu konsolidacji pamięci u dzieci. Przedstawiamy praktyczne wskazówki dotyczące badania wpływu popołudniowej drzemki na pamięć deklaratywną u typowo rozwijających się przedszkolaków (w wieku około 3 do 4 lat) z wykorzystaniem komputerowego zadania pamięci wizualno-przestrzennej, a także metody oceny nawykowości drzemek za pomocą aktygrafii, raportów rodzicielskich oraz fizjologii drzemki za pomocą PSG. Choć metody te opracowano dla dzieci w wieku przedszkolnym, które drzemią z różną częstotliwością, mogą one zostać dostosowane do dowolnej grupy wiekowej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Przed rozpoczęciem jakichkolwiek procedur badawczych należy uzyskać pisemną zgodę rodzica oraz ustną zgodę dziecka na wszystkie procedury badania.

UWAGA: Przegląd procedur znajduje się na Rysunku 2.

Schemat procesów snu i pamięci z wykorzystaniem aktygrafii, przedstawiający warunki drzemki i czuwania w odniesieniu do przypominania sobie informacji.
Rycina 2: Przegląd protokołu. Każdy kwadrat reprezentuje jeden dzień. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

1. Warunki promowania drzemki

  1. Upewnij się, że warunek stymulacji drzemki jest zrównoważony z warunkiem stymulacji czuwania w obrębie uczestników, zgodnie z poniższym opisem.
  2. Zaplanuj rozpoczęcie warunku stymulacji drzemki na około jedną godzinę przed typowym czasem drzemki dziecka, aby zapewnić czas na założenie aparatury PSG i przeprowadzenie zadania pamięci wizualno-przestrzennej. Upewnij się, że odstęp czasu między przypominaniem natychmiastowym a odroczonym jest taki sam zarówno w warunku stymulacji czuwania, jak i stymulacji drzemki.
  3. Wyjaśnij dzieciom i rodzicom procedury zaplanowane na tę sesję, korzystając z materiałów dostosowanych do wieku.
    UWAGA: Materiały dostosowane do wieku obejmują książeczki z opowiadaniami lub krótkie nagrania wideo przedstawiające inne dziecko poddawane tym samym procedurom.
  4. Załóż sprzęt do polisomnografii (patrz sekcja 3).
  5. Przeprowadź kodowanie oraz natychmiastową ocenę pamięci w ramach zadania pamięci wizualno-przestrzennej (patrz sekcja 4).
  6. Pozwól dziecku skorzystać z toalety, a następnie rozpocznij typową rutynę przeddrzemkową dziecka.
    1. Pozwól rodzicowi/opiekunowi uśpić dziecko w sposób, w jaki robi to zazwyczaj. Interweniuj w jak najmniejszym stopniu, ponieważ większość dzieci zasypia szybciej, gdy zachowana jest ich normalna rutyna.
    2. Pozwól dziecku zasnąć w miejscu, w którym zazwyczaj odbywa się drzemka.
    3. Stosuj techniki stymulacji drzemki, ale tylko wtedy, gdy jest to konieczne, ponieważ w warunkach domowych okazują się one mniej skuteczne, jeśli zbyt mocno odbiegają od normalnej rutyny dziecka.
      UWAGA: Techniki stymulacji drzemki obejmują użycie koca obciążeniowego, głaskanie uczestnika po plecach, owinięcie dziecka kocykiem (podobnie do spowijania), progresywną relaksację mięśni oraz puszczanie kojącej muzyki.
  7. Upewnij się, że czas snu dziecka w warunku stymulacji drzemki odpowiada czasowi zabawy w warunku stymulacji czuwania.
    UWAGA: Jeśli warunek stymulacji drzemki występuje jako pierwszy, pozwól dziecku obudzić się naturalnie i wykorzystaj ten czas do ustalenia czasu trwania sesji czuwania. Jeśli warunek stymulacji czuwania występuje jako pierwszy, wykorzystaj ten czas do określenia długości drzemki. Jeśli drzemka przekroczy ten czas, obudź dziecko w możliwie najbardziej naturalny sposób, otwierając drzwi, chodząc przed sypialnią i stopniowo mówiąc głośniej.
  8. Przeprowadź ocenę przypominania odroczonego w zadaniu pamięci wizualno-przestrzennej, około 15−30 min po przebudzeniu dziecka, aby uniknąć bezwładności sennej.
  9. Zbierz oceny dziecka i eksperymentatora dla Wizualnej Skali Senności (VSS)26 oraz Wizualnej Skali Nastroju (VMS)27.
  10. Zdejmij elektrody PSG.

2. Warunki indukcji wybudzania

  1. Upewnij się, że warunek promowania czuwania jest zrównoważony z warunkiem promowania drzemki omówionym powyżej.
  2. Zaplanuj rozpoczęcie warunku promowania czuwania mniej więcej na godzinę przed typowym czasem drzemki dziecka, aby ujednolicić porę dnia w obu warunkach. Upewnij się, że odstęp czasu między przypomnieniem natychmiastowym a opóźnionym jest zbliżony zarówno w warunku promowania czuwania, jak i promowania drzemki.
  3. Wyjaśnij dzieciom i rodzicom procedury dotyczące tej sesji, korzystając z materiałów dostosowanych do wieku.
  4. Przymocuj elektrody PSG (patrz sekcja 3), aby ujednolicić warunki promowania czuwania i drzemki.
    UWAGA: Chociaż nie spodziewamy się wystąpienia snu, czynność ta ujednolica warunki i może służyć do weryfikacji braku snu w razie wątpliwości.
  5. Przeprowadź etap kodowania oraz natychmiastową ocenę pamięci w zadaniu pamięci wizualno-przestrzennej (patrz sekcja 4).
  6. Poproś dziecko o skorzystanie z toalety, a następnie udajcie się w miejsce, w którym dziecko zazwyczaj drzemie.
    1. Nie pozwalaj dziecku na drzemkę; zamiast tego pozwól mu na spokojną zabawę niestymulującymi zabawkami w miejscu, w którym zazwyczaj śpi.
      UWAGA: Akceptowalne niestymulujące zabawki obejmują małe zabawki sensoryczno-motoryczne, takie jak woskowe pałeczki i dostosowane do wieku plastikowe klocki konstrukcyjne.
    2. Pozostaw dziecko w zabawie przez czas odpowiadający jego typowej długości drzemki lub przez czas, w którym spało podczas warunku promowania drzemki (dodatkowe informacje znajdują się w kroku 1.7).
    3. Zapisz każdą nietypową aktywność, taką jak rozmowa, opuszczenie pokoju czy zabawa zabawkami, które nie zostały dostarczone.
  7. Upewnij się, że czas snu dziecka w warunku promowania drzemki odpowiada czasowi zabawy w warunku promowania czuwania.
  8. Przeprowadź ocenę przypomnienia opóźnionego w zadaniu pamięci wizualno-przestrzennej około 15−30 min po zakończeniu zabawy przez dziecko, aby zachować podobny czas opóźnienia między warunkami.
  9. Zbierz oceny dziecka i eksperymentatora dla VSS26 oraz VMS27.
  10. Zdejmij elektrody PSG.

3. Polisomnografia (PSG)

  1. Przygotowanie
    1. Ułatw aplikację elektrod PSG, angażując dziecko w spokojną czynność, taką jak czytanie książki, zabawa plasteliną, przekąska w razie głodu lub oglądanie krótkiego filmu.
      UWAGA: W przypadku korzystania z filmu należy upewnić się, że jest on dostosowany do wieku dziecka i nie wywołuje u niego nadmiernego pobudzenia (np. popularne animowane filmy lub programy przyjazne dzieciom).
    2. Obecność rodzica lub opiekuna nie jest wymagana. Jednak w przypadku dzieci nieśmiałych i niepewnych należy zapewnić dostęp do zaufanych opiekunów.
      UWAGA: W niewielkiej liczbie przypadków rodzice i opiekunowie mogą rozpraszać dziecko zamiast pomagać. Jeśli tak się stanie, należy zapytać rodzica, czy zgodziłby się wyjść z zasięgu wzroku dziecka.
  2. Pomiar wymiarów głowy.
    1. Użyj elastycznej miary krawieckiej i markerów do ceramiki, aby zaznaczyć miejsca dla późniejszej aplikacji elektrod.
    2. Zmierz odległość od inion do nasion i zaznacz punkt w połowie tej odległości. Zmierz odległość od wcięcia przedusznego jednego ucha do wcięcia przedusznego drugiego ucha i zaznacz kolejny punkt w połowie tej odległości. Przecięcie tych dwóch zaznaczeń stanowi punkt „Referencyjny” (CZ).
    3. Zmień 10% odległości od inion do nasion w górę od inion. Następnie od tego punktu odmierz 10% odległości między wcięciami przedusznymi po obu stronach. Zrób dwa zaznaczenia, po jednym z każdej strony (O3 i O4).
    4. Odmierz 20% odległości między wcięciami przedusznymi od punktu referencyjnego po obu stronach głowy. Zrób dwa zaznaczenia, po jednym z każdej strony (C3 i C4).
    5. Odmierz 20% odległości od inion do nasion w górę od punktu referencyjnego. Następnie od tego punktu odmierz 20% odległości między wcięciami przedusznymi po obu stronach. Zrób dwa zaznaczenia, po jednym z każdej strony (F3 i F4).
  3. Przygotuj elektrody do umieszczenia pojedynczo.
    1. Oczyść każde miejsce aplikacji elektrody za pomocą gazika nasączonego alkoholem. Wykonaj peeling, używając lekko ściernego żelu, a następnie usuń wszelkie pozostałości materiału czyszczącego.
    2. Wypełnij każdą elektrodę pastą przewodzącą.
      1. W przypadku elektrod umieszczanych w miejscach z owłosieniem, nałóż dodatkową kroplę pasty przewodzącej na kwadrat gazika i umieść go z tyłu elektrody.
      2. W przypadku elektrod umieszczanych na twarzy, użyj taśmy medycznej, aby przytwierdzić elektrodę do skóry.
  4. Umieść elektrody w odpowiednich lokalizacjach EEG, EOG i EMG.
    1. Umieść elektrodę w każdym zaznaczonym miejscu na skórze głowy (CZ, O3, O4, C3, C4, F3 i F4).
    2. Umieść jedną elektrodę na każdym wyrostku sutkowatym (mały wyrostek kostny za uchem) oraz jedną na środku czoła.
    3. Umieść jedną elektrodę EOG obok każdego oka. Jedną z tych elektrod nieco powyżej zewnętrznej krawędzi prawego oka (oznaczoną jako ROC), a drugą na zewnątrz i nieco poniżej lewego oka (oznaczoną jako LOC).
    4. Umieść dwie elektrody EMG w okolicy brody. Jedną elektrodę umieść na prawym policzku tuż nad linią uśmiechu. Drugą umieść po lewej stronie tuż nad miejscem, gdzie broda łączy się z szyją, sąsiadując z przełykiem. Znajdź drugą lokalizację, prosząc uczestnika o głośne wypowiedzenie słowa „mleko”, jednocześnie badając palcem miejsce, w którym skurcze mięśni szyi i brody są najsilniejsze.
  5. Podłącz elektrody do urządzenia rejestrującego i rozpocznij rejestrację.
  6. Zapisz odczyty impedancji dla wszystkich elektrod. Upewnij się, że wszystkie elektrody przeszły test impedancji.
    UWAGA: Niektóre urządzenia mogą wyświetlać status „Pass” (Zdało) lub „Fail” (Nie zdało), podczas gdy inne podają wartości liczbowe. W tym drugim przypadku akceptowalne są impedancje poniżej 25 kΩ. Jeśli impedancja nie przejdzie testu lub będzie zbyt wysoka, wymień baterie. Jeśli to nie rozwiąże problemu, ponownie zaaplikuj daną elektrodę.
  7. Po zakończeniu każdego stanu usuń elektrody PSG.
    1. W przypadku elektrod aplikowanych we włosach, nasącz miejsce aplikacji sprayem na bazie wody. Pozostaw spray przez około minutę, a następnie usuń elektrodę.
      UWAGA: Spray do rozplątywania włosów jest bardzo skuteczny w usuwaniu elektrod z owłosionej części głowy.
    2. W przypadku elektrod aplikowanych za pomocą taśmy, zazwyczaj na twarzy i wyrostkach sutkowatych, użyj wacika z olejem dla dzieci, aby nasączyć taśmę. Gdy taśma zostanie całkowicie pokryta olejem, delikatnie odklej ją od narożników.

4. Zadanie z pamięcią wzrokowo-przestrzenną

  1. Przedstaw dziewięć bodźców do zapamiętania, ułożonych w macierzy 3 x 3, dzieciom w wieku poniżej 4 miesięcy. Przedstaw 12 bodźców do zapamiętania, ułożonych w macierzy 3 x 4, dzieciom w wieku powyżej 4 miesięcy.
    UWAGA: Jeśli zadanie z macierzą 12 elementów okaże się zbyt trudne dla dziecka, można zastosować macierz 9-elementową. Analogicznie, jeśli okaże się, że macierz 9-elementowa jest zbyt łatwa, można zastosować macierz 12-elementową, aby uniknąć efektu sufitowego. Jest to uzasadnione, ponieważ zmienną interesującą badacza jest dokładność wewnątrzpodmiotowa, a nie surowe wyniki. Bodźce to zazwyczaj rysunkowe obrazki powszechnie znanych przedmiotów (np. niedźwiedź, samochód, nożyczki), ułożone w macierzy i wyświetlane na ekranie laptopa. Dostępne są dwa zestawy bodźców. Pozwala to na zrównoważenie zadania w dwóch warunkach (tj. promocja drzemki versus czuwania), tak aby dzieci nie otrzymywały tych samych obrazków w obu warunkach.
  2. Zrealizuj zadanie w trzech fazach: kodowania, przypominania natychmiastowego i przypominania odroczonego. W każdej fazie pozwól dziecku odpowiadać na pytania we własnym tempie.
    UWAGA: Typowy czas trwania to: 6 min dla fazy kodowania, 2 min dla fazy przypominania natychmiastowego i 2 min dla fazy przypominania odroczonego.
    1. W fazie kodowania poleć dziecku zidentyfikować każdy obrazek po nazwie, a następnie poinstruuj je, aby zapamiętało położenie każdego elementu na siatce. Po kodowaniu karty zostają zastąpione obrazkami „pustymi”, a dziecko musi wskazać położenie każdego obrazka, aż uzyska wynik kodowania ≥75%.
      UWAGA: Próg 75% wybrano na podstawie badań przeprowadzonych u młodych dorosłych28,29,30; odzwierciedla on punkt, w którym nauka została wyraźnie osiągnięta, ale nie nastąpił efekt sufitowy.
      1. W tym bloku uczestnicy otrzymują wizualną informację zwrotną z zadania po każdej odpowiedzi. Po wybraniu przez dziecko lokalizacji obrazka, wyświetl powiązany z nią obrazek, informując dziecko, czy lokalizacja była poprawna, czy błędna.
      2. Przekazuj werbalną informację zwrotną na temat wyników, aby zmotywować dziecko, dbając jednocześnie o to, aby ilość informacji zwrotnej była spójna w obu warunkach. Gdy dziecko poprawnie zlokalizuje obrazek, używaj sformułowań typu: „Świetnie, udało ci się!”. Gdy dziecko poniesie porażkę, używaj sformułowań podkreślających wysiłek dziecka (np. „Ups! Nie tym razem, ale dobra próba! Zobaczmy, czy uda ci się wskazać następny obrazek”).
      3. Dzieciom przydzielonym do macierzy 12-elementowej, które nie przejdą fazy kodowania po 4 rundach, zapewnij możliwość rozciągania się, wykonywania pajacyków i ruchu przez około 5 min. Jeśli dziecko nadal nie przejdzie kodowania po dodatkowych 2 rundach, rozpocznij kodowanie z macierzą 9-elementową.
      4. Dzieciom przydzielonym do macierzy 9-elementowej, które w pierwszej rundzie uzyskają wynik kodowania 10%, zaproponuj zadanie kodowania dla macierzy 12-elementowej. Jeśli nie przejdą oni wszystkich niezbędnych kroków, aby powrócić do macierzy 9-elementowej, zastosuj macierz 12-elementową w dwóch kolejnych fazach.
    2. W fazie przypominania natychmiastowego ponownie przedstaw obrazki, jeden po drugim, i poproś dziecko o wskazanie odpowiadającej im lokalizacji. Nie udzielaj wizualnej ani werbalnej informacji zwrotnej i pytaj o każdy element tylko raz. Można jednak przekazać informację zwrotną dotyczącą wysiłku (np. „Dobra robota, bardzo się starałeś”).
    3. Przeprowadź fazę przypominania odroczonego bezpośrednio po warunku czuwania lub snu.
      UWAGA: Faza ta jest identyczna z fazą przypominania natychmiastowego.
      1. Czasami dzieci stają się niespokojne podczas fazy przypominania odroczonego. Jeśli tak się stanie, zachęć dziecko do ukończenia zadania nagrodą lub oferując więcej czasu na oglądanie filmu podczas zdejmowania elektrod PSG. W tym czasie nie pozwól dziecku bawić się zabawkami ani zajmować się innymi czynnościami, dopóki zadanie pamięciowe nie zostanie zakończone.

Proces zadania poznawczego; schemat etapów podglądu, sygnału i informacji zwrotnej w eksperymencie pamięciowym.
Rycina 3: Przykłady obrazów wyświetlanych na ekranie podczas zadania z pamięcią wizualno-przestrzenną. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

5. Aktygrafia

  1. Zaprogramuj zegarek do monitorowania aktywności.
    UWAGA: Zegarek do monitorowania aktywności wykonuje pomiary z częstotliwością 32 Hz, przy czułości <0,01 g. Aktywność jest zapisywana w 15-sekundowych epokach.
  2. Przekaż każdemu uczestnikowi zaprogramowany zegarek do monitorowania aktywności oraz instrukcje. Poinformuj rodzica, że zegarek powinien być noszony przez cały czas. Podkreśl, że urządzenie jest wodoodporne, więc nie ma powodu do jego zdejmowania.
    1. Poleć dziecku noszenie zegarka w sposób ciągły na nieradującej ręce.
    2. Poleć rodzicowi naciskanie przycisku z boku tarczy zegarka za każdym razem, gdy dziecko próbuje zasnąć, a następnie ponownie po przebudzeniu.
      UWAGA: Tworzy to znacznik zdarzenia w danych, co ułatwia analizę aktygrafii.
  3. Przekaż rodzicowi dzienniczek snu (podobny do rejestru lub arkusza kalkulacyjnego), w którym może zapisywać godziny snu oraz momenty zdejmowania zegarka.
    UWAGA: Pomaga to również w analizie aktygrafii.
    1. W dzienniczku snu poproś rodzica o sporządzenie pełnego rejestru wszystkich okresów snu przez liczbę dni, podczas których noszony będzie zegarek do monitorowania aktywności, w tym godziny udania się dziecka na spoczynek oraz godziny przebudzenia. Rodzic powinien podać te informacje zarówno dla drzemek, jak i regularnego snu nocnego. Dodatkowo poproś rodzica o podanie informacji o każdym momencie, w którym zegarek został zdjęty.

6. Analiza danych

  1. Zadanie pamięci wzrokowo-przestrzennej
    1. Oblicz dokładność dla każdej fazy przypominania jako procent przypomnianych elementów.
    2. Oblicz zmianę przypominania w interwałach drzemki i czuwania w następujący sposób.
      1. Oblicz zmianę czułościnap poprzez odjęcie dokładności przypominania natychmiastowego (przed drzemką) od dokładności przypominania odroczonego (po drzemce).
      2. Oblicz zmianę czułościwybudzanie poprzez odjęcie dokładności przypomnienia natychmiastowego (przed przebudzeniem) od dokładności przypomnienia opóźnionego (po przebudzeniu).
  2. PSG (polisomnografia)
    1. Należy scharakteryzować fazy snu zgodnie ze standardowymi kryteriami punktacji (np. podręcznik AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events v. 2.5).
    2. Wykryj wrzeciona snu w kanale C3 przy użyciu specjalistycznego oprogramowania, zaznaczając początki i końce wrzecion.
    3. Weryfikację faz snu oraz momentów rozpoczęcia i zakończenia wrzecion należy przeprowadzić z drugim przeszkolonym badaczem. W przypadku braku zgodności ocen, decyzję konsensualną podejmuje trzeci przeszkolony oceniający.
    4. Analizę gęstości wrzecion przeprowadzono przy użyciu specjalistycznego oprogramowania oraz autorskiego kodu MATLAB opracowanego na podstawie wcześniejszych badań31Krótko mówiąc, dane EEG należy filtrować w zakresie 0,5–35 Hz. Za szczytową amplitudę wrzeciona przyjmuje się maksymalne napięcie pomiędzy zidentyfikowanym początkiem a końcem wrzeciona. W celu wyznaczenia szczytowej częstotliwości spektralnej w zakresie 9–15 Hz należy zastosować szybką transformację Fouriera dla każdego wrzeciona.24,32.
  3. Aktygrafia
    1. Analiza danych z zegarków monitorujących aktywność przy użyciu specjalistycznego oprogramowania zgodnie ze standaryzowanymi protokołami20.
      UWAGA: Aby zapewnić wiarygodność danych, wymagane jest gromadzenie danych z wielu dni i nocy. Uczestnicy muszą dostarczyć dane z aktygrafii z co najmniej trzech dni i trzech nocy (dni i noce nie muszą następować po sobie); jednak preferowane jest 5 nocy, szczególnie gdy dane te stanowią główny przedmiot zainteresowania.33.
    2. Wykorzystaj informacje z dzienniczka snu oraz markery zdarzeń (naciśnięcia przycisków), aby zweryfikować moment zasypiania i wybudzenia.
      UWAGA: Te dwa elementy muszą wystąpić w odstępie nie większym niż 20 min, aby możliwe było określenie początku i końca przerwy w odpoczynku.
      1. Jeśli w przypadku uczestnika brakuje informacji z dzienniczka snu, markerów zdarzeń lub jeśli dzienniczek i markery zdarzeń nie są zgodne w przedziale 20 minut, należy ręcznie wyznaczyć moment zasypiania oraz wybudzenia.32wyznaczyć moment zasnięcia jako pierwsze trzy minuty nieprzerwanego snu33 i określić moment zakończenia snu na podstawie ostatnich pięciu minut nieprzerwanego snu34.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Stosując opisane tutaj procedury, Kurdziel i współpracownicy23 zbadali zależną od snu konsolidację pamięci podczas drzemek u dzieci w wieku przedszkolnym. Wyniki wykazały, że dokładność przypominania w zadaniu pamięci wizuprzestrzennej po drzemce była wyższa niż dokładność przypominania po podobnym okresie czasu, podczas którego dzieci pozostały rozbudzone (co wskazuje na tzw. „korzyść z drzemki”, Rysunek 4). Co więcej, osoby, które poprzedniego dn...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

W tym artykule opisano, jak badać zależną od snu konsolidację pamięci deklaratywnej podczas drzemek we wczesnym dzieciństwie. Metody obejmują behawioralną ocenę pamięci w warunkach drzemki i czuwania, aktygrafię i raport rodzicielski do oceny cykli snu oraz PSG do oceny architektury snu. Ta unikalna kombinacja ma kluczowe znaczenie dla oceny pamięci, charakteryzowania cykli snu i badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw korzyści płynących ze snu na pamięć. Reprezentatywne wyniki wskazują, że uczenie się i pami...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować Laboratorium Rozwoju Neurokognitywnego na Uniwersytecie Maryland, College Park oraz Laboratorium Somneuro na Uniwersytecie Massachusetts, Amherst za pomoc w realizacji tego projektu. Finansowanie zostało zapewnione przez NIH (HD094758) i NSF (BCS 1749280) dla TR i RS. Reprezentatywne wyniki zostały sfinansowane przez NIH HL111695.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Zestaw startowy Actiwatch Spectrum PlusPhilips Respironics1109516zawiera: urządzenie Actiwatch Spectrum Plus, licencję na oprogramowanie Actiware i instrukcję
obsługi oprogramowania Actiware Philips Respironics 1114828Mogą być dostępne alternatywy. 
Analizator mózguProdukty mózgoweBV-BP-170-1000Alternatywy mogą być dostępne. 
Laptop Dell Latitude 5580DellX5580T [210-AKJR]Laptop do uruchamiania MatLab, Actiware i RemLogic, a także przechowywania/przesyłania danych
EC2 kremTrawa12643Możliwe alternatywy to pasta Ten20 i krem elektryczny Lic2
Embla REMLogic oprogramowanie Natus Medical Inc.21475Alternatywy mogą być dostępne. 
Embletta MPR PG Sys - XR - USNatus Medical Inc.12077System Embletta do nagrań PSG
Embletta MPR ST + Proxy Kit NatusMedical Inc.12696Załącznik do Embletta do nagrywania czujników PSG
Roztwór czyszczący NuprepNatus Medical Inc.12643Mogą być dostępne możliwe alternatywy.
Zestaw startowy Sleep Supplies dla Embletta MPR ST/ST + ProxyNatus Medical Inc.12643Zestaw startowy do spania, w tym guaze, krem EC2, roztwór czyszczący NuPrep, waciki i inne. 

Bibliografia

  1. Sadeh, A., Acebo, C., Seifer, R., Aytur, S., Carskadon, M. A. Activity-based assessment of sleep-wake patterns during the 1st year of life. Infant Behavioral Development. 18 (3), 329-337 (1998).
  2. Sadeh, A., Urbach, D., Lavie, P. Actigraphically-based automatic bedtime sleep-wake scoring: Validity and clinical applications. Journal Ambulatory Monitoring. 2 (3), 209-216 (1989).
  3. Rasch, B., Born, J. About sleep's role in memory. Physiological Reviews. 93, 681-766 (2013).
  4. Werchan, D. M., Gómez, R. L. Wakefulness (not sleep) promotes generalization of word learning in 2.5-year-old children. Child Development. 85 (2), 429-436 (2014).
  5. Wang, J. Y., Weber, F. D., Zinke, K., Inostroza, M., Born, J. More effective consolidation of episodic long-term memory in children than adults-unrelated to sleep. Child Development. 89 (5), 1720-1734 (2018).
  6. Sonni, A., Spencer, R. M. C. Sleep protects memories from interference in older adults. Neurobiology of Aging. 36 (7), 2272-2281 (2015).
  7. Marshall, L., Helgadóttir, H., Mölle, M., Born, J. Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory. Nature. 444 (7119), 610-613 (2006).
  8. Baran, B., Wilson, J., Spencer, R. M. C. REM-dependent repair of competitive memory suppression. Experimental Brain Research. 203 (2), 471-477 (2010).
  9. Diekelmann, S., Born, J. The memory function of sleep. Nature Reviews Neuroscience. 11 (2), 114-126 (2010).
  10. Stickgold, R. Sleep dependent memory consolidation. Nature. 437 (27), 1272-1278 (2005).
  11. Dudai, Y., Karni, A., Born, J. The consolidation and transformation of memory. Neuron. 88 (1), 20-32 (2010).
  12. Feld, G. B., Born, J. Sculpting memory during sleep: concurrent consolidation and forgetting. Current Opinion in Neurobiology. 44, 20-27 (2017).
  13. Staresina, B. P., et al. Hierarchical nesting of slow oscillations, spindles and ripples in the human hippocampus during sleep. Nature Neuroscience. 18 (11), 1679-1686 (2015).
  14. Ellenbogen, J. M., Payne, J. D., Stickgold, R. The role of sleep in declarative memory consolidation: passive, permissive, active or none? Current Opinion Neurobiology. 16 (6), 716-722 (2006).
  15. Oudiette, D., Paller, K. A. Upgrading the sleeping brain with targeted memory reactivation. Trends in Cognitive Sciences. 17 (3), 142-149 (2013).
  16. Yonelinas, A. P., Ranganath, C., Ekstrom, A. D., Wiltgen, B. J. A contextual binding theory of episodic memory: systems consolidation reconsidered. Nature Reviews Neuroscience. 20, 364-375 (2019).
  17. Antony, J. W., Schapiro, A. C. Active and effective replay: systems consolidation reconsidered again. Nature Reviews Neuroscience. , (2019).
  18. Lam, J., Mahone, E. M., Mason, T., Scharf, S. M. The effects of napping on cognitive function in preschoolers. Journal of Developmental & Behavioral Pediatrics. 32 (2), 90-97 (2011).
  19. Kurth, S., Ringli, M., Geiger, A., Lebourgeois, M., Jenni, O. G., Huber, R. High-density sleep electroencephalogram study. Journal of Neuroscience. 30 (40), 13211-13219 (2010).
  20. Backhaus, J., Hoeckesfeld, R., Born, J., Hohagen, F., Junghanns, K. Immediate as well as delayed post learning sleep but not wakefulness enhances declarative memory consolidation in children. Neurobiology of Learning and Memory. 89 (1), 76-80 (2008).
  21. Wilhelm, I., Diekelmann, S., Born, J. Sleep in children improves memory performance on declarative but not procedural tasks TT - Bei Kindern verbessert Schlaf die Gedächtnisleistung für deklarative aber nicht für prozedurale Aufgaben. Learning and Memory. 15 (5), 373-377 (2008).
  22. Seehagen, S., Konrad, C., Herbert, J. S., Schneider, S. Timely sleep facilitates declarative memory consolidation in infants. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (5), 1625-1629 (2015).
  23. Kurdziel, L., Duclos, K., Spencer, R. M. C. Sleep spindles in midday naps enhance learning in preschool children. Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America. 110 (43), 17267-17272 (2013).
  24. Kurdziel, L. B. F., Kent, J., Spencer, R. M. C. Sleep-dependent enhancement of emotional memory in early childhood. Scientific Reports. 8 (12609), 1-10 (2018).
  25. Desrochers, P. C., Kurdziel, L. B. F., Spencer, R. M. C. Delayed benefit of naps on motor learning in preschool children. Experimental Brain Research. 234 (3), 763-772 (2016).
  26. Maldonado, C. C., Bentley, A. J., Mitchell, D. A pictorial sleepiness scale based on cartoon faces. Sleep. 27 (3), 541-548 (2004).
  27. Stern, R. A., Arruda, J. E., Hooper, C. R., Wolfner, G. D., Morey, C. E. Visual analogue mood scales to measure internal mood state in neurologically impaired patients: Description and initial validity evidence. Aphasiology. 11 (1), 59-71 (1997).
  28. Plihal, W., Born, J. Effects of early and late nocturnal sleep on indicators of procedural and declarative memory. Journal of Cognitive Neuroscience. 9 (4), 534-547 (1997).
  29. Donohue, K. C., Spencer, R. M. C. Continuous re-exposure to environmental sound cues during sleep does not improve memory for semantically unrelated word pairs. Journal of Cognitive Education and Psychology. 10 (2), 167-177 (2015).
  30. Wilson, J. K., Baran, B., Pace-Schott, E. F., Ivry, R. B., Spencer, R. M. C. Sleep modulates word-pair learning but not motor sequence learning in healthy older adults. Neurobiology of Aging. 33 (5), 991-1000 (2012).
  31. Wamsley, E. J., et al. Reduced sleep spindles and spindle coherence in schizophrenia: Mechanisms of impaired memory consolidation? Biological Psychiatry. 71 (2), 154-161 (2012).
  32. Mölle, M., Bergmann, T. O., Marshall, L., Born, J. Fast and slow spindles during the sleep slow oscillation: Disparate coalescence and engagement in memory processing. Sleep. 34 (10), 1411-1421 (2011).
  33. Acebo, C., et al. Sleep/wake patterns derived from activity monitoring and maternal report for healthy 1- to 5-year-old children. Sleep. 28 (12), 1568-1577 (2005).
  34. Acebo, C., et al. Estimating sleep patterns with activity monitoring in children and adolescents: How many nights are necessary for reliable measures? Sleep. 22 (1), 95-103 (1999).
  35. Geiger, A., et al. The sleep EEG as a marker of intellectual ability in school age children. Sleep. 34 (2), 181-189 (2011).
  36. Wagner, U., Gais, S., Born, J. Emotional memory formation is enhanced across sleep intervals with high amounts of rapid eye movement sleep. Learning and Memory. 8, 112-119 (2001).
  37. Gómez, R. L., Bootzin, R. R., Nadel, L. Naps promote abstraction in language-learning infants. Psychological Science. 17 (8), 670-674 (2006).
  38. Konrad, C., Herbert, J. S., Schneider, S., Seehagen, S. Gist extraction and sleep in 12-month-old infants. Neurobiology of Learning and Memory. 134, 216-220 (2016).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Polisomnografia PSGzadanie z pami ci wizuoprzestrzenng sto wrzecion snudrzemki wczesnodzieci ceaktygrafiaraport rodzicaprocedura rozmieszczenia elektrodocena pami ci deklaratywnejanaliza architektury snufaza NREM 2
Pomiar mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw konsolidacji pamięci zależnej od snu podczas drzemek we wczesnym dzieciństwie
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.