Отслеживание глаз, Кортизол, и сна против задержки консолидации Wake: Объединяя методы, чтобы раскрыть интерактивного Влияние сна и кортизола на память

Краткое содержание

Мы представляем протокол, используемый для себя интерактивный эффект между сном и кортизола на консолидации памяти, особенно при отрицательных вызывающих изображений. В частности, опытно-конструкторских использует отслеживание глаз, слюнные анализ кортизола и тестирования поведенческой памяти - методы, которые могут использоваться как с здоровых и клинических участников.

Аннотация

Хотя поднимается в кортизола может принести пользу консолидации памяти, как можно спать вскоре после кодирования, в настоящее время существует нехватка литературы о том, как эти два фактора могут взаимодействовать влиять консолидации. Здесь мы приводим протокол изучить интерактивную влияние кортизола и спать на консолидации памяти, комбинируя три метода: отслеживание глаз, слюнных анализа кортизола и тестирования поведенческая память через сна и бодрствования задержек. Для оценки отдыхает уровень кортизола, участники дали образец слюны перед просмотром отрицательные и нейтральные объекты в сценах. Для измерения без стеснения заботиться, глаз взгляд участников был записан во время кодирования. Чтобы управлять, произошло ли сон во время окна консолидации, участники либо закодированные сцены вечером, спали в течение ночи и взял тест распознавания на следующее утро, или закодированы сцены в первой половине дня и остался бодрствовать во время сравнительно долгого перерыва хранения. Дополнительные контрольные группы были теSTED после 20 мин задержки в первой половине дня или вечером, чтобы контролировать для время-день эффектов. Вместе Результаты показали, что существует прямая связь между покоя кортизола в кодирования и последующего памяти, только после периода сна. Через глаз слежения, было также установлено, что для отрицательных стимулов, этот положительный эффект кортизола на последующий памяти может быть связано с кортизола усиление соотношение между где участники смотреть во время кодирования, и что они позже способен запоминать. В целом, результаты, полученные с помощью комбинации этих методов обнаружили интерактивный эффект сна и кортизола на консолидации памяти.

Введение

Возможность консолидации информации зависит от бесчисленных факторов, с сна и гормон стресса кортизол быть два из самых влиятельных переменных. Предыдущие исследования показали, что повышенный уровень кортизола, либо индуцированные через экзогенного кортизола или психосоциального стресса, часто связаны с избирательным улучшения памяти для эмоционального относительно нейтрального стимулов ^1-7. Сна было показано, имеют аналогичную избирательное действие на эмоциональное ^8,9 Память: Когда участники представлены сцен, состоящих из отрицательного или нейтрального объекта, помещенного на нейтральном фоне, сон отвязывается сцены, сохраняя память для отрицательных объектов, позволяя при этом памяти для менее важных компонентов сцены (нейтральные объекты и нейтральные фоны) к распаду ^10-12.

Хотя эти две литературы сосредоточить внимание на независимых эффектов кортизола и сна на эмоциональной памяти, вполне возможно, что соrtisol и спать есть интерактивный эффект. Интересно, потому что исследования следственные эффекты кортизола на памяти включают отсрочку хранения не менее 24 часов, который обязательно включает в себя ночь сна, невозможно определить, нужно ли сон в течение кортизола иметь стимулирующий эффект на консолидации. Аналогичным образом, в то время как исследования показали, что сон предпочтительно преимущества память для эмоциональной информации, не исключено, что эти эффекты могут быть усилены у лиц с более высоким уровнем кортизола во время кодирования.

По этим причинам, важно понять не только то, как сон и кортизола независимо поддержки формирования памяти, но и исследовать сон и кортизола взаимодействовать, поддерживать ли формирования памяти. В конце концов, существуют важные связи между сном и кортизола в нормальном старении ^13, и формы психопатологии, которые связаны с дефицитом памяти ^14,15. Только с помощью комбинацииметодологии является возможность понять сложные взаимодействия между сном и кортизола, и их влияние на консолидации памяти. В частности, путем объединения метод сбора слюны кортизола с сна в сравнении конструкции бодрствование, то можно определить, есть ли интерактивный эффект этих двух переменных на консолидации. Также ценным является то, что благодаря использованию глаз слежения для измерения глаз взгляд во время кодирования, можно осветить внимани потенциальный механизм, лежащий в основе этого эффекта.

Протокол

1. Участник Скрининг и подготовки к эксперименту

1. Набирать участников, которые являются носителями английского языка с нормальной или исправлены в нормальное зрение. Они должны быть свободны от неврологических, психиатрических, и нарушений сна, а не может принимать какие-либо лекарства, влияющие на центральную нервную систему или архитектуру сна. Обязательно нанимать подобный баланс мужских и женских участников в нужное возрасте интереса (например, от 18 до 35 лет), имея в виду, что изменения в структуре сна может произойти уже в середине 30-х годов ^16.
2. Чтобы наиболее точно оценить влияние сна на познания, которые участники поддерживать регулярный график сна и ограничить потребление алкоголя, ведущих к изучению. Попросите участников спать не менее 7 часов ночью и быть в постели 2:00 утра для этих пяти ночей, предшествующих исследования. Кроме того, чтобы они ограничивают свое потребление алкоголя до максимума2 напитка в ходе 5 дней, предшествующих исследование, с абсолютно никаким потребления алкоголя за день до или день исследования.
3. Во время планирования, убедитесь, что участники будут соблюдать руководящие принципы, связанные с образца слюнных кортизола (см. также раздел 4): Они должны воздерживаться от физической активности, еды, питья (ничего, кроме воды), курение, и чистить зубы для 2 часов до кодирования. Они также должны воздерживаться от питьевой воды, по крайней мере 15 минут до кодирования.
4. Планирование участников. Если полный случайное распределение невозможно, чтобы участники не отличаются по возрасту, показатели по Morningness-Eveningness Анкета ¹⁷ (мг-экв), депрессии Бека инвентаризации ¹⁸ (BDI), Бек Тревога инвентаризации ¹⁹ (БАЙ), и количество сна получены в ночь перед извлечения.

2. Условия и опытно-конструкторское

1. Участники Расписание сна таким образом, что гоэ кодирования сессия происходит в вечернее время (7:00-10:00 вечера) и извлечения сессия происходит 12 часа в спустя, после полного ночного сна в лаборатории. Участники Расписание Услуга такие, что кодирование сессия происходит в первой половине дня (7:00-10:00 утра) и поисковая сессия происходит 12 часа в позднее следующих полный день бодрствования; убедиться, что они не дремать между сессиями.
2. Включите Утро и условия Вечер небольшой задержки (те, что есть только 20-мин задержки между кодирования и поиска, по сравнению с задержкой 12-часовой для сна и бодрствования групп) в опытно-конструкторских, чтобы минимизировать озабоченность тем, что любые различия найдено между что засыпать и просыпаться группы обусловлены момент тестирования (утром против вечером), а не в связи с сна, произошедшим во время задержки консолидации. Эти условия небольшая задержка также можно рассматривать как «циркадный управления» условиях.
   1. Организовать для участников состоянии Утро небольшая задержка для кодирования стимулы бetween 7:00-10:00 утра, и для участников состоянии Вечер небольшая задержка для кодирования стимулы между 7:00-10:00 вечера. Проверьте участникам 20 минут после кодирования.

3. Стимулы Строительство

1. Стимулы строительство для кодирования. Выберите стимулы, основанные на конкретных экспериментальных вопрос. Этот протокол направлен на воздействие сна и кортизола на эмоциональной памяти, и как таковой, визуальные стимулы во время кодирования сцены, состоящие из любой негативной объекта или нейтрального объекта, помещенного на нейтральном фоне.
   1. Убедитесь, что все эмоциональные стимулы были либо ранее рассчитаны на валентности и возбуждения ^20,21, или, что они рассчитаны на участников после завершения исследования с использованием Лайкерта шкале от 1 до 7 Отрицательные объекты должен быть оценен как очень возбуждая и низким содержанием валентности. (например, возбуждение: 5-7; валентность <3 на 7-балльной шкале с высокими значениями указывающие высокую возбуждения и высокую положительность, respectively), и нейтральные объекты должно быть оценено как не-возбуждающим и нейтральной валентности (например, возбуждение <4; валентность: 3-5).
   2. Случайность и дизайн. Случайно смешивать отрицательные и нейтральные сцены между блоками (если применимо). Настоящее исследование использует 2 кварталах продолжительностью около 10 минут каждый, что позволяет участникам иметь короткий перерыв, чтобы отдохнуть глаза от глаз трекера между ними. Перерывы могут быть полезны каждые 10-15 мин для большинства молодых взрослых участников, но если тестирование другую населения (например, детей), может потребоваться более частые перерывы.
2. Стимулы конструкция для поиска. Выберите стимулы, основанные на конкретных экспериментальных вопрос. Здесь, память для объектов находится в центре внимания, и как таковой, участники представлены объектов и фонов (половина из которых были представлены во время кодирования, а половина новых) отдельно во время поиска.

4. Процедура Кортизол

1. Убедитесь, что участники не выполнили все требования в 1.3: Нет физической активности, еды, питья (ничего, кроме воды), курение, и чистить зубы для 2 часов до кодирования, а также без воды в течение не менее 15 мин до кодирования .
2. Непосредственно перед кодированием, поручить участникам полощут рот с примерно 1 унцию воды. Напомните им, не глотать воду, чтобы избежать разведения образца.
3. Пусть участники слюну на устной тампоном (см. материалы) в течение 2 мин.
4. После имеющий участники разместить полости рта тампоном в трубке хранения тампон, хранить тампоны на температуре около 0 ° F до анализа.

5. Глаз слежения / Процедура кодирования

1. Процедура отслеживания глаз. Трекер глаз используется здесь следы, оставленные узоры глаз взглядом участников на частоте 500 Гц (см. материалы). Альтернативные трекеры могут быть использованы; для того, чтобы наиболее точно оценить внимание во время кодирования, Фоллож поручению конкретного трекера глаз используется.
   1. Во-первых, спросите участников сесть с их подбородком на Chinrest и лоб против баре. Внесите изменения в высоте стула и Chinrest по мере необходимости, гарантируя, что в центре экрана совпадет с глазами участников.
   2. Убедитесь, что глаз трекер точно отслеживать взгляд участников в пределах 1 ° точности, имея каждый участник выполнения задачи калибровки. В идеале, 9 - калибровка или 17-точка будет использоваться, в зависимости от системы, но 3 - калибровка или 5-точка также может быть достаточным.
   3. Во-первых, попросите участников следовать черную точку с их глаз, как она движется к различным точкам на экране и зацикливается на этом, когда он останавливается.
   4. После того, как глаз трекер калибруется точно, попросите участников, если они готовы приступить к выполнению задачи, а затем нажмите кнопку "Запись".
2. Процедура кодирования. Попросите участников выполнить задание тшляпа, вероятно, приведет к глубокому кодирования, таких как наличие их показывают с помощью щелчка мыши, будут ли они подойти или отойти от сцены (например, левый = захода на посадку; справа = назад в гостях), если они сталкиваются с ней в реальной жизни ^10. См. Рисунок 2 для визуальной процедуры кодирования.
   1. Позвольте участникам иметь короткий самоопределившуюся перерыв (например, ~ 10-60 сек) между блоками, чтобы они могли сидеть сложа руки от глаз трекера и отдыха их глаза до продолжения. Попросите их указать, когда они готовы продолжать.
3. Анализ данных глаз взгляд. Для измерения внимание участников на определенных частях сцены, использовать программное обеспечение для рисования Области интересов ²² (ДЗЗ) вокруг этих частей.
   1. После нанесения интересующие данные ДЗЗ, вычислить долю времени участники смотреть на AOI по отношению к остальной части сцены. Кроме того, подсчитать количество саккад, что участники делают к этому АОЯ в течение определенного периода времени.

6. Задержка Исследование-тест

1. Убедитесь, что длина задержка между кодирования и поиска для сна и бодрствования условиях равна (например, 12 ч), а также длина задержки для условий управления 2 (например, 20 мин).
   1. Для участников сна, убедитесь, что задержка 12 ч включает около 8 час сна. С другой стороны, гарантировать, что участники Услуга не спят или сон в течение этого интервала.
   2. Спросите утром и участники Вечер небольшая задержка оставаться в лаборатории во время их 20 задержки мин. Скажите им, что они могут делать все, что им заблагорассудится в течение этого времени, при условии, что они не дремать.

7. Порядок Признание

1. После периода задержки, дать участникам тест памяти.
   1. Попросите участников указать, является ли отображаться стимул "старый" (вклluded в ранее изученной сцене), или "новый" (ранее не изучал), нажав соответствующие клавиши на клавиатуре (например, "1" = старого; "2" = новая).

Результаты

Влияние сна и кортизола на память для эмоционального и нейтральные стимулы

Первая гипотеза рассмотрены в том, что повышенный уровень кортизола во время кодирования будет способствовать память для эмоционального более нейтральных раздражителей и что этот эффект зависит от сна, возникающие между кодированием и поиска. Фиг.4А участки эффект кортизола на память для отрицательных объектов. Стандартные уровни кортизола (ось х) и памяти для отрицательных объектов (ось у) были непосредственно связаны в группе Sleep (в красном), но не Услуга группа (серым цветом). Группа (Сон против Wake) по кортизола взаимодействия было значительным [т (41) = 2,23, β = 2,92, р = 0,031]: Высшее кортизола в кодирования прогнозируемого памяти для отрицательных объектов, если участники спали между кодирования и поиска [т (24 ) = 2,31, β = 0,43, р = 0,031], но если они остались без сна [T (16) = 0,40, β = 0,10, р = 0,70; см. рисунок 4А]. Эти значимые эффекты не были связаны с пола, менструального цикла, или критически, времени суток, которое было определено, запустив дополнительные анализы с утром и вечером небольшая задержка групп. Для нейтрального памяти (см. рисунок 4B), похожи, но наблюдалось слабее рисунок. Был незначительно значимая связь между уровнем кортизола перед кодированием (х-оси) и память для нейтральных объектов (ось у) в группе Sleep [в синий; т (24) = 1,76, β = 0,34, р = 0,092 ], но не Услуга группа [серым цветом; т (16) = 0,98, β = 0,25, р = 0,34]. Взаимодействие между Кортизол и Группа была незначительно значительным [т (41) = 1,95, β = 2,55, р = 0,059].

Влияние сна и кортизола на взаимодействии между Внимание во время кодирования и консолидации

Это было гипоthesized, что это положительный эффект кортизола на эмоциональной памяти может быть частично из-за способности кортизола, чтобы "метки" информации, как важно помнить во время кодирования, что приводит к последующей приоритетов этой информации во время сна. Эта концепция «эмоциональный пометки" предполагает, что кодирования возбуждающих стимулов активирует нервные механизмы, что приводит к долгосрочной пластичности в синапсах обозначенные тегом ^23-25. Вполне возможно, что повышенный уровень кортизола во время кодирования помогает установить эти теги, что приводит к селективному сохранения этой информации в процессе консолидации. Для исследования этой возможности, данные глаз слежения были проанализированы, чтобы определить, увеличивает ли выше кортизола вероятность того, что сон на основе процессы консолидации преимущественно укрепления памяти для информации, которая получает наибольшее внимание во время кодирования. Во-первых, доля времени, каждый участник провел глядя на каждого объекта в каждой сцене ( т.е. рассчитывали AOI) по отношению к общей сцену просмотра времени. Сцены были затем сортируются на пост-временной основе, используя данные распознавания каждого участника, чтобы отсортировать сцены в тех, для которых участник вспоминал объект и те, для которых участник позже забыл объект. Наконец, оценка была вычислена с учетом разницы в поиске времени между вспоминал впоследствии и впоследствии забытых объектов (см. рисунок 5). Например, если участники смотрели на объектах они впоследствии вспомнил в среднем 75% времени, что сцена была на экране, и посмотрел на объектах они впоследствии забыл в среднем 65% времени, что сцена была на экране, их разность в поиске оценки времени будет 10%.

Как и в анализах, проведенных по вопросу о последствиях сна и кортизола на память (рис. 4), линейная регрессия был использован для тестированияЭффекты сна и кортизола на этой разницы в глядя на время кодирования в зависимости от последующего памяти. Для отрицательных объектов (см. рис 6А), отдыхая кортизола (х-оси) незначительно предсказал разницу в глядя время в кодировке в зависимости от последующего памяти (ось у) в группе Sleep [в красном; т (23) = 1,869 , β = 0,37, р = 0,075], но не Услуга группа [серым; т (16) = 0.168, β = 0,043, р = 0,87]. Взаимодействие между Кортизол и группы было значительным [т (40) = -2,04, β = -2,99, р = 0,049], и критически, это значительный эффект не из-за пола, менструального цикла, или времени суток. Для нейтральных объектов (см. рис 6В), не было никакого эффекта кортизола в группе Sleep (в синем), ни Wake группы (серым цветом), и взаимодействие между Кортизол и группы не было значительным.

Рисунок 1. Визуальной информации о процедуре, описанной в этом видео доклада, разделенных Group. Эта цифра отображает четыре группы участников (сон, Wake, Morning небольшой задержки и вечером небольшой задержки), а также сроки предварительного кодировании кортизола образец, кодирование и извлечение для каждой группы.

Рисунок 2. Визуальной стимулов, используемых при кодировании. Эта цифра показывает, что каждая сцена состояла из либо отрицательный или нейтральный объекта, помещенного перед нейтральном фоне. Это также показывает, что участники просмотрели эти сцены в течение трех секунд каждый, в течение которого тIME они указали, будут ли они подойти или отойти от сцены, если они столкнулись с его во время реальной жизни.

Рисунок 3. Визуальной стимулов, используемых во время поиска. Эта цифра показывает, что участникам были представлены объектов и фонов (отдельно) во время теста памяти признание. Эти объекты и фоны были либо ранее представлены во время кодирования ("старый") или никогда раньше не был замечен в контексте эксперимента ("новый").

Рисунок 4. Влияние кортизола на память для отрицательных и нейтральных объектов. участки эффект стандартизированных уровня кортизола на память для отрицательных объектов. B участки эффект стандартизированных уровня кортизола на память для нейтральных объектов. Легенда: Сон [красные алмазы (отр), голубые бриллианты (Neu)], Услуга [серые квадраты], сна Линейный Fit [красная линия (отр), синяя линия (Neu)], Услуга Linear Fit [Gray Line].

Рисунок 5. Визуальной информации о кодировке (слева) и поиска (справа) процедуры как связаны с зависимой переменной (разница в поиске время при кодировании в зависимости от последующего памяти), начисленного в глаз слежения анализов. Эта цифра показывает, как зависит рассчитывали переменная в глаз отслеживания анализа (разница в поиске времени во время кодирования в зависимости от последующего памяти). В частности, этот счет отражает долювремени, в течение кодирования, что участники смотрели на объекты, которые позже они помнили ("хиты") за вычетом доли времени, в течение кодирования, что участники смотрели на объектах, которые они позже забыл ("промахи").

Рисунок 6. Влияние кортизола на разнице в глядя время в кодировке в зависимости от последующего памяти для отрицательных и нейтральных объектов. Глядя время рассчитывали как долю от общего сцене время осмотра, что участники провели глядя на объекте в пределах сцены. Счет стал вычисляется с учетом разницы в глядя время между вспоминал впоследствии и впоследствии забыли объектов и линейной регрессии был использован для тестирования эффекты кортизола и сна на этот счет. Вычерчивает эффект для отрицательным объекты, в то время как B участоки эффект для нейтральных объектов. Легенда: Сон [красные алмазы (отр), голубые бриллианты (Neu)], Услуга [серые квадраты], сна Линейный Fit [красная линия (отр), синяя линия (Neu)], Услуга Linear Fit [Gray Line].

Обсуждение

Этот экспериментальный проект дал первое доказательство того, что благоприятные эффекты предварительного кодирования кортизола на памяти имеют значение лишь когда сон происходит в период консолидации. Только как измерения уровня кортизола и манипулирования включены ли интервал консолидации сон был позволили определить, что сон и кортизола иметь интерактивную влияние на память. Эта конструкция сыграла решающую роль в определении того, что, в предыдущих исследованиях, которые связали предварительно обучения кортизола в облегченной памяти для отрицательного раздражителей ^1,5, эти эффекты кортизола может проявляться из-за сна, произошедшим в течение интервала консолидации.

Этот вывод становится еще более интересным, учитывая, что сон по сравнению с дизайном бодрствование потребовало участников тестирования в двух группах в разное время суток. Кортизол следует за циркадный ритм ^26, с самым высоким уровнем кортизола в рано утром, а самая низкая в интернетВенинг. Таким образом, участники сна были в пределах узкого диапазона относительно низких уровнях кортизола, то, закодированных в вечернее время, в то время как участники Услуга имели более высокие и более переменных уровень кортизола, то, кодируется в первой половине дня. С помощью этой конструкции, очевидно, что даже небольшие различия в относительно низких уровней кортизола достаточно, чтобы влиять консолидации памяти в течение определенного периода сна. В то же время, однако, суточное изменение в кортизола также усложняет конструкцию. Будущая работа может рассмотреть, как управлять для эффектов суточном кортизола по-разному. Один из таких путей будет повторить нынешние результаты, используя послеобеденный сон парадигму. Потому что уровень кортизола между дремоты и бодрствования состоянии будет статистически эквивалентны, циркадные колебания кортизола в такой парадигмы не будет проблемой.

В то время как многие вопросы остаются о том, как кортизол взаимодействует со сном для повышения эмоциональные Консо памятиlidation, текущая работа доказывает, что по стимулированию эффект предварительного кодирования кортизола на эмоциональной памяти следующие задержек по крайней мере, 24 часов в том числе сна ^1,5,27 может быть связано с взаимодействием между кортизола и сна-зависимые процессы консолидации. Без дизайна, в котором задержка одно условие включает в себя сон, а другой не делает, это не было бы возможным, чтобы изолировать, необходима ли сон в течение этого эффекта необходимо соблюдать. Кроме того, путем оценки глаз взгляд участников во время кодирования, было установлено, что этот эффект стимулированию кортизола на эмоциональной памяти может быть связано с кортизола модулирующего соотношение между вниманием к эмоциональной информацией на кодирование и последующей консолидации этой информации во время сна: с повышенным кортизола, есть сильнее отношение между тем, что участники смотрят на при кодировании и что они потом вспомнить. Вполне возможно, что это потому, что теги повышенный уровень кортизола в кодировке ''Эта эмоциональная информация, как важно помнить, что приводит сон выборочно укреплять эту важную информацию в течение интервала консолидации.

Эта уникальная комбинация методов - сон по сравнению с дизайном Уэйк, измерения отдыхает слюнных значения кортизола, оценки глаз взглядом во время кодирования, и администрации поведенческого тестирования памяти признание - привело не только к раскрытию интерактивный эффект кортизола и сна консолидации, но также к определению внимани потенциальный механизм за этот эффект. В целом, это исследование может быть использовано в качестве примера, как объединить методик, которые обычно используются независимо для достижения лучшего понимания сложных взаимодействий между переменными, которые влияют на познавательную.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Тампоны из полости рта Salimetrics		5001.02
Тампоны для хранения (SST)	Salimetrics	5001.05
Трекер для глаз	SensoMotoric Instruments (SMI)	iView X Hi-Speed