Summary
このプロトコルは、幼児期の昼寝中に睡眠依存性メモリ統合の基礎となる神経機構を調べるために使用される方法について説明する。これは、行動記憶のパフォーマンスに睡眠の効果を調べるための手順だけでなく、ポリソムノグラフィーとアクティグラフィーの両方のアプリケーションと記録が含まれています。
Abstract
睡眠は毎日の機能に不可欠です。睡眠の重要な機能の1つは、記憶の統合、それらを強くし、干渉に対して脆弱にするプロセスです。記憶のための睡眠の利点の基礎となる神経機構は、ポリソムノグラフィー(PSG)を使用して調査することができる。PSGは、脳からの信号(EEG)、眼(EOG)、および睡眠段階を分類するために使用される筋肉(EMG)を含む生理学的記録の組み合わせである。このプロトコルでは、PSGを行動記憶評価、アクティグラフィー、および親レポートと組み合わせて使用して、睡眠依存型メモリの統合を調べる方法について説明します。このプロトコルの焦点は、幼児期に焦点を当てています, 子供が二葉性睡眠(昼寝と一晩の睡眠からなる)から単葉睡眠(一晩の睡眠のみ)に移行する重要な期間です。睡眠がメモリパフォーマンスに及ぼす影響は、睡眠と覚醒休息の期間にわたって、目視空間記憶評価を使用して測定されます。アクティグラフィーと親レポートの組み合わせは、睡眠リズムを評価するために使用されます(すなわち、子供を習慣的または非習慣的なナッパーとして特徴付ける)。最後に、PSGは昼寝中にそれらの段階(周波数やスピンドルの存在など)の睡眠段階と資質を特徴付けるために使用されます。PSGを使用する利点は、それが現在、睡眠の質と睡眠アーキテクチャを評価するために利用可能な唯一のツールであり、メモリの統合をサポートする関連する脳の状態を指しています。PSGの主な制限は、録音モンタージュの準備にかかる時間の長さと、録音は通常、購入した1つの睡眠を介して引き継がれているです。これらの制限は、アプリケーション中に気を散らすタスクに若い参加者を従事させ、睡眠サイクルを特徴付けるために活動学と自己/親レポート対策とPSGを組み合わせることによって克服することができます。一緒に、方法のこのユニークな組み合わせは、昼寝が就学前の子供の学習をサポートする方法の調査を可能にします。
Introduction
私たちの毎日のルーチンで睡眠の有病率を考えると、その機能を理解することが重要です。この目的を持つ研究は、睡眠の正確な測定を必要とします。ポリソムノグラフィー(PSG)は、睡眠のゴールドスタンダード尺度です。PSGは高い時間分解能の睡眠の客観的、定量的な測定を可能にし、研究および臨床目的の両方のために有用でありうる。PSGは生理学的記録の組み合わせである。少なくとも、PSGモンタージュには、脳波検査(EEG)、電気学(EOG)、筋電図(EMG)が含まれます。これらの測定は、それぞれ脳、目、筋肉からの電位を評価し、睡眠段階の分類を可能にする(図1参照)。心電図(ECG)、呼吸、脈拍酸化測定などの他の手段は、障害のある睡眠の存在を識別するために含まれてもよい。
図1:例の電極配置とPSGを介して記録された活動の説明。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
PSGは、睡眠を4つの異なる睡眠段階に特徴付けることを可能にする:非急速眼球運動(非レム1)ステージ1(nREM1;4−7 Hz)、非レムステージ2(nREM2;12−15 Hz)、および非REMステージ3(より一般的にスローウェーブスリープ[SWS];0.5−4Hz)、および急速な眼球運動(REM)。)睡眠。nREM1は睡眠発症をマークし、EMGリコーディングにおける筋緊張の低下と、安静時覚醒で観察されるアルファに対する混合振幅EEG振動に基づいて同定される。その後、睡眠スピンドル(シグマ周波数活性の短いバースト、11−16 Hz)とK複合体(周囲の活動から目立つ単一の遅波)の存在によって区別することができるnREM2が続きます。SWSは、異なる低速周波数高振幅EEG振動によって特徴付けされる。レム睡眠は、覚醒中に観察されるのと非常によく似た高速低振幅振動脳活動によって特徴付けられます。しかし、レム睡眠と覚醒を区別するのは、ファシックな急速な眼球運動(したがってモニカーレム)と筋肉アトニアによっても特徴付けられる。睡眠の試合の過程で、睡眠段階は周期的に経験され、約90分/サイクルの割合で。
睡眠はまた、24時間のサイクルで行われる睡眠の試合で、概日リズムに従います。睡眠のタイミングと一貫性は、睡眠機能に影響を与える可能性があり、評価することも重要です。PSGは睡眠段階を特徴付ける必要がありますが、適用には時間がかかるため、複数の睡眠の試合(例えば、複数の睡眠、昼寝、一晩の睡眠)を評価するのに理想的ではありません。このために、アクティグラフィーは有益です。アクティグラフィーは、通常手首に三軸加速度計を使用して、運動の不在に基づいて睡眠を推定します。アクティグラフィーは睡眠段階を特徴付けるために使用することはできませんが、乳幼児1から高齢者2までの集団の範囲で睡眠発症および覚醒発症(睡眠の断片化または睡眠発症後の覚醒を含む)を検出する上で信頼できないことが示されています。.PSGとアクティグラフィーの両方が、自己/親レポートの測定よりも好ましい方法です。自己/親レポート対策は管理が容易で比較的安価ですが、バイアスやコンプライアンス違反の影響も受けます。最後に、これらの方法は、それぞれの強みを活用するために組み合わせて使用できることに注目してください。例えば、PSGはアクティグラフィーや自己/親レポートと組み合わせることで、一晩の睡眠の質だけでなく、睡眠量や睡眠覚醒サイクルの検証、特に長期間(週または数ヶ月)の両方を得ることができます。
特に関心を集めている睡眠の機能の1つは、睡眠依存型のメモリの統合であり、それらが強く、干渉に対して脆弱なままにする記憶の処理3である。記憶の統合は、子供4と大人5の覚醒中に行うことができますが、睡眠中に統合が強化されるという実質的な証拠があります。過去の研究では、睡眠間隔(例えば、午後8時~8時)に続くメモリ性能の変化と、目覚めた同等の間隔(例えば、午前8時~午後)に対する変化を比較することにより、睡眠依存型メモリ統合の行動例を提供してきました。成人では、記憶は睡眠の間隔に続いて6または7を保護され、一方、記憶は通常、覚醒の同等の間隔にわたって崩壊する。概日影響8、9、10からパフォーマンスの変化を解離するコントロールが採用されています。たとえば、昼寝中のパフォーマンスを同等の昼間の覚醒期間9と比較する場合、睡眠の同様の利点が観察されます。
睡眠はかつて受動的なプロセスを反映すると考えられていたが、単に腐敗や干渉から記憶を保護する、現代の理論は、睡眠がより積極的な役割を果たし、実際に再活性化を通じて記憶を促進することを示唆している11,12、13.このサポートは、睡眠中の記憶統合の行動測定(睡眠前と比較した睡眠後の記憶リコールの変化)と睡眠生理学の特定の側面との間の観察された相関関係から来る。多くの宣言型メモリ タスクでは、メモリの統合は、非 REM スリープの側面、特に nREM2 および SWS で見つかった SWS または睡眠スピンドルの測定に関連付けられています。睡眠の役割が干渉からの受動的な保護である場合、そのような相関関係は期待されません。むしろ(睡眠段階に関係なく)睡眠時間とパフォーマンスの間の相関関係は、より多くの時間が干渉14からより多くの保護を提供するように、期待されます。
メモリ統合における SWS のアクティブな役割に対する追加のサポートは、ターゲット メモリの再アクティブ化の研究で明らかです。これらの研究では、記憶は知覚的な手がかり、例えば臭気の文脈で学習され、睡眠中にキューが再提示された場合、記憶の記憶は、特に15の後に記憶の記憶が大きくなる。根本的なメカニズムは16、17、1つの著名な理論、システム統合理論が議論されているが、海馬にコードされた記憶は海馬と新生物の対話にもかかわらず皮質で安定していると主張する。具体的には、皮質遅い波と睡眠紡錘は、記憶再活性化に関連する海馬波紋と共に起こり、メモリ転送3をサポートする。
開発中のメモリ統合における睡眠の役割はあまり明確ではありません。幼児期は、子供たちが二葉病(昼寝と一晩の睡眠の試合からなる)から単一の睡眠パターンに移行し始めるにつれて、特に関心のある期間です。最近の研究は、この遷移が脳の成熟を反映するかもしれないことを示唆しています18.この議論は、一晩の睡眠における発達的変化(すなわち、遅波活動の地形)が皮質成熟19のそれを反映する経験的データと一致する。
20、21、幼児22の子供の一晩睡眠依存的統合のいくつかの行動デモンストレーションがありますが、昼間の睡眠との記憶統合の神経基盤に関する研究は、調査を始めたばかりです。就学前の子供の記憶に対する昼間の昼寝の役割を調べる画期的な研究では、最近学んだ情報の記憶を保護するために昼寝が示されたのに対し、記憶力は減少した(約12%)。子供たちが昼寝間隔23の間に目を覚ましていたとき.この「昼寝の利益」は、年齢に関係なく、習慣的に昼寝をした小児(すなわち、週に5回以上、行動性で測定される)で最も大きかった。昼寝中にPSGを記録することにより、昼寝期間中のメモリ性能の変化は、睡眠スピンドル密度(nREMの1分あたりの睡眠スピンドル数)に特異的に関連していることが判明し、昼寝の質(量ではない)が重要な要因であったメモリ保持の促進を促進します (代表的な結果セクションを参照)。
本研究は、開発中の睡眠と記憶の関係を探求する際のPSGの意義を強調する。これは、メモリ統合のための昼寝中に睡眠マクロ(睡眠段階)とマイクロ(周波数やスピンドルの存在などのそれらの段階の質)構造を特徴付ける重要性を指摘する。また、睡眠リズムを評価することの重要性を強調しています (子供を習慣的または非習慣的なナッパーとして特徴付けます)。私たちの研究は、視空間学習(そして最近では感情的な24と手続き25学習)における昼寝の機能を特徴としていますが、多くの疑問が残っています。例えば、これらの知見の一般化性を評価し、就学前の教室で使用されるタスクを評価して、特定のパラメータ(例えば、学習に対する昼寝の利益の量)を理解するために、他の宣言的なメモリタスクを調べることが重要です。生態学的に有効なタスク。また、メモリの統合にウェイクで十分なタイミングを理解するために追加の作業も必要です。したがって、我々の目的は、子供の睡眠と睡眠依存性記憶の統合を測定するプロセスを解明することです。私たちは、コンピュータ化された空間記憶タスクを使用して、一般的に発達中の未就学児(約3~4歳)の宣言的な記憶に対する午後の昼寝の利点を調べるための実用的なヒントと、昼寝の習慣性を評価するための方法を提供します。PSGを使用してアクティグラフィー、親レポート、および昼寝生理学を使用しています。これらの方法は、様々な頻度で昼寝をする就学前の子供のために開発されたが、これらの方法は、任意の年齢層に適応することができる。
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Protocol
研究手続きを開始する前に、書面による同意は親から得られ、すべての研究手順について子供から口頭で同意を得るべきである。
注: 手順の概要については、図 2を参照してください。
図 2: プロトコルの概要。各正方形は 1 日を表します。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
1. 昼寝のプロモーション条件
- 以下に説明するように、昼寝のプロモーション条件が参加者間のウェイクプロモーション条件と相殺されていることを確認します。
- 子供の典型的な昼寝期間の約1時間前に昼寝のプロモーション条件を開始するようにスケジュールし、PSGを適用し、視空間記憶タスクを実行する時間を許可します。即時および遅延リコールの間の時間が、スリープ解除促進と昼寝のプロモーション条件の間で同じであることを確認します。
- このセッションの手順を,年齢に応じた資料を使って子供と親に説明する。
注:年齢に適した資料には、同じ手順を経た別の子供のストーリーブックや短いビデオが含まれます。 - ポリソムノグラフィー装置を適用します(セクション3を参照)。
- 空間記憶タスクのエンコードと即時メモリ評価を実行します (セクション 4 を参照)。
- 子供にトイレを使ってから、子供の典型的な昼寝前のルーチンを開始しさせる。
- 親/介護者が子供を通常どおりに眠らせるようにします。ほとんどの子供は、通常のルーチンを提供されたときにより速く眠りに落ちるので、できるだけ少し干渉します。
- 子供が典型的な昼寝の場所を利用して昼寝をできるようにします。
- 昼寝のプロモーション技術を利用するが、彼らは子供の通常のルーチンからあまりにも遠く離れている場合、これらは家庭であまり成功していないことが証明されているように、必要な場合にのみ。
注:昼寝のプロモーション技術には、重み付けされた毛布の使用、参加者の背中をこすり、子供を毛布で包む(スワッピングに似ている)、進行性の筋肉弛緩、心地よい音楽の演奏が含まれます。
- 子供が昼寝のプロモーション条件で眠る時間が、ウェイクプロモーション条件でプレイする時間と一致していることを確認します。
注: 昼寝の昇格条件が最初の場合は、子供が自然に目を覚まし、この期間を使用して覚醒セッションの継続時間を設定できるようにします。スリープ解除の昇格条件が最初の場合は、この期間を使用して昼寝の長さを決定します。この時間を超える場合は、ドアを開け、寝室の外を歩き回り、徐々に大きな声で話すことによって、できるだけ自然に子供を起こします。 - 睡眠慣性を避けるために、小児が起きた後約15~30分間、視覚記憶タスクの遅延リコール評価を行う。
- 視覚的な眠気スケール(VSS)26と視覚気分スケール(VMS)27のための子供と実験者の評価を収集します。
- PSG電極を取り外します。
2. ウェイクプロモーション条件
- ウェイクプロモーション条件が、上記で説明した昼寝のプロモーション条件と相殺されていることを確認します。
- ウェイクプロモーション条件は、子供の典型的な昼寝期間の約1時間前に開始するようにスケジュールし、条件を越えて一日の時間を同一視します。即時および遅延リコールの間の時間が、スリープ解除促進と昼寝のプロモーション条件の間で同じであることを確認します。
- このセッションの手順を,年齢に応じた資料を使って子供と親に説明する。
- スリープ解除と昼寝の促進条件を同一視するために、PSG電極(セクション3を参照)を適用します。
注:睡眠は予想されませんが、これは条件と同等であり、疑わしい場合は睡眠の不在を確認するために使用することができます。 - 空間記憶タスクのエンコードと即時メモリ評価を実行します (セクション 4 を参照)。
- 子供にトイレを使ってから、通常昼寝をしている場所に進んでください。
- 代わりに、子供が彼らの典型的な昼寝と同じ場所で非刺激的なおもちゃで静かに遊んで子供を許可しないでください。
注:許容される非刺激玩具には、ワックススティックや年齢に適した連動プラスチックレンガなどの小さな感覚運動玩具が含まれます。 - 子供に典型的な昼寝の長さまたは昼寝のプロモーション条件中に寝た時間のために遊びなさい(詳細についてはステップ1.7を参照)。
- 話す、部屋を出る、提供されていないおもちゃで遊ぶなど、異常な活動を記録します。
- 代わりに、子供が彼らの典型的な昼寝と同じ場所で非刺激的なおもちゃで静かに遊んで子供を許可しないでください。
- 子供が昼寝のプロモーション条件で眠る時間が、ウェイクプロモーション条件でプレイする時間と一致していることを確認します。
- 子どもの再生が終了してから約15~30分後に、遅延時間を条件間で同様に保つために、遅延リコール評価を実施します。
- VSS26および VMS27の子と実験者の評価を収集します。
- PSG電極を取り外します。
3. ポリソムノグラフィー(PSG)
- 準備
- 子供に本を読んだり、遊び場で遊んだり、お腹が空いたら軽食を食べたり、短い映画を見たりするなど、静かな活動をしてPSG電極の塗布を促進します。
注:映画を使用する場合は、映画が適切な年齢であるが、子供の乱暴さ(例えば、人気のある子供向けのアニメ映画やショー)を引き出さないことを確認してください。 - 親または保護者へのアクセスは必要ありません。しかし、恥ずかしがり屋や暫定的な子供のために、信頼できる介護者が利用可能であることを保証します。
注:少数の子供の場合、親や保護者は役に立つ代わりに気を散らすかもしれません。その場合は、親に子供の視界から離れるかどうか尋ねるようにしてもらいます。
- 子供に本を読んだり、遊び場で遊んだり、お腹が空いたら軽食を食べたり、短い映画を見たりするなど、静かな活動をしてPSG電極の塗布を促進します。
- 頭部測定値を収集します。
- フレキシブルテープメジャーとチャイナマーカーを使用して、後続の電極アプリケーションの位置をマークします。
- イオンからナシオンまでの距離を測定し、中間点にマークを配置します。片方の耳の前耳からもう一方の耳の前耳ノッチまでの距離を測定し、中間点に別のマークを付けます。これら 2 つのマークの交点は、「参照」点 (CZ) です。
- イオンから吐き出し距離までイオンの10%を測定します。次に、両側のこの点から前立ノッチ測定に前置きノッチの10%を測定します。両側に 1 つずつ(O3 と O4)、2 つのマークを作成します。
- 頭の両側の基準点から前立ノッチ測定に前室ノッチの20%を測定します。両側に1つずつ(C3とC4)に2つのマークを付します。
- イニオンの 20% を基準点からナシオン距離まで測定します。次に、両側のこの点から前立ノッチ測定に前述ノッチの20%を測定します。両側に1つずつ(F3とF4)に2つのマークを付します。
- 配置用に一度に 1 つの電極を準備します。
- アルコール綿棒を使用して各電極の位置をきれいにします。わずかに研磨剤を使用して剥離し、残留洗浄材料を除去します。
- 電極クリームを使用して各電極を充填します。
- 毛髪が存在する場所に配置された電極の場合は、ガーゼの正方形に電極クリームの追加の滴を適用し、電極の背面に配置します。
- 顔に置かれた電極の場合は、医療テープを使用して電極を皮膚に付着させます。
- 対応する各 EEG、EOG、および EMG の各位置に電極を配置します。
- 頭皮(CZ、O3、O4、C3、C4、F3、F4)の各マークされた位置に電極を配置します。
- 各マストイド(耳の後ろの小さな骨のプロセス)に1つの電極を置き、額の中央に1つを置きます。
- 各目に隣接する 1 つの EOG 電極を配置します。これらの電極の1つを右目の外側(LOCと呼ぶ)よりわずかに優れ、1つは外側に、左目よりわずかに劣るもの(LOCと呼ぶ)を配置します。
- あごの周りに2つのEMG電極を配置します。笑顔のラインのすぐ上に右頬に1つの電極を置きます。もう一方を、食道に隣接して、あごが首と接する場所のすぐ上にもう一方を配置します。首と顎の筋肉の収縮が最大である場所を感じながら、参加者に「ミルク」という言葉を大声で言ってもらい、2番目の場所を見つけます。
- 記録装置に電極を取り付け、記録を開始します。
- すべての電極のインピーダンス測定値を記録します。すべての電極がインピーダンステストに合格していることを確認します。
注: 一部のデバイスでは「合格」または「失敗」が書き留まり、他のデバイスでは数値が付く場合があります。後者では、25 kΩ 以下のインピーダンスが許容されます。インピーダンスが失敗した場合、または高すぎる場合は、バッテリを取り外して交換してください。これで問題が修正されない場合は、その電極を再適用します。 - 各条件が完了すると、PSG電極を取り外します。
- 毛髪に塗布した電極の場合は、水性スプレーで電極の位置を浸します。スプレーが約1分間座ってから電極を取り外します。
注:脱毛ヘアスプレーは、毛髪電極を除去する目的で非常に効果的です。 - テープで塗布した電極の場合は、通常、顔や乳同種にベビーオイルを塗った綿パッドを使用してテープを飽和させます。テープがベビーオイルで完全に覆われているときは、角からテープをそっと引き上げます。
- 毛髪に塗布した電極の場合は、水性スプレーで電極の位置を浸します。スプレーが約1分間座ってから電極を取り外します。
4. 空間記憶タスク
- 生後44ヶ月未満の小児に3×3マトリックスで配置された9つの覚えのある刺激を投与する。生後44ヶ月以上の子供に3×4マトリックスに配置された12の覚えのある刺激を投与する。
注: 12 項目行列に割り当てられた子がチャレンジしすぎる場合は、9 項目行列を使用できます。同様に、9項目のマトリックスが簡単すぎることが明らかな場合は、12項目のマトリックスを使用して天井効果を回避できます。これは、主題内の精度が関心のある変数であり、生のスコアではないため、正当化されます。刺激は、通常、マトリックスに配置され、ラップトップの画面上に提示される一般的な画像(例えば、クマ、車、はさみ)の漫画のような画像です。刺激は2セットあります。これにより、タスクが 2 つの条件 (昼寝とウェイクの昇格) でバランスを取ることができるため、子供たちは両方の条件で同じ画像を受け取りません。 - タスクを 3 つのフェーズ (エンコード、即時リコール、および遅延呼び出し) で管理します。各フェーズでは、子供が自分のペースで各質問に答えることを可能にします。
注: 一般的な期間は、エンコード フェーズの場合は 6 分、即時リコール フェーズでは 2 分、遅延リコール フェーズでは 2 分です。- エンコード フェーズでは、子に各イメージを名前で識別するように指示し、グリッド上の各項目の位置を覚えておくことを子供に指示します。エンコード後、カードは「ブランク」イメージに置き換えられ、子はエンコードスコア≥75%に達するまで各画像の位置を見つける必要があります。
注:75%の閾値は、若年成人28、29、30の研究に基づいて選択され、学習が明確に達しているが、天井に達していない場合のポイントを反映しています。- このブロック中、参加者は各応答の後にタスクから視覚的なフィードバックを受け取ります。子がイメージの場所を選択した後、関連付けられたイメージを表示し、それが正しいか正しくないかを子に通知します。
- 子供のやる気を引き出すためにパフォーマンスに関する口頭フィードバックを提供するが、フィードバックの量が両方の条件で一貫していることを確認します。子供が「素晴らしい仕事、あなたはそれを得た」のような画像使用言語を見つけることに成功すると、子供が子供の努力を強調する言葉を使わなければ(例えば、「うん!かなりではなく、良い試み!次のものを手に入れることができるか見てみましょう。
- 4 ラウンド後にエンコードを渡すことができない 12 項目のマトリックスに割り当てられている子どもたちに、ストレッチ、ジャンプ ジャック、および約 5 分間移動する機会を提供します。子が 2 ラウンドを追加してもエンコーディングに合格できない場合は、9 項目のマトリックスを使用してエンコードを再開します。
- 12項目行列のエンコードタスクを使用して、最初のラウンドで 100% のエンコード スコアを受け取った 9 項目のマトリックスに割り当てられた子を提供します。9 項目のマトリックスにドロップバックするために必要なすべての手順を実行しない場合は、次の 2 つのフェーズで 12 項目のマトリックスを使用します。
- 即時のリコールフェーズでは、画像を 1 つずつ再び表示し、対応する場所を思い出すように子供に依頼します。視覚的または口頭によるフィードバックを提供せず、各項目を 1 回だけプローブします。しかし、努力に関するフィードバックを提供する(すなわち、「最善を尽くす良い仕事」)。
- スリープ状態またはスリープ状態の直後に遅延リコールフェーズを実施します。
注: このフェーズは、即時リコールフェーズと同じです。- 時々、子供たちは遅れたリコール段階の間に騒がしくなります。この場合は、賞品でタスクを完了するか、PSGの除去中に自分の映画を見るためにより多くの時間を提供することによって、子供を誘惑します。この間、子供がおもちゃで遊んだり、メモリタスクが完了するまで他のタスクに従事することを許可しません。
- エンコード フェーズでは、子に各イメージを名前で識別するように指示し、グリッド上の各項目の位置を覚えておくことを子供に指示します。エンコード後、カードは「ブランク」イメージに置き換えられ、子はエンコードスコア≥75%に達するまで各画像の位置を見つける必要があります。
図 3: 仮想空間メモリ タスク中に画面が表示される例。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
5. アクティグラフィー
- アクティビティウォッチをプログラムします。
注:アクティビティウォッチは<0.01 gの感度で32 Hzでサンプリングされます。アクティビティは 15 s エポックに格納されます。 - 各参加者に、あらかじめプログラムされたアクティビティウォッチと指示を提供します。時計は常に着用する必要があることを親に伝えます。デバイスを取り外す理由がないため、防水であることを強調します。
- 子供に非支配的な手に時計を着用するように指示します。
- 子供が眠ろうとするたびに時計の顔の側面にあるボタンを押し、目を覚ますと再び親に指示します。
注: これは、スコアリングのアクティグラフィーを支援するデータにイベントマーカーを生成します。
- 睡眠時間を記録し、削除を見ることができる睡眠日記(ログやスプレッドシートに似ています)を親に提供します。
注:これはまた、スコアリングアクティグラフィーを支援します。- 睡眠日記では、子供が寝る時間や子供が起きる時間など、アクティビティウォッチが着用される日数に関するすべての睡眠の完全なログを提供するように親に依頼します。親は、昼寝と定期的な一晩の睡眠の両方のためにこの情報を提供する必要があります。さらに、ウォッチが取り外された場合はいつでも情報を提供するように親に依頼します。
6. データ分析
- 仮想空間メモリ タスク
- リコール対象品目の割合として、各リコールフェーズの精度を計算します。
- 昼寝とスリープ解除間隔のリコールの変化を次のように計算します。
- 遅延リコール精度(昼寝後)から即時リコール精度(昼寝前)を差し引いて、リコールナップの変化を計算します。
- 遅延リコール精度(スリープ解除後)から即時リコール精度(ウェイク前)を差し引いて、リコールウェイクの変化を計算します。
- Psg
- 標準的なスコアリング基準に従って睡眠段階を特徴付けます(例えば、睡眠および関連イベントのスコアリングのためのAASMマニュアル対2.5)。
- スピンドルのオンセットとオフセットをマークすることにより、特殊なソフトウェアを使用してC3の睡眠スピンドルを検出します。
- 第二の訓練を受けた研究者と睡眠段階とスピンドルのオンセットとオフセットを確認します。得点が一致しない場合は、3人目の訓練を受けた得点者がコンセンサス決定を下します。
- 以前の研究 31 に基づいて、特殊なソフトウェアと社内の MATLAB コードを使用してスピンドル密度を分析します。簡単に言えば、0.5−35 HzからのEEGデータをフィルタリングし、特定されたスピンドルの発症とピークスピンドル振幅のオフセット間の最大電圧を考慮します。各スピンドルの高速フーリエ変換を使用して、9−15 Hz24、32の間のピークスペクトル周波数を識別します。
- アクティグラフィー
- スコアアクティビティは、標準化されたプロトコル20に従う特殊なソフトウェアを使用してデータを監視します。
注: データの信頼性を確保するには、データの複数の日と夜が必要です。少なくとも、参加者は少なくとも3日と3泊のアクティグラフィーデータを必要とします(日と夜は連続する必要はありません)。しかし、5泊は、特にこれらのデータが主な関心33である場合に好ましい。 - 睡眠日記情報とイベントマーカー(ボタンを押す)を使用して、睡眠の発症とオフセットを確認します。
注:これらの2つの項目は、休憩間隔の開始と終了を得点するために、お互いの20分以内でなければなりません。- 参加者が睡眠日記情報、イベントマーカー、または日記とイベントマーカーが互いに20分以内に欠落している場合は、睡眠発症を決定し、手動でオフセット32: 連続睡眠の最初の3分で睡眠発症を決定する33と連続睡眠34の最後の5分によって睡眠オフセットを決定する。
- スコアアクティビティは、標準化されたプロトコル20に従う特殊なソフトウェアを使用してデータを監視します。
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Representative Results
ここで説明する手順を使用して、Kurdzielたちは、就学前の子供の昼寝中に睡眠依存性記憶の統合を調べた。結果は、昼寝後の視視認空間記憶タスクの子供のリコール精度が、彼らが目を覚ましたままであった同様の期間の後に彼らのリコール精度よりも優れていたことを示した(すなわち、「昼寝の利点」を意味する、図4)。また、前日を覚醒状態で過ごした人は、一晩の睡眠中に記憶を回復しなかった。最後に、アクティグラフィーと親が報告した睡眠対策は、習慣的なナッパーと非習慣的なナッパーの両方で昼寝の利点が明らかであるかどうかを調べるために使用された。調査結果は、昼寝の利点は、定期的に昼寝をした小児においてのみ有意であった(すなわち、習慣的なナッパー、図5)。
図4:空間記憶タスクのリコール精度は、エンコード(「即時」)、昼寝の機会(「遅延」)に続き、翌日(「24時間」)、昼寝促進状態(灰色)の2つの条件で再びテストされました。バー)と覚醒促進状態(白いバー)。誤差余数は±1 SEを表します。この図は、クルドジエルら23の許可を受けて転載されています。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図5:リコール精度の変化(遅延リコールマイナス即時リコール)は、習慣的なナッパー(週に5~7回昼寝をした人)と非習慣的なナッパー(週に0~2回の昼寝をした人)の昼寝(灰色のバー)と覚醒(白いバー)間隔を横切る。誤差余数は±1 SEを表します。この図は、クルドジエルら23の許可を受けて転載されています。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
PSGは、睡眠生理学と昼寝依存の記憶の統合の間の習慣的および非習慣的な昼寝の子供の間の関係を調べるために使用されました。即時リコール精度と睡眠スピンドル密度との間には有意な負の相関があった。子どもが即時リコールで行う方が良いほど、nREM2睡眠中に表示される睡眠スピンドルが少なくなります(図6A)。これは、睡眠スピンドルとIQ35の間の負の相関関係を報告する以前の研究と一致しています.重要なことに、nREM2(図6B)中のリコール昼寝と睡眠スピンドル密度の変化との間に正の相関があった。しかし、睡眠生理学の他の尺度(すなわち、スピンドル振幅、スピンドル周波数など)は、メモリ性能に関連するものではない。
図6:睡眠スピンドル密度(非REMステージ2睡眠の1分あたりのスピンドル)と(A)即時リコール精度および(B)即時から遅延リコールフェーズへのリコール精度の変化。この図は、クルドジエルら23の許可を受けて転載されています。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
要するに、これらの結果は、昼寝が、特に習慣的なナッパーにおいて、メモリの統合の改善に関連していることを示している。メモリパフォーマンスの昼寝関連の改善は、幼児期にPSGによって評価された睡眠生理学に関連しています。したがって、PSGは、幼児期の睡眠と記憶の統合の関係の根には、メカニズムを理解するための重要な方法です。これらの結果は、子どもの長期記憶の統合に昼寝が重要であることを示唆している。
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Discussion
この記事では、幼児期の昼寝中の宣言型メモリの睡眠依存的な統合を調査する方法について説明します。方法には、昼寝と覚醒状態全体のメモリの行動評価、睡眠サイクルを評価するアクティグラフィーと親レポート、睡眠アーキテクチャを評価するPSGが含まれます。このユニークな組み合わせは、メモリを評価し、睡眠サイクルを特徴付け、メモリ上の睡眠の利点の基礎となる神経機構を調べるのに重要です。代表的な結果は、学習と記憶が昼間の睡眠に依存していることを示しています, 特に習慣的なナッパーのために.具体的には、習慣的なナッパーは、目を覚ますと比較して昼寝から大きな利益を示した(すなわち、昼寝の利益スコア)。さらに、すべての小児において、昼寝期間全体のより良い保持(すなわち、昼寝変化スコア)は、nREM2中に記録された睡眠紡錘に関連していた。昼寝の上のより大きな保持は、より多くの睡眠スピンドルに関連付けられていました。記述された方法の組み合わせは、メモリに対する睡眠の影響の完全な特徴付けのために重要であるが、おそらくこの方法の最も重要な側面は、PSGを使用して、この効果に関連する基礎となる神経機構の同定である。現在、PSGは睡眠段階の測定を通じて睡眠の質の特徴付けを可能にする唯一の方法論的な用具である。したがって、記憶の統合などの睡眠依存的な効果の基礎となる神経生物学的メカニズムに関する洞察を可能にする唯一の方法です。
PSGの主な利点は、それが非侵襲的であり、睡眠段階nREM 1−3およびレムを含む4つの睡眠段階の特徴付けを可能にするという事実である。PSGを取得する上で最も重要なステップは、この利点を実現するために、低インピーダンスとその後の高品質のデータを達成するために、アプリケーションの前に電極サイトを徹底的にクリーニングすることです。もう一つの利点は、PSGは、幼い子供でも、ポータブルで管理が容易である。さらに、この技術は、解像度を高めるために変更することができる。7つのEEG電極の低密度モンタージュについて説明するが、睡眠紡錘などの睡眠関連活動の地形分布を調べるために特殊なキャップを用いた高密度EEGモンタージュも用いられる。これは、地形が発達的に変化する場合に役立ちます14;しかし、これらのシステムは歩行ではなく、あまり快適ではありません。最後に、昼間の睡眠中にPSGを記録する方法を説明しますが、同じ方法を一晩で適用して、一晩の睡眠を含む他の期間の睡眠を調べることができます。また、睡眠障害(すなわち、心電図、呼吸、パルスオックスを含む)を評価するために臨床使用のために改変することができる。PSG中に得られたデータが、宣言型メモリ(すなわち、空間記憶)の睡眠依存的な統合にどのように関連するかを説明する。しかし、他のタイプのメモリ(例えば、手続き型記憶、感情記憶、言語など)および睡眠成分との関係も調べることができる23、28、25、36、37、38.
PSGの主な制限は、電極を適用するのにかかる時間です。子供では、彼らは退屈と限られた注意を持つ傾向があるので、これは特に重要なことができます。これらの効果は、投与中に被験者に気晴らしを与えることによって軽減することができます(例えば、おもちゃ、書籍、ビデオ)。さらに、PSGは通常、1回の睡眠試合中にアクティビティを記録します。しかし、それは自己報告や行動学と組み合わせて、より長い期間(例えば、数週間または数ヶ月)にわたって睡眠量や睡眠覚醒サイクルに関する洞察を得ることができます。最後に、PSGは不快になり、時には睡眠を妨げる可能性があります。このため、適応睡眠の試合を考慮することができることに注意してください。これは、参加者に課せられた追加の負担と、研究への募集に対する課題と比較検討する必要があります。
PSGは睡眠依存作用の根底にある神経生物学的メカニズムを調べる上で重要であるが、記載されたプロトコルの他のすべての側面の適切な投与(すなわち、昼寝および覚醒状態における記憶の行動評価、活性学)睡眠サイクルの親レポート)は、その可能性を最大限に引き出す上で最も重要です。昼寝とスリープ解除の促進条件を管理する上で最も重要な手順は、即時および遅延リコールの間の時間が条件間で同じであり、スリープ解除促進条件中に干渉が最小限に抑えられるようにすることです。前者は、各参加者の各セッションの明確なプロトコルと適切な時間の文書化を遵守することによって達成することができます。後者は、覚醒状態中に子供の活動を監視し、必要な場合にのみ、干渉する可能性が最も低いアクティビティ(例えば、宣言的メモリを回避する仮想空間メモリタスク)を提供することによって達成することができます。書籍や口頭資料などの宣言的なシステムに従事する活動)。
結論として、PSGは睡眠の質のゴールドスタンダード評価です。これは、より良い睡眠機能を理解するために有用でありることができる高時間分解能で睡眠の客観的、定量的な測定を可能にします。他のツール(例えば、記憶の行動評価、行動学、睡眠の親レポート)と組み合わせると、睡眠が幼児の健康的な認知発達にどのように寄与するかに関する重要で興味深い知見が得られ得る。
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Disclosures
著者は何も開示していない。
Acknowledgments
著者らは、メリーランド大学の神経認知発達研究所、カレッジパーク、マサチューセッツ大学のソムニューロ研究所に感謝したいと思います。資金は、NIH(HD094758)とNSF(BCS 1749280)からTRおよびRSに提供されました。代表的な結果はNIH HL111695によって資金提供された。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Actiwatch Spectrum Plus Starter Kit | Philips Respironics | 1109516 | Includes: Actiwatch Spectrum Plus Device, Actiware Software License, and manual |
| Actiware software | Philips Respironics | 1114828 | Alternatives may be available. |
| Brain Analyzer | Brain Products | BV-BP-170-1000 | Alternatives may be available. |
| Dell Latitude 5580 Laptop | Dell | X5580T [210-AKJR] | Laptop for running MatLab, Actiware, and RemLogic as well as storing/uploading data |
| EC2 cream | Grass | 12643 | Possible alternatives include Ten20 paste and Lic2 electride cream |
| Embla REMLogic software | Natus Medical Inc. | 21475 | Alternatives may be available. |
| Embletta MPR PG Sys - XR - US | Natus Medical Inc. | 12077 | Embletta system for PSG recordings |
| Embletta MPR ST + Proxy Kit | Natus Medical Inc. | 12696 | Attachment to Embletta to record PSG sensors |
| Nuprep cleaning solution | Natus Medical Inc. | 12643 | Possible alternatives may be available. |
| Sleep Supplies Starter Kit for Embletta MPR ST/ST + Proxy | Natus Medical Inc. | 12643 | Started kit for sleeping including guaze, EC2 cream, NuPrep cleaning solution, cotton swabs and more. |
References
- 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).
- 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).
- Rasch, B., Born, J. About sleep's role in memory. Physiological Reviews. 93, 681-766 (2013).
- 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).
- 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).
- Sonni, A., Spencer, R. M. C. Sleep protects memories from interference in older adults. Neurobiology of Aging. 36 (7), 2272-2281 (2015).
- Marshall, L., Helgadóttir, H., Mölle, M., Born, J. Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory. Nature. 444 (7119), 610-613 (2006).
- Baran, B., Wilson, J., Spencer, R. M. C. REM-dependent repair of competitive memory suppression. Experimental Brain Research. 203 (2), 471-477 (2010).
- Diekelmann, S., Born, J. The memory function of sleep. Nature Reviews Neuroscience. 11 (2), 114-126 (2010).
- Stickgold, R. Sleep dependent memory consolidation. Nature. 437 (27), 1272-1278 (2005).
- Dudai, Y., Karni, A., Born, J. The consolidation and transformation of memory. Neuron. 88 (1), 20-32 (2010).
- Feld, G. B., Born, J. Sculpting memory during sleep: concurrent consolidation and forgetting. Current Opinion in Neurobiology. 44, 20-27 (2017).
- 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).
- 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).
- Oudiette, D., Paller, K. A. Upgrading the sleeping brain with targeted memory reactivation. Trends in Cognitive Sciences. 17 (3), 142-149 (2013).
- 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).
- Antony, J. W., Schapiro, A. C. Active and effective replay: systems consolidation reconsidered again. Nature Reviews Neuroscience. , (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Maldonado, C. C., Bentley, A. J., Mitchell, D. A pictorial sleepiness scale based on cartoon faces. Sleep. 27 (3), 541-548 (2004).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Geiger, A., et al. The sleep EEG as a marker of intellectual ability in school age children. Sleep. 34 (2), 181-189 (2011).
- 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).
- Gómez, R. L., Bootzin, R. R., Nadel, L. Naps promote abstraction in language-learning infants. Psychological Science. 17 (8), 670-674 (2006).
- 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).
