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Neuroscience

Medição de mecanismos neurais subjacentes à consolidação da memória dependente do sono durante cochilos na primeira infância

Published: October 2, 2019 doi: 10.3791/60200
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 2, 2,3
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

Summary

Este protocolo descreve os métodos usados para examinar mecanismos neurais subjacentes à consolidação da memória dependente do sono durante cochilos na primeira infância. Inclui procedimentos para examinar o efeito do sono no desempenho da memória comportamental, bem como a aplicação e gravação de polissonografia e actigrafia.

Abstract

O sono é crítico para o funcionamento diário. Uma função importante do sono é a consolidação das memórias, um processo que os torna mais fortes e menos vulneráveis à interferência. Os mecanismos neurais subjacentes ao benefício do sono para a memória podem ser investigados usando a polissonografia (PSG). PSG é uma combinação de gravações fisiológicas, incluindo sinais do cérebro (EEG), olhos (EOG), e músculos (EMG) que são usados para classificar os estágios do sono. Neste protocolo, descrevemos como o PSG pode ser usado em conjunto com avaliações de memória comportamental, actigrafia e relatório pai para examinar a consolidação de memória dependente do sono. O foco deste protocolo é na primeira infância, um período de significância como a transição das crianças do sono bifálico (consistindo de um cochilo e sono noturno) para o sono monofásico (sono noturno apenas). Os efeitos do sono no desempenho da memória são medidos usando uma avaliação de memória visuoespacial em períodos de sono e descanso de vigília. Uma combinação de actigrafia e de relatório do pai é usada para avaliar ritmos do sono (isto é, caracterizando crianças como Nappers habituais ou não-habituais). Finalmente, o PSG é utilizado para caracterizar as fases do sono e as qualidades desses estágios (tais como frequências e a presença de fusos) durante cochilos. A vantagem de usar o PSG é que é a única ferramenta atualmente disponível para avaliar a qualidade do sono e a arquitetura do sono, apontando para o Estado cerebral relevante que suporta a consolidação da memória. As principais limitações do PSG são o período de tempo que leva para preparar a montagem de gravação e que as gravações são normalmente tomadas sobre um sono comprado. Essas limitações podem ser superadas envolvendo jovens participantes em tarefas de distracção durante a aplicação e combinando PSG com actigrafia e auto/pai-relatório de medidas para caracterizar os ciclos de sono. Juntos, essa combinação única de métodos permite investigações sobre como os cochilos apoiam a aprendizagem em crianças pré-escolares.

Introduction

Dada a prevalência do sono em nossa rotina diária, é importante entender sua função. Os estudos com este objetivo exigem a medida precisa do sono. A polissonografia (PSG) é a medida padrão-ouro do sono. PSG permite a medida objetiva, quantitativa do sono com definição temporal elevada e pode ser útil para a pesquisa e finalidades clínicas. PSG é uma combinação de gravações fisiológicas. No mínimo, uma montagem do PSG inclui as seguintes medidas: electroencefalografia (EEG), eletroculografia (EOG), e eletromiografia (EMG). Essas medidas avaliam os potenciais elétricos do cérebro, dos olhos e dos músculos, respectivamente, e permitem a classificação dos estágios do sono (ver Figura 1). Outras medidas, como eletrocardiografia (ECG), respiração e oximetria de pulso podem ser incluídas para identificar a presença de sono desordenado.

Figure 1
Figura 1: exemplo de colocação do eletrodo e descrição da atividade registrada via PSG. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

PSG permite que o sono seja caracterizado em quatro estágios distintos do sono: não-rápido movimento ocular (não-REM) estágio 1 (nREM1; 4 − 7 Hz), não-REM estágio 2 (nREM2; 12 − 15 Hz), e não-REM estágio 3 (mais comumente conhecido como sono de onda lenta [SWS]; 0.5 − 4 Hz), e movimento de olho rápido (REM dormir. nREM1 marca o início do sono, e é identificado com base no tônus muscular reduzido nas oscilações do EMG recodificação e da amplitude mista EEG em relação ao alfa observado na vigília de repouso. Isto é seguido por nREM2, que pode ser distinguido pela presença de fusos do sono (rajadas curtas da atividade da freqüência do Sigma; 11 − 16 hertz) e K-complexos (únicas lento-ondas que se destacam da atividade circunvizinha) no EEG. SWS caracteriza-se por oscilações de alta amplitude EEG distintas de frequência lenta. O sono REM caracteriza-se pela rápida atividade cerebral oscilatória de baixa amplitude muito semelhante àquela observada durante a vigília. Entretanto, o que distingue o sono do rem da vigília é que é caracterizado igualmente por movimentos de olho rápidos fásica (daqui o REM do moniker) e atonia do músculo. Ao longo de uma luta de sono, estágios do sono são experientes ciclicamente, a uma taxa de cerca de 90 min/ciclo.

O sono também segue o ritmo circadiano, com crises de sono ocorrendo em ciclos de 24 h. Tempo de sono e consistência podem influenciar a função do sono e também são importantes para avaliar. Embora o PSG seja necessário para caracterizar estágios do sono, é demorado aplicar-se e conseqüentemente não ideal para avaliar ataques múltiplos do sono (por exemplo, noites múltiplas do sono, cochilos e sono da noite). Para isso, a actigrafia é benéfica. Actigraphy usa um acelerômetro tri-axial, tipicamente no pulso, para estimar o sono baseado na ausência de movimento. Embora a actigrafia não possa ser usada para caracterizar estágios do sono, mostrou ser confiável em detectar o início do sono e o início da vigília (incluindo a fragmentação do sono ou a vigília após o início do sono) em uma escala das populações dos infantes1 aos adultos mais velhos2 . Tanto o PSG quanto a actigrafia são métodos preferidos sobre as medidas de auto/pai-relatório. Auto/pais-relatório de medidas são fáceis de administrar e relativamente barato, no entanto, eles também estão sujeitos a viés e não-conformidade. Finalmente, vale a pena notar que esses métodos podem ser usados em combinação para capitalizar sobre os pontos fortes de cada um. Por exemplo, o PSG pode ser combinado com actigrafia e/ou self/pai-relatório para obter a qualidade do sono da noite assim como a verificação de quantidades do sono ou ciclos do sono-vigília, especial sobre durações longas (por exemplo, semanas ou meses).

Uma função de sono que tem ganhou interesse particular é a consolidação da memória dependente do sono, o processamento de memórias que os deixa mais fortes e menos vulneráveis à interferência3. Embora a consolidação da memória pode ter lugar durante a vigília em crianças4 e adultos5, há evidências substanciais de que a consolidação é reforçada durante o sono. Pesquisas passadas forneceram exemplos comportamentais de consolidação da memória dependente do sono, comparando alterações no desempenho da memória após um intervalo de sono (por exemplo, 8 PM − 8 AM) a alterações após um intervalo equivalente gasto acordado (por exemplo, 8 am − 8 PM). Em adultos, as memórias são protegidas6 ou mesmo reforçada7 após um intervalo de sono, enquanto as memórias normalmente decadência sobre um intervalo equivalente de vigília. Os controles têm sido empregados que dissociam as alterações de desempenho das influências circadianas8,9,10. Por exemplo, benefícios semelhantes de sono são observados ao comparar o desempenho em um cochilo de meio dia para um período de vigília equivalente de meio dia9.

Embora o sono foi pensado uma vez para refletir um processo passivo, simplesmente protegendo memórias de decadência ou interferência, teorias modernas sugerem que o sono desempenha um papel mais ativo e realmente promove a memóriaatravés de reativações11,12 ,13. A sustentação para esta vem das correlações observadas entre medidas comportáveis da consolidação da memória sobre o sono (mudança na recordação da memória após o sono comparado a antes do sono) e aspectos específicos da fisiologia do sono. Para muitas tarefas de memória declarativa, a consolidação da memória está associada a aspectos do sono não-REM, especificamente medidas de SWS ou fusos de sono encontrados em nREM2 e SWS. Se o papel do sono era a proteção passiva da interferência, tal correlação não seria esperada; rather uma correlação entre o tempo adormecido (não obstante a fase do sono) e o desempenho seriam esperados, porque mais tempo adormecido forneceria mais proteção da interferência14.

O suporte adicional para a função ativa do SWS na consolidação da memória é evidente em estudos de reativação de memória direcionada. Nestes estudos, uma memória é aprendida no contexto de uma sugestão perceptivo, por exemplo um odor, e a recordação da memória é maior depois do sono se o CUE é reapresentado durante o sono, SWS no detalhe15. Embora o mecanismo subjacente seja debatido16,17, uma teoria proeminente, teoria da consolidação de sistemas, sustenta que as memórias codificadas no hipocampo são estabilizaram no córtice embora diálogo hippocampal-neocortical. Especificamente, ondas lentas corticais e fusos de sono, ocorrendo em conjunto com ondinhas hipocampais associadas à reativação da memória, suportam a transferência de memória3.

O papel do sono na consolidação da memória durante o desenvolvimento é menos claro. A primeira infância é um período de particular interesse como as crianças começam a transição de um bifásica (consistindo de um cochilo no meio do dia e uma luta de sono noturno) para um padrão de sono monofásico. Pesquisas recentes sugerem que essa transição pode refletir a maturação cerebral18. Este argumento é consistente com os dados empíricos que mostram mudanças desenvolventes no sono da noite (isto é, topografia da atividade de onda lenta) espelha aquele da maturação cortical19.

Embora existam várias manifestações comportamentais de consolidação dependente do sono durante a noite em crianças20,21 e lactentes22, pesquisas sobre os fundamentos neurais da consolidação da memória com sono no meio do dia são apenas começando a ser investigado. No trabalho inovador examinando o papel de cochilos no meio do dia na memória em crianças pré-escolares, cochilos foram mostrados para proteger memórias de informações recentemente aprendidas, enquanto a memória foi reduzida (por ~ 12%) Quando as crianças permaneceram acordadas durante o intervalo de cochilo23. Este "benefício da sesta" era o mais grande nas crianças que napped habitualmente (isto é, 5 ou mais vezes por a semana como medido com actigraphy) não obstante sua idade. Ao gravar PSG durante o cochilo, a alteração no desempenho da memória em todo o período de NAP foi encontrada especificamente associada à densidade do fuso do sono (o número de fusos de sono por minuto de nREM), sugerindo que a qualidade da sesta (não quantidade) foi um fator crítico na promover a retenção de memória (ver a secção de resultados representativos).

Este estudo destaca o significado do PSG em explorar as relações entre sono e memória durante o desenvolvimento. Aponta para a importância de caracterizar o sono macro-(estágios do sono) e micro-(qualidades desses estágios, tais como frequências e a presença de eixos) estruturas durante cochilos para consolidação da memória. Destaca também a importância da avaliação dos ritmos do sono (caracterizando crianças como Nappers habituais ou não habituais). Embora o nosso trabalho caracterizou a função de cochilos na aprendizagem visuoespacial (e mais recentemente emocional24 e processual25 aprendizagem), muitas questões permanecem. Por exemplo, será importante examinar outras tarefas de memória declarativa para avaliar a generalização desses achados e avaliar as tarefas usadas em salas de aula pré-escolares para compreender parâmetros específicos (por exemplo, quantidade de benefício de NAP em relação à aprendizagem) para tarefas ecologicamente válidas. Trabalhos adicionais também serão necessários para entender quando o Wake é suficiente para a consolidação da memória. Assim, nosso objetivo é desmistificar o processo de medição do sono e da consolidação da memória dependente do sono em crianças. Nós fornecemos dicas práticas para examinar o benefício de uma soneca da tarde na memória declarativa em tipicamente desenvolvendo pré-escolares (aproximadamente 3 a 4 anos de idade) usando uma tarefa de memória visuoespacial computadorizada, bem como métodos para avaliar a habitualidade da sesta usando a fisiologia da actigrafia, do pai-relatório, e da sesta usando PSG. Embora estes métodos fossem desenvolvidos para crianças da idade pré-escolar que cochilam com freqüência variando, estes métodos podiam ser adaptados a toda a faixa etária.

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Protocol

Antes de iniciar qualquer procedimento de pesquisa, o consentimento por escrito deve ser obtido do pai e o consentimento verbal deve ser obtido da criança para todos os procedimentos de estudo.

Observação: consulte a Figura 2 para obter uma visão geral dos procedimentos.

Figure 2
Figura 2: visão geral do protocolo. Cada quadrado representa um dia. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

1. condição da promoção da sesta

  1. Assegure-se de que a condição de promoção de NAP seja contrabalançada com a condição de promoção de ativação nos participantes conforme discutido abaixo.
  2. Programe a condição de promoção de NAP para começar aproximadamente uma hora antes do período de NAP típico da criança para permitir tempo para aplicar o PSG e para conduzir a tarefa de memória visuoespacial. Assegure-se de que o tempo entre a recordação imediata e atrasada seja o mesmo entre a promoção da vigília e as condições da promoção da sesta.
  3. Explique os procedimentos para esta sessão para crianças e pais usando materiais apropriados para a idade.
    Nota: os materiais apropriados para a idade incluem livros de história ou vídeos curtos de outra criança submetidos aos mesmos procedimentos.
  4. Aplique o equipamento de polissonografia (ver secção 3).
  5. Conduza a codificação e a avaliação imediata da memória para a tarefa visuoespacial da memória (veja a seção 4).
  6. Tenha a criança usar o banheiro e, em seguida, iniciar a rotina de pré-cochilo típica da criança.
    1. Permitir que o pai/cuidador para colocar a criança a dormir como eles costumam. Interferir tão pouco quanto possível porque a maioria das crianças adormecer mais rápido quando fornecido com a sua rotina normal.
    2. Permita que a criança cochile utilizando sua localização típica de NAP.
    3. Utilize técnicas da promoção da sesta, mas somente quando necessário porque estes provaram menos bem sucedido no repouso se desviam demasiado longe da rotina normal da criança.
      Nota: técnicas de promoção de NAP incluem o uso de um cobertor ponderado, esfregando as costas do participante, envolvendo a criança em um cobertor (semelhante ao swaddling), relaxamento muscular progressivo, e tocando música calmante.
  7. Assegure-se de que a quantidade de tempo que a criança dorme na condição de promoção de NAP corresponda à quantidade de tempo que eles jogam na condição de promoção de ativação.
    Observação: se a condição de promoção de NAP for a primeira, permita que a criança acorde naturalmente e use essa duração para definir a duração da sessão acordada. Se a condição de promoção de ativação for a primeira, use essa duração para determinar o comprimento da NAP. Se a sesta exceder este tempo, acorde a criança o mais naturalmente possível abrindo a porta, andando ao redor fora do quarto, e gradualmente falando mais alto.
  8. Conduza a avaliação atrasada da recordação para a tarefa visuoespacial da memória, aproximadamente 15 − 30 minutos depois que a criança acorda para evitar a inércia do sono.
  9. Colete a avaliação da criança e do experimentador para a escala visual do sleepiness (VSS)26 e a escala visual do modo (VMS)27.
  10. Retire os eléctrodos PSG.

2. acordar condição de promoção

  1. Assegure-se de que a condição de promoção da vigília seja contrabalançada com a condição de promoção de NAP discutida acima.
  2. Programe a condição de promoção de ativação para começar aproximadamente uma hora antes do período de NAP típico da criança para equipar a hora do dia em todas as condições. Assegure-se de que o tempo entre a recordação imediata e atrasada seja aproximado o mesmo entre a promoção da vigília e as condições da promoção da sesta.
  3. Explique os procedimentos para esta sessão para crianças e pais usando materiais apropriados para a idade.
  4. Aplique os elétrodos de PSG (veja a seção 3) a fim igualar as condições da promoção da vigília e da sesta.
    Nota: embora o sono não seja esperado, isso equivale a condições e pode ser usado para verificar a ausência de sono em caso de dúvida.
  5. Conduza a codificação e a avaliação imediata da memória para a tarefa visuoespacial da memória (veja a seção 4).
  6. Faça com que a criança use o banheiro e, em seguida, prossiga para o local que eles normalmente cochilam.
    1. Não permita que a criança cochile, em vez disso, peça à criança que brinque tranquilamente com brinquedos não estimulantes no mesmo local que o seu cochilo típico.
      Nota: os brinquedos não estimulantes aceitáveis incluem brinquedos sensorimotor pequenos tais como varas da cera e tijolos plásticos de bloqueio idade-apropriados.
    2. Peça à criança que jogue por seu comprimento de cochilo típico ou pelo tempo em que dormiu durante a condição de promoção de NAP (consulte a etapa 1,7 para obter informações adicionais).
    3. Grave qualquer atividade incomum, como falar, sair da sala, e brincar com brinquedos que não são fornecidos.
  7. Assegure-se de que a quantidade de tempo que a criança dorme na condição de promoção de NAP corresponda à quantidade de tempo que eles jogam na condição de promoção de ativação.
  8. Conduza a avaliação atrasada da recordação para a tarefa visuoespacial da memória, aproximadamente 15 − 30 minutos depois que a criança é jogo terminado a fim manter o tempo de atraso similar entre circunstâncias.
  9. Colete a avaliação da criança e do experimentador para VSS26 e VMs27.
  10. Retire os eléctrodos PSG.

3. polissonografia (PSG)

  1. Preparação
    1. Facilite a aplicação do elétrodo de PSG tendo a criança acoplar em uma atividade quieta tal como a leitura de um livro, jogando com playdough, comendo um petisco se estão com fome, ou prestando atenção a um filme curto.
      Nota: se for utilizado um filme, assegure-se de que o filme é apropriado para a idade, mas não provoca a desarrumação na criança (por exemplo, filmes animados ou espectáculos populares para crianças).
    2. A acessibilidade a um pai ou tutor não é necessária. No entanto, para crianças tímidas e tentativas garantir que os cuidadores confiáveis estão disponíveis.
      Nota: para um pequeno número de crianças, os pais e guardiões podem estar distraindo em vez de útil. Se este for o caso, pergunte ao pai se eles estariam dispostos a sair da visão da criança.
  2. Colete medições de cabeça.
    1. Use uma medida de fita flexível e um marcador da porcelana para marcar posições para a aplicação subseqüente do elétrodo.
    2. Meça a distância do inion ao násio e coloc uma marca no ponto de meio caminho. Meça a distância do entalhe preauricular em uma orelha ao entalhe preauricular na outra orelha e coloc uma outra marca no ponto de meio caminho. A interseção dessas duas marcas é o ponto de referência (CZ).
    3. Meça 10% do inion à distância do násio acima do inion. Em seguida, medir 10% do entalhe pré-auricular para medição de entalhe pré-auricular a partir deste ponto em ambos os lados. Faça duas marcas, uma de cada lado (O3 e O4).
    4. Meça 20% do entalhe pré-auricular à medida preauricular do entalhe do ponto de referência em um ou outro lado da cabeça. Faça duas marcas, uma em cada lado (C3 e C4).
    5. Medida 20% do inion à distância do násio acima do ponto de referência. Em seguida, medir 20% do entalhe pré-auricular para medição de entalhe pré-auricular a partir deste ponto em ambos os lados. Faça duas marcas, uma em cada lado (F3 e F4).
  3. Prepare um eletrodo de cada vez para a colocação.
    1. Limpe cada local do eletrodo usando uma compressa de álcool. Esfoliar com um gel ligeiramente abrasivo e, em seguida, retire qualquer material de limpeza residual.
    2. Encha cada elétrodo usando o creme do elétrodo.
      1. Para eletrodos colocados onde o cabelo está presente, aplique uma gota adicional de creme de eletrodo para um quadrado de gaze e colocá-lo na parte de trás do eletrodo.
      2. Para eletrodos colocados no rosto, use fita médica para aderir o eletrodo para a pele.
  4. Coloc um elétrodo em cada local correspondente de EEG, de EOG, e de EMG.
    1. Coloque um eletrodo em cada local marcado no couro cabeludo (CZ, O3, O4, C3, C4, F3 e F4).
    2. Coloque um eletrodo em cada mastoide (pequeno processo ósseo atrás da orelha) e um no centro da testa.
    3. Coloque um eletrodo EOG adjacente a cada olho. Coloc um destes elétrodos ligeiramente superior à parte externa do olho direito (denominado ROC) e um à parte externa e ligeiramente inferior ao olho esquerdo (denominado LOC).
    4. Coloc dois elétrodos do EMG em torno da área do queixo. Coloque um eletrodo na bochecha direita logo acima da linha de sorriso. Coloque o outro no lado esquerdo logo acima, onde o queixo encontra o pescoço, adjacente ao esôfago. Encontrar o segundo local, tendo o participante dizer a palavra "leite" em voz alta, enquanto sentindo para o local onde as contrações musculares no pescoço e queixo são máximos.
  5. Prenda os eléctrodos ao dispositivo de gravação e inicie a gravação.
  6. Gravar leituras de impedância para todos os eletrodos. Assegure que todos os eletrodos passem no teste de impedância.
    Observação: alguns dispositivos podem observar um ' Pass ' ou ' fail ', enquanto outros dispositivos podem fornecer valores numéricos. Neste último, as impedâncias com menos de 25 kΩ são aceitáveis. Se uma impedância falhar ou for demasiado elevada, retire e substitua as pilhas. Se isso não alterar o problema, reaplique esse eletrodo.
  7. Na conclusão de cada condição, retire os eléctrodos PSG.
    1. Para os eletrodos aplicados no cabelo, mergulhe a localização do eletrodo com um spray à base de água. Deixe o spray para sentar-se por cerca de um minuto, em seguida, retire o eletrodo.
      Nota: detangling spray de cabelo é altamente eficaz para a finalidade de remoção de eletrodos de cabelo.
    2. Para eletrodos aplicados com fita, tipicamente no rosto e mastoides, use uma almofada de algodão com óleo de bebê aplicado a ele para saturar a fita. Quando a fita está completamente coberta de óleo de bebê, puxe suavemente a fita para cima dos cantos.

4. tarefa de memória visuospatial

  1. Administrar nove estímulos a serem lembrados dispostos em uma matriz de 3 x 3 para crianças menores de 44 meses de idade. Administrar os 12 estímulos a-ser-lembrados dispostos em uma matriz de 3 x 4 a crianças com mais de 44 meses de idade.
    Observação: se uma criança atribuída à matriz de 12 itens for muito desafiada, a matriz de 9 itens pode ser usada. Da mesma forma, se for evidente que a matriz de 9 itens é muito fácil, a matriz de 12 itens pode ser usada para evitar efeitos de teto. Isso se justifica porque a precisão dentro do assunto é da variável de interesse e não pontuações brutas. Os estímulos são tipicamente desenhos animados-como retratos de imagens comuns (por exemplo, urso, carro, tesouras) arranjados em uma matriz e apresentados em uma tela do portátil. Há dois conjuntos de estímulos. Isso permite que a tarefa seja contrabalançada entre as duas condições (ou seja, a promoção de NAP versus Wake) para que as crianças não recebam as mesmas imagens em ambas as condições.
  2. Administre a tarefa em três fases: codificação, recordação imediata e recordação atrasada. Para cada fase, permitir que a criança responda a cada pergunta no seu próprio ritmo.
    Nota: durações típicas são: 6 min para a fase de codificação, 2 min para a fase de recordação imediata, e 2 min para a fase de recordação tardia.
    1. Na fase de codificação, direcionar a criança para identificar cada imagem pelo nome e, em seguida, instrua a criança a lembrar sua localização de cada item na grade. Após a codificação, os cartões são substituídos por imagens ' em branco ' e a criança deve então localizar a posição de cada imagem até atingir uma pontuação de codificação ≥ 75%.
      Nota: um limiar de 75% foi escolhido com base em estudos em adultos jovens28,29,30 e reflete um ponto quando a aprendizagem é claramente alcançada, mas não no teto.
      1. Durante este bloco, os participantes recebem feedback visual da tarefa após cada resposta. Depois que o filho seleciona um local de imagem, revelar a imagem associada, informando a criança se esse era o local correto ou incorreto.
      2. Forneça feedback verbal sobre o desempenho para motivar a criança, mas assegure-se de que a quantidade de feedback seja consistente em ambas as condições. Quando a criança consegue localizar uma linguagem de uso de imagem como "ótimo trabalho, você tem que um!" Quando uma criança falha usar linguagem que destaca o esforço da criança (por exemplo, "Whoops! Não muito, mas boa tentativa! Vamos ver se você pode obter o próximo. ").
      3. Forneça as crianças que são atribuídas à matriz de 12 itens que não pode passar a codificação após 4 rodadas com uma oportunidade de esticar, fazer saltos Jacks, e mover-se por cerca de 5 min. Se a criança ainda não puder passar a codificação após 2 rodadas adicionais, reinicie a codificação com a matriz de 9 itens.
      4. Forneça as crianças atribuídas à matriz de 9 itens que recebem uma pontuação de codificação de 100% na primeira rodada com a tarefa de codificação para a matriz de 12 itens. Se eles não passam por todas as etapas necessárias para cair de volta para a matriz de 9 itens, use a matriz de 12 itens para as duas fases a seguir.
    2. Durante a fase de recordação imediata, apresente as imagens novamente, uma de cada vez, e peça à criança que se lembre do local correspondente. Não forneça o gabarito Visual ou verbal, e sonhe somente cada artigo uma vez. No entanto, fornecer feedback sobre o esforço (ou seja, "bom trabalho dando o seu melhor esforço").
    3. Conduza a fase atrasada da recordação imediatamente depois da vigília ou da condição de sono.
      Nota: esta fase é idêntica à fase de recordação imediata.
      1. Às vezes as crianças se tornarão exigente durante a fase atrasada da recordação. Se isso acontecer, seduzem a criança para completar a tarefa com um prêmio ou oferecendo mais tempo para assistir ao filme durante a remoção do PSG. Durante este tempo não permita que a criança brinque com brinquedos ou se envolva em outras tarefas até que a tarefa da memória esteja completa.

Figure 3
Figura 3: exemplos de monitores de tela durante a tarefa de memória visuoespacial. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. actigrafia

  1. Programe o relógio de atividade.
    Nota: o relógio de atividade é amostrado em 32 Hz, com uma sensibilidade de < 0,01 g. A atividade é armazenada em epochs de 15 s.
  2. Forneça a cada participante um relógio de atividade pré-programado e instruções. Diga ao pai que o relógio deve estar sempre desgastado. Realce que é impermeável por isso não há nenhuma razão para remover o dispositivo.
    1. Instrua a criança a usar o relógio em sua mão não dominante continuamente.
    2. Instrua o pai a pressionar o botão no lado da face do relógio toda vez que seu filho tentar dormir e, novamente, quando eles acordarem.
      Nota: Isto gera um marcador de evento nos dados que auxilia com a actigrafia de pontuação.
  3. Forneça o pai com um diário de sono (semelhante a um log ou planilha) no qual eles podem gravar os tempos de sono e assistir a remoção.
    Nota: isto também auxilia com a actigrafia de pontuação.
    1. No diário de sono, peça ao pai para fornecer um log completo de todo o sono para o número de dias que o relógio de atividade será usado, incluindo o tempo que a criança vai para a cama e quando a criança acorda. O pai deve fornecer essas informações para ambos os cochilos e sono regular durante a noite. Além disso, peça ao pai para fornecer informações sobre qualquer momento quando o relógio é removido.

6. análise de dados

  1. Tarefa de memória visuospatial
    1. Calcule a precisão para cada fase de recall como a porcentagem de itens recuperados.
    2. Calcule a mudança na recordação sobre os intervalos da sesta e da vigília como segue.
      1. Calcule a mudança nasesta da recordação subtraindo a exatidão imediata da recordação (antes da sesta) da exatidão atrasada da recordação (após a sesta).
      2. Calcule a mudança navigília da recordação subtraindo a exatidão imediata da recordação (antes da vigília) da exatidão atrasada da recordação (após a vigília).
  2. Psg
    1. Caracterizar os estágios de sono de acordo com os critérios de Pontuação padrão (por exemplo, o manual do AASM para a Pontuação do sono e eventos associados v. 2,5).
    2. Detecte fusos de sono em C3 usando software especializado marcando onsets e deslocamentos do eixo.
    3. Verifique estágios do sono e onsets e deslocamentos do eixo com o segundo investigador treinado. No caso de os pontuações não são concordantes, ter um terceiro artilheiro treinado fazer a decisão de consenso.
    4. Analise a densidade do eixo usando softwares especializados e um código MATLAB em casa com base em estudos anteriores31. Em resumo, filtre os dados de EEG de 0,5 − 35 Hz. considere a tensão máxima entre o início do eixo identificado e desloque a amplitude do eixo de pico. Use uma transformada rápida de Fourier de cada eixo para identificar a frequência espectral de pico entre 9 − 15 Hz24,32.
  3. Actigrafia
    1. Dados de relógio de atividade de Pontuação usando software especializado seguindo protocolos padronizados20.
      Observação: vários dias e noites de dados são necessários para garantir a confiabilidade dos dados. No mínimo, os participantes precisam de pelo menos três dias e três noites de dados de actigrafia (dias e noites não precisam ser consecutivos); no entanto, 5 noites é preferível, especialmente quando esses dados são de interesse primário33.
    2. Use informações do diário de sono e marcadores de eventos (pressionamentos de botão) para verificar o início e o deslocamento do sono.
      Nota: estes dois artigos devem estar dentro de 20 minutos de se a fim marcar o começo e o fim de um intervalo do descanso.
      1. Se um participante está faltando informações do diário do sono, marcadores de eventos, ou o diário e os marcadores de evento não estão dentro de 20 min uns dos outros, determinar o início do sono e offset manualmente32: determinar o início do sono pelos primeiros três minutos de sono contínuo 33 e determinar o deslocamento do sono pelos últimos cinco minutos de sono contínuo34.

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Representative Results

Usando os procedimentos descritos aqui, Kurdziel e colegas23 examinaram a consolidação de memória dependente do sono durante cochilos em crianças pré-escolares. Os resultados mostraram a acurácia da recordação das crianças na tarefa de memória visuoespacial após um cochilo ser melhor do que sua acurácia de Recall após um período semelhante durante o qual permaneceram acordados (i.e., significando um "benefício de cochilo", Figura 4). Além disso, aqueles que passaram o dia anterior na condição de vigília não recuperaram memórias durante a noite de sono. Finalmente, a actigrafia e os pais relataram que as medidas do sono foram usadas para examinar se o benefício da sesta era aparente em Nappers habituais e não habituais. Os achados revelaram que o benefício da sesta foi apenas significativo em crianças que foram regularmente napped (ou seja, Nappers habituais, Figura 5).

Figure 4
Figura 4: a exatidão da recordação na tarefa da memória visuoespacial foi testada imediatamente depois da codificação ("imediata"), seguindo a oportunidade da sesta ("atrasada"), e outra vez o seguinte dia ("24-Hour") através de duas circunstâncias: uma condição da NAP-promovida (cinza (barras brancas). Barras de erro representam ± 1 SE. Esta figura é reimpressa com permissão de Kurdziel et al.23. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: mudança na exatidão da recordação (recordação atrasada menos recordação imediata) através dos intervalos da sesta (barras cinzentas) e da vigília (barras brancas) para gadas habituais (quem fêz exame de cinco a sete cochilos por a semana) e de gadas não habituais (aqueles que tomaram zero a dois cochilos por a semana). Barras de erro representam ± 1 SE. Esta figura é reimpressa com permissão de Kurdziel et al.23. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

O PSG foi usado para examinar as relações entre a fisiologia do sono e a consolidação da memória NAP-dependente em crianças habitualmente e não-habitualmente cochilando. Houve uma correlação negativa significativa entre a exatidão imediata da recordação e a densidade do eixo do sono. Quanto melhor uma criança realizada na recordação imediata, menos fusos de sono que eles exibiam durante o sono nREM2 (Figura 6a). Isto é consistente com os estudos precedentes que relatam uma correlação negativa entre fusos do sono e IQ35. É importante ressaltar que houve correlação positiva entre a alteração na retirada daNAP e a densidade do fuso do sono durante a NREM2 (Figura 6B). No entanto, nenhuma outra medida de fisiologia do sono (i.e., amplitude do eixo, frequência do fuso, etc.) foi relacionada ao desempenho da memória.

Figure 6
Figura 6: densidade do fuso do sono (fusos por minuto de sono não-REM estágio 2) associações com (a) acurácia imediata da recordação e (B) a alteração na exatidão da recordação da fase imediata à recordação atrasada. Esta figura é reimpressa com permissão de Kurdziel et al.23. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Em suma, esses resultados mostram que o cochilo está associado a uma melhor consolidação da memória, especialmente em Nappers habituais. A melhora relacionada à NAP no desempenho da memória está relacionada à fisiologia do sono avaliada pelo PSG na primeira infância. Portanto, o PSG é um método importante para a compreensão dos mecanismos que sustentam as relações entre o sono e a consolidação da memória na primeira infância. Juntos, esses resultados sugerem que os cochilos são críticos para a consolidação da memória de longo prazo em crianças.

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Discussion

Este artigo descreve como investigar a consolidação dependente do sono da memória declarativa durante cochilos na primeira infância. Os métodos incluem avaliação comportamental da memória em condições de NAP e acordadas, actigrafia e relatório pai para avaliar ciclos de sono e PSG para avaliar a arquitetura do sono. Esta combinação única é fundamental para avaliar a memória, caracterizar os ciclos de sono e examinar os mecanismos neurais subjacentes ao benefício do sono na memória. Os resultados representativos indicam que a aprendizagem e a memória foram dependentes do sono no meio do dia, especialmente para os Nappers habituais. Especificamente, os gadas habituais mostraram um benefício maior do cochilando comparado a permanecer acordado (isto é, a contagem do benefício da sesta). Além disso, em todas as crianças, uma melhor retenção em todo o período de cochilo (ou seja, escore de alteração de NAP) foi relacionada aos fusos de sono gravados durante o nREM2; maior retenção sobre o cochilo foi associada a mais fusos de sono. Embora a combinação de métodos descritos seja crítica para a caracterização completa do impacto do sono na memória, talvez o aspecto mais importante desse método seja a identificação de mecanismos neurais subjacentes associados a esse efeito usando o PSG. Atualmente, o PSG é a única ferramenta metodológica que possibilita a caracterização da qualidade do sono por meio da mensuração dos estágios do sono. Assim, é o único método que permite uma visão dos mecanismos neurobiológicos subjacentes aos efeitos dependentes do sono, como a consolidação da memória.

As principais vantagens do PSG incluem o fato de que é não invasiva e permite a caracterização de quatro estágios do sono, incluindo estágios de sono nREM 1 − 3 e REM. O passo mais crítico na aquisição do PSG é limpar cuidadosamente os locais do eletrodo antes da aplicação, a fim de obter baixas impedâncias e dados de alta qualidade subsequentes para realizar essa vantagem. Outra vantagem é que o PSG é portátil e fácil de administrar, mesmo em crianças pequenas. Além disso, a técnica pode ser modificada para aumentar a resolução. Embora nós descrevamos um Montage da baixo-densidade de 7 elétrodos de EEG, umas montagens mais elevadas do EEG da densidade que usam tampões especializados a fim examinar a distribuição topográfico da atividade sono-relacionada tais como fusos do sono podem igualmente ser usadas. Isso pode ser útil como alterações de topografia desenvolvente14; no entanto, estes sistemas não são ambulatórios e podem ser menos confortáveis. Finalmente, embora descrevamos como gravar PSG durante o sono no meio do dia, o mesmo método pode ser aplicado durante a noite para examinar o sono em outros períodos, incluindo o sono noturno. Também pode ser modificada para uso clínico para avaliar distúrbios do sono (i.e., inclusão de ECG, respiração, pulso de boi). Nós descrevemos como os dados obtidos durante PSG podem ser relacionados à consolidação sono-dependente de memórias declarativas (isto é, memória visuoespacial). No entanto, outros tipos de memória (por exemplo, memória processual, memória emocional, linguagem, etc.) e sua relação com os componentes do sono também podem ser examinados23,28,25,36,37 ,38.

A principal limitação do PSG é o tempo que leva para aplicar os eletrodos. Em crianças isso pode ser especialmente importante, pois eles são propensos a tédio e atenção limitada. Esses efeitos podem ser atenuados ao fornecer assuntos com distratores durante a administração (por exemplo, brinquedos, livros, vídeos). Adicionalmente, o PSG registra tipicamente a atividade durante uma luta do sono. No entanto, ele pode ser combinado com autorrelato e/ou actigrafia para obter informações sobre quantidades de sono ou ciclos de vigília-sono em durações mais longas (por exemplo, semanas ou meses). Finalmente, PSG pode ser desconfortável, e perturbar o sono às vezes. Observe que, por esse motivo, uma luta de sono de adaptação pode ser considerada. Isto deve ser ponderado contra a carga adicional colocada sobre o participante e os desafios de recrutamento para o estudo.

Embora o PSG seja crítico para examinar os mecanismos neurobiológicos subjacentes aos efeitos dependentes do sono, a administração adequada de todos os outros aspectos do protocolo descrito (isto é, avaliação comportamental da memória em condições de cochilo e acordado, actigrafia e pai-relatório de ciclos de sono), são fundamentais para a realização de seu pleno potencial. O passo mais crítico para administrar o cochilo e acordar condições de promoção é garantir que o tempo entre a recordação imediata e atrasada é o mesmo entre as condições e que a interferência é minimizada durante a condição de promoção de vigília. O primeiro pode ser conseguido aderindo aos protocolos claros e à documentação apropriada do tempo para cada sessão para cada participante. O último pode ser conseguido através do monitoramento da atividade da criança durante a condição de vigília e fornecendo-lhes, apenas quando necessário, atividades que são menos susceptíveis de interferir (por exemplo, para a tarefa de memória visuoespacial que bate memória declarativa evitando atividades que envolvem sistemas declarativos, como livros ou material verbal).

Em conclusão, o PSG é a avaliação ouro-padrão da qualidade do sono. Permite a medida objetiva, quantitativa do sono com a definição temporal elevada que que pode ser útil compreender melhor a função do sono. Quando emparelhado com outras ferramentas (por exemplo, avaliação comportamental de memória, actigrafia e pai-relatório de sono) pode produzir resultados importantes e interessantes sobre como o sono contribui para o desenvolvimento cognitivo saudável de crianças pequenas.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Os autores gostariam de agradecer ao laboratório de desenvolvimento Neurocognitivo da Universidade de Maryland, College Park e ao laboratório de Somneuro da Universidade de Massachusetts, Amherst para assistência com este projeto. O financiamento foi fornecido pela NIH (HD094758) e NSF (BCS 1749280) para TR e RS. Os resultados representativos foram financiados pela NIH HL111695.

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. 

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Allard, T., Riggins, T., Ewell, A., Weinberg, B., Lokhandwala, S., Spencer, R. M. C. Measuring Neural Mechanisms Underlying Sleep-Dependent Memory Consolidation During Naps in Early Childhood. J. Vis. Exp. (152), e60200, doi:10.3791/60200 (2019).

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