Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Измерение нейронных механизмов, лежащих в основе консолидации сно-зависимой памяти во время naps в раннем детстве

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

Этот протокол описывает методы, используемые для изучения нейронных механизмов, лежащих в основе консолидации памяти, зависящей от сна во время сна в раннем детстве. Она включает в себя процедуры для изучения влияния сна на производительность поведенческой памяти, а также применение и запись как полисомнографии, так и актиграфии.

Abstract

Сон имеет решающее значение для ежедневного функционирования. Одной из важных функций сна является консолидация воспоминаний, процесс, который делает их сильнее и менее уязвимы для вмешательства. Нейронные механизмы, лежащие в основе преимущества сна для памяти, могут быть исследованы с помощью полисомнографии (PSG). PSG представляет собой сочетание физиологических записей, включая сигналы от мозга (ЭЭГ), глаз (EOG) и мышц (EMG), которые используются для классификации стадий сна. В этом протоколе мы описываем, как PSG может быть использован в сочетании с оценкой поведенческой памяти, актиграфией и родительским отчетом для изучения консолидации памяти, зависящей от сна. Основное внимание в этом протоколе уделяется раннему детству, период уваза, как дети переход от двухфазасического сна (состоящий из сна и ночного сна) к монофазатический сон (только ночной сон). Влияние сна на производительность памяти измеряется с помощью visuospatial оценки памяти через периоды сна и бодрствования-отдых. Сочетание актиграфии и родительского отчета используется для оценки ритмов сна (т.е. характеристики детей как привычных или непривычных подгузников). Наконец, PSG используется для характеристики стадии сна и качества этих этапов (таких как частоты и наличие шпиндели) во время нпзди. Преимущество использования PSG является то, что это единственный инструмент в настоящее время доступны для оценки качества сна и сна архитектуры, указывая на соответствующие состояния мозга, который поддерживает консолидацию памяти. Основными ограничениями PSG являются продолжительность времени, необходимого для подготовки монтажа записи, и что записи, как правило, принимаются за один сон купил. Эти ограничения могут быть преодолены путем привлечения молодых участников в отвлекающие задачи во время применения и объединения PSG с актиграфией и самостоятельной / родителей-отчет меры для характеристики циклов сна. Вместе, это уникальное сочетание методов позволяет для исследования того, как НПД поддержки обучения у детей дошкольного возраста.

Introduction

Учитывая распространенность сна в нашей повседневной жизни, важно понимать его функцию. Исследования с этой целью требуют точного измерения сна. Полисомнография (PSG) является золотым стандартом измерения сна. PSG позволяет объективно, количественное измерение сна с высоким временным разрешением и может быть полезным как для научных исследований, так и для клинических целей. PSG представляет собой сочетание физиологических записей. Как минимум, монтаж ПСГ включает в себя следующие меры: электроэнцефалография (ЭЭГ), электроокульография (ЭОГ) и электромиография (ЭМГ). Эти меры оценивают электрические потенциалы мозга, глаз и мышц соответственно и позволяют классифицировали стадии сна (см. рисунок 1). Другие меры, такие как электрокардиография (ЭКГ), дыхание и оксиметрия пульса могут быть включены для выявления наличия неупорядоченного сна.

Figure 1
Рисунок 1: Пример размещения электрода и описание активности, записанной через PSG. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

PSG позволяет сон быть охарактеризованы в четыре различных стадии сна: не-быстрое движение глаз (не-REM) этап 1 (nREM1; 4'7 Гц), не-REM этап 2 (nREM2; 12-15 Гц), и не-REM этап 3 (более известный как медленный сон волны »SWS »; 0,5'4 Гц), и быстрое движение глаз (REM) ) сон. nREM1 отмечает начало сна, и определяется на основе снижения мышечного тонуса в EMG recoding и смешанной амплитуды ЭЭГ колебания по отношению к альфа наблюдается в покоя. За ними следуют nREM2, которые можно отличить по наличию шпинделей сна (короткие всплески частотной активности сигмы; 11–16 Гц) и K-комплексы (одиночные медленные волны, которые выделяются из окружающей активности) в ЭЭГ. SWS характеризуется отчетливыми медленночастотными высокоамплитудными колебаниями ЭЭГ. REM сон характеризуется быстрой низкой амплитуды осцилляторной активности мозга очень похож на наблюдаемый во время после. Однако, что отличает REM сна от после является то, что он также характеризуется понасытых быстрых движений глаз (отсюда и прозвище REM) и мышечной атонии. В течение сна приступ, сон этапы испытываютциклически, со скоростью около 90 мин / цикл.

Сон также следует циркадный ритм, с приступами сна, происходящих в 24-h циклов. Время сна и последовательность могут влиять на функцию сна, а также важно оценить. Хотя PSG необходимо охарактеризовать этапы сна, это отнимает много времени, чтобы применить и, следовательно, не идеально подходит для оценки множественного сна приступы (например, несколько ночей сна, НПД и ночной сон). Для этого активиграфия полезна. Актиграфия использует трехосевой акселерометр, как правило, на запястье, чтобы оценить сон на основе отсутствия движения. Хотя актиграфия не может быть использована для характеристики стадии сна, было показано, чтобы быть надежным при обнаружении начала сна и после начала (в том числе фрагментации сна или после начала сна) в диапазоне популяций от младенцев1 до пожилых людей2 . И PSG, и актиграфия являются предпочтительными методами, чем меры по само/родительскому отчету. Меры само/родительского отчета легко администрируются и относительно недороги, однако они также подвержены предвзятости и несоблюдению. Наконец, стоит отметить, что эти методы могут быть использованы в сочетании, чтобы извлечь выгоду из сильных сторон каждого из них. Например, PSG можно комбинировать с актиграфией и/или само/родительским отчетом, чтобы получить как качество ночного сна, так и проверку количества сна или циклов сна,бодрствования, особенно в течение длительного времени (например, недель или месяцев).

Одна функция сна, который получил особый интерес сна зависит консолидации памяти, обработка воспоминаний, что оставляет их сильнее и менее уязвимы для вмешательства3. Хотя консолидация памяти может иметь место во время пробуждения у детей4 и взрослых5, есть существенные доказательства того, что консолидация усиливается во время сна. Прошлые исследования привносят поведенческие примеры консолидации памяти, зависящей от сна, сравнивая изменения в производительности памяти после интервала сна (например, 8 часов вечера) с изменениями после эквивалентного интервала бодрствования (например, 8 утра 8 вечера). У взрослых, воспоминания защищены6 или даже расширенные7 после интервала сна в то время как воспоминания обычно распадаются в течение эквивалентного интервала после. Были использованы элементы управления, которые отделяют изменения производительности от циркадных влияний8,9,10. Например, аналогичные преимущества сна наблюдаются при сравнении производительности в течение полуденного сна с эквивалентным периодом пробуждения в середине дня9.

Хотя сон когда-то считалось, чтобы отразить пассивный процесс, просто защищая воспоминания от распада или вмешательства, современные теории предполагают, сон играет более активную роль и на самом деле способствует памяти через реактивации11,12 ,13. Поддержка этого исходит от наблюдаемых корреляций между поведенческими показателями консолидации памяти над сном (изменение памяти вспомнить после сна по сравнению с до сна) и конкретные аспекты физиологии сна. Для многих декларативных задач памяти, консолидация памяти связана с аспектами не-REM сна, в частности, меры SWS или сна шпинделей найти в nREM2 и SWS. Если бы роль сна заключалась в пассивной защите от помех, такой корреляции не было бы; скорее корреляция между вовремени спит (независимо от стадии сна) и производительности можно было бы ожидать, так как больше времени спит обеспечит больше защиты от помех14.

Дополнительная поддержка активной роли SWS в консолидации памяти проявляется в исследованиях целенаправленной реактивации памяти. В этих исследованиях, память изучается в контексте перцептивного сигнала, например, запах, и напомнить о памяти больше после сна, если кий повторно представлен во время сна, SWS, в частности15. Хотя основной механизм обсуждается16,17, одна видная теория, теория консолидации систем, утверждает, что воспоминания, закодированные в гиппокампе стабилизируются в коре головного мозга, хотя гиппокампа-неокортикальный диалог. В частности, корковых медленных волн и шпинделей сна, происходящих в сочетании с гиппокампа рябь, связанная с реактивацией памяти, поддержка передачи памяти3.

Роль сна в консолидации памяти во время развития менее ясна. Раннее детство является периодом особого интереса, как дети начинают переход от двухфаза (состоящий из полудневного сна и ночной сон бой) к монофазатической сна. Недавние исследования показывают, что этот переход может отражать созревание мозга18. Этот аргумент согласуется с эмпирическими данными, показывающими изменения в развитии ночного сна (т.е. топография медленной волновой активности) зеркала коркового созревания19.

Хотя Есть несколько поведенческих демонстраций ночь сна-зависимой консолидации у детей20,21 и младенцев22, исследования на нервной основы консолидации памяти с середины дня сна только начинает расследоваться. В новаторской работе изучения роли в середине дня НПД на память у детей дошкольного возраста, НПД были показаны для защиты воспоминаний о недавно узнал информации, в то время как память была сокращена (на 12%) когда дети бодрствовали во время сна интервал23. Эта "нап-выгода" была наибольшей у детей, которые грызли обычно (т.е. 5 или более раз в неделю, как измеряется с актиграфией) независимо от их возраста. Записывая PSG во время сна, изменение производительности памяти в период сна было установлено, что специально связано с плотностью шпинделя сна (количество шпинделей сна в минуту nREM), предполагая, что качество сна (не количество) было критическим фактором в содействие удержанию памяти (см. раздел репрезентативных результатов).

Это исследование подчеркивает значение PSG в изучении отношений между сном и памятью во время развития. Он указывает на важность характеристики сна макро-(стадии сна) и микро- (качества этих этапов, таких как частоты и наличие шпиндели) структур во время нпзди для консолидации памяти. Он также подчеркивает важность оценки ритмов сна (характеризуя детей как привычных или непривычных пеленки). Хотя наша работа характеризует функцию нпзди в visuospatial обучения (и в последнее время эмоциональные24 и процедурных25 обучения), многие вопросы остаются. Например, важно изучить другие задачи декларативной памяти для оценки обобщенности этих выводов и оценить задачи, используемые в дошкольных классах, чтобы понять конкретные параметры (например, количество вздремнуть выгоды по отношению к обучению) для экологически обоснованных задач. Дополнительная работа также будет необходима, чтобы понять, когда после достаточно для консолидации памяти. Таким образом, наша цель состоит в демистификации процесса измерения сна и сна-зависимой консолидации памяти у детей. Мы предоставляем практические советы для изучения преимущества послеобеденного сна на декларативную память у типично развивающихся дошкольников (примерно от 3 до 4 лет) с помощью компьютеризированной задачи visuospatial памяти, а также методы оценки сон привычности с помощью актиграфии, родительского отчета и физиологии сна с использованием PSG. Хотя эти методы были разработаны для детей дошкольного возраста, которые дремлют с различной частотой, эти методы могут быть адаптированы к любой возрастной группе.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

До начала любых исследовательских процедур, письменное согласие должно быть получено от родителя и устное согласие должно быть получено от ребенка для всех процедур исследования.

ПРИМЕЧАНИЕ: См. Рисунок 2 для обзора процедур.

Figure 2
Рисунок 2: Обзор протокола. Каждый квадрат представляет один день. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

1. Условие продвижения по службе Nap

  1. Убедитесь, что состояние продвижения сна уравновешивается состоянием повышения бодрствования между участниками, как обэтом говорится ниже.
  2. Расписание вздремнуть состояние, чтобы начать примерно за час до типичного периода сна ребенка, чтобы дать время, чтобы применить PSG и провести visuospatial задачи памяти. Убедитесь, что время между немедленным и отсроченный отзыв одинаковы между продвижением по службе и условиями продвижения по службе.
  3. Объясните процедуры этой сессии детям и родителям с использованием соответствующих возрасту материалов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Возраст соответствующие материалы включают в себя историю книги или короткие видео другого ребенка, проходящих те же процедуры.
  4. Применить полисомнографию (см. раздел 3).
  5. Проведите кодирование и немедленную оценку памяти для задачи visuospatial памяти (см. раздел 4).
  6. Поимеет ребенка использовать туалет, а затем инициировать типичный до nap ребенка рутины.
    1. Разрешить родителей / воспитателя, чтобы положить ребенка спать, как они обычно будут. Вмешиваться как можно меньше, потому что большинство детей засыпают быстрее, когда предоставляется их нормальной рутины.
    2. Разрешить ребенку вздремнуть, используя их типичное место сна.
    3. Используйте методы продвижения сна, но только тогда, когда это необходимо, поскольку они оказались менее успешными в доме, если они отклоняются слишком далеко от нормальной рутины ребенка.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Nap методы продвижения включают в себя использование взвешенного одеяло, потирая спину участника, упаковка ребенка в одеяло (по аналогии с пеленание), прогрессивная релаксация мышц, и играть успокаивающее музыка.
  7. Убедитесь, что количество времени, которое ребенок спит в состоянии продвижения сна, соответствует количеству времени, которое они играют в состоянии повышения после.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если состояние продвижения сна является первым, позвольте ребенку проснуться естественным путем и использовать эту продолжительность, чтобы установить продолжительность бодрствования сессии. Если условие промоушена является первым, используйте эту продолжительность, чтобы определить продолжительность сна. Если сон превышает этот раз, разбудить ребенка как можно естественнее, открыв дверь, ходить за пределами спальни, и постепенно говорить громче.
  8. Проведите отложенную оценку отзыва для visuospatial задачи памяти, приблизительно 15-30 минут после того как ребенок просыпается для того чтобы во избежание инерция сна.
  9. Сбор ребенка и экспериментатор рейтинг для визуальной шкалы сонливости (VSS)26 и визуальной шкалы настроения (VMS)27.
  10. Удалите электроды PSG.

2. Состояние продвижения по службе

  1. Убедитесь, что состояние повышения после уравновешивается состоянием продвижения сна, обсуждаемым выше.
  2. Расписание состояние после акции, чтобы начать примерно за час до типичного периода сна ребенка, чтобы приравнять время суток через условия. Убедитесь, что время между немедленным и отсроченный отзыв являются приблизительными же между продвижением по службе и условиями продвижения по службе.
  3. Объясните процедуры этой сессии детям и родителям с использованием соответствующих возрасту материалов.
  4. Применить электроды PSG (см. раздел 3) для того, чтобы приравнять бодрствования и вздремнуть условия продвижения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя сон не ожидается, это приравнивает условия и может быть использован для проверки отсутствия сна, если в сомнениях.
  5. Проведите кодирование и немедленную оценку памяти для задачи visuospatial памяти (см. раздел 4).
  6. Поиметь ребенка использовать туалет, а затем перейти к месту, что они обычно сон.
    1. Не позволяйте ребенку вздремнуть, вместо этого, позабывайте о том, чтобы ребенок спокойно играл с нестимулирующими игрушками в том же месте, что и их типичный сон.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Приемлемые нестимулирующие игрушки включают небольшие сенсорные игрушки, такие как восковые палочки и соответствующие возрасту взаимосвязанные пластиковые кирпичи.
    2. Попросите ребенка играть за их типичную длину сна или за то время, когда они спали во время ппа-продвижения по службе (см. шаг 1.7 для дополнительной информации).
    3. Запишите любые необычные действия, такие как разговоры, выход из комнаты и игра с игрушками, которые не предусмотрены.
  7. Убедитесь, что количество времени, которое ребенок спит в состоянии продвижения сна, соответствует количеству времени, которое они играют в состоянии повышения после.
  8. Проведите отложенную оценку отзыва для задачи visuospatial памяти, приблизительно 15-30 минут после того, как ребенок закончил играть, чтобы сохранить время задержки похожим между условиями.
  9. Сбор ребенка и экспериментатор рейтинг для VSS26 и VMS27.
  10. Удалите электроды PSG.

3. Полисомнография (PSG)

  1. Подготовка
    1. Содействовать PSG электрод применения, имея ребенка участвовать в тихой деятельности, такие как чтение книги, играя с playdough, едят закуски, если они голодны, или смотреть короткий фильм.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если фильм используется, убедитесь, что фильм подходит по возрасту, но не вызывает шумихи у ребенка (например, популярные детские анимационные фильмы или шоу).
    2. Доступ к родителю или опекуну не требуется. Тем не менее, для застенчивых и предварительных детей убедитесь, что доверенные воспитатели доступны.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для небольшого числа детей, родители и опекуны могут отвлекать, а не полезно. Если это так, спросите родителей, если они будут готовы выйти из виду ребенка.
  2. Соберите измерения головы.
    1. Используйте гибкую ленту и фарфоровый маркер для обозначения местоположений для последующего применения электрода.
    2. Измерьте расстояние от иниона до nasion и поместите отметку на полпути. Измерьте расстояние от preauricular выемки в одном ухе до предаурикулярной выемки в другом ухе и поместите другой знак на полпути. Пересечение этих двух знаков является точкой "Справка" (КЗ).
    3. Измерьте 10% иниона к nasion расстоянии от иниона. Затем измерьте 10% предаурикулярной выемки до преаурикулярного измерения выемки с этой точки с обеих сторон. Сделайте две отметки, по одной с каждой стороны (O3 и O4).
    4. Измерьте 20% преаурикулярной выемки до предварительного измерения выемки от точки отсчета по обе стороны головы. Сделайте две отметки, по одной с каждой стороны (C3 и C4).
    5. Измерьте 20% иниона до nasion расстояния от точки отсчета. Затем измерьте 20% предаурикулярной выемки до преаурикулярного измерения выемки с этой точки с обеих сторон. Сделайте две отметки, по одной с каждой стороны (F3 и F4).
  3. Подготовьте один электрод одновременно для размещения.
    1. Очистите каждое место электрода с помощью спиртового тампона. Отшелушивание с помощью слегка абразивный гель, а затем удалить любые остаточные чистящие материалы.
    2. Заполните каждый электрод с помощью электрода крем.
      1. Для электродов, расположенных там, где присутствуют волосы, нанесите дополнительную каплю электродного крема на марлевый квадрат и поместите его на заднюю часть электрода.
      2. Для электродов, размещенных на лице, используйте медицинскую ленту, чтобы прилипать к электроду к коже.
  4. Разместите электрод на каждом соответствующем месте ЭЭГ, ЭОГ и ЭМГ.
    1. Поместите электрод на каждом отмеченном месте на кожу головы (C, O3, O4, C3, C4, F3 и F4).
    2. Поместите один электрод на каждый мастоид (небольшой костный процесс за ухом) и один в центре лба.
    3. Поместите один электрод EOG, примыкающий к каждому глазу. Поместите один из этих электродов, немного превосходящих внешнюю сторону правого глаза (термин РПЦ), и один на внешней стороне и немного уступая левому глазу (так называется LOC).
    4. Поместите два электрода ЭМГ вокруг области подбородка. Поместите один электрод на правую щеку чуть выше линии улыбки. Поместите другой на левой стороне чуть выше, где подбородок встречает шею, прилегающую к пищевогу. Найти второе место, имея участника сказать слово "молоко" вслух, чувствуя в то время как чувство место, где мышечные сокращения в шее и подбородке являются максимальными.
  5. Прикрепите электроды к записывающей записывающей аппарату и инициируйте запись.
  6. Запись показаний импеданса для всех электродов. Убедитесь, что все электроды проходят испытание импеданса.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые устройства могут отметить 'Pass' или 'Fail', в то время как другие устройства могут давать числовые значения. В последнем случае допустимы импедансы под 25 кЗ. Если impedance выходит из строя или слишком высок, удалите и замените батареи. Если это не исправляет проблему, повторно применить этот электрод.
  7. По завершении каждого условия, удалить электроды PSG.
    1. Для электродов, наносимых в волосах, замочите расположение электрода с помощью спрея на водной основе. Разрешить спрей сидеть около одной минуты, а затем удалить электрод.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Отсевные спрей для волос является весьма эффективным с целью удаления электродов волос.
    2. Для электродов, наносимых с лентой, как правило, на лице и мастоидов, используйте ватный тампон с детским маслом, нанесенным к нему, чтобы насытить ленту. Когда лента полностью покрыта детским маслом, аккуратно потяните ленту вверх из углов.

4. Задача Visuospatial памяти

  1. Администрирование девять, чтобы быть запомненные стимулы расположены в 3 х 3 матрицы для детей младше 44 месяцев. Администрирование 12, чтобы быть запомненные стимулы расположены в 3 х 4 матрицы для детей старше 44 месяцев.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если ребенок, назначенный в матрицу из 12 элементов, слишком оспорен, можно использовать матрицу из 9 элементов. Аналогичным образом, если очевидно, что матрица из 9 элементов слишком проста, матрица из 12 пунктов может быть использована для избежания эффектов потолка. Это оправдано, потому что внутри субъекта точность переменной интересов, а не сырые оценки. Стимулы, как правило, мультяшные изображения общих изображений (например, медведь, автомобиль, ножницы), расположенных в матрице и представлены на экране ноутбука. Есть два набора стимулов. Это позволяет уравновешивать задачу между двумя условиями (т.е. вздремнуть против повышения бодрствования), так что дети не получают одинаковые фотографии в обоих условиях.
  2. Администрирование задачи в три этапа: кодирование, немедленный отзыв и задержка отзыва. На каждом этапе позвольте ребенку ответить на каждый вопрос в своем собственном темпе.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Типичные продолжительности: 6 мин для фазы кодирования, 2 мин для немедленного этапа отзыва, и 2 мин для отложенной фазы отзыва.
    1. На этапе кодирования направьте ребенка идентифицировать каждое изображение по имени, а затем поручите ребенку запомнить их местоположение каждого элемента в сетке. После кодирования карты заменяются «пустыми» изображениями, и ребенок должен найти положение каждого изображения, пока они не достигнут балла кодирования 75%.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Порог 75% был выбран на основе исследований у молодых людей28,29,30 и отражает момент, когда обучение четко достигнута, но не на потолке.
      1. Во время этого блока участники получают визуальную обратную связь от задачи после каждого ответа. После того, как ребенок выберет местоположение изображения, выявить связанное изображение, сообщив ребенку, было ли это правильным или неправильным местоположением.
      2. Предоставьте устную обратную связь о производительности, чтобы мотивировать ребенка, но убедитесь, что количество отзывов соответствует обоим условиям. Когда ребенок преуспевает в поиске языка использования изображения, как "Отличная работа, вы получили, что один!" Когда ребенок не использует язык, который подчеркивает усилия ребенка (например, "Whoops! Не совсем, но хорошая попытка! Давайте посмотрим, если вы можете получить следующий.").
      3. Предоставьте детям, которые назначены на 12-элементматрицы, которые не могут пройти кодирование после 4 раундов с возможностью растянуть, делать прыжки гнезда, и двигаться около 5 мин. Если ребенок все еще не может пройти кодирование после дополнительных 2 раундов, перезапустите кодирование с помощью матрицы из 9 элементов.
      4. Предоставьте детям, назначенным в матрицу из 9 элементов, которые получают балл кодирования 100% в первом раунде с задачей кодирования для матрицы из 12 элементов. Если они не проходят через все необходимые шаги, чтобы вернуться к матрице из 9 пунктов, используйте матрицу из 12 пунктов для следующих двух этапов.
    2. Во время немедленного отзыва, представить изображения снова, по одному, и попросить ребенка вспомнить соответствующее место. Не предоставляйте визуальную или словесную обратную связь, и только зонд каждый элемент один раз. Тем не менее, обеспечить обратную связь на усилия (т.е., "Хорошая работа дает ваши лучшие усилия").
    3. Проведите отложенную фазу отзыва сразу после пробуждения или состояния сна.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эта фаза идентична фазе немедленного отзыва.
      1. Иногда дети становятся суетливыми во время запоздалой фазы отзыва. Если это произойдет, поманите ребенка, чтобы завершить задачу с призом или, предлагая больше времени, чтобы посмотреть свой фильм во время удаления PSG. В течение этого времени не позволяйте ребенку играть с игрушками или заниматься другими задачами до тех пор, пока задача памяти не будет выполнена.

Figure 3
Рисунок 3: Примеры экранных дисплеев во время задачи visuospatial памяти. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

5. Актиграфия

  1. Программа деятельности смотреть.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Часы активности взяты на 32 Гц, с чувствительностью злит;0,01 г. Деятельность хранится в 15-х эпохах.
  2. Предоставьте каждому участнику заранее запрограммированные часы и инструкции. Скажите родителям, что часы всегда должны носиться. Подчеркните, что он водонепроницаем, поэтому нет никаких причин, чтобы удалить устройство.
    1. Поручите ребенку носить часы на их не доминирующей рукой непрерывно.
    2. Поручить родителю нажать на кнопку на стороне лица часы каждый раз, когда их ребенок пытается спать, а затем снова, когда они просыпаются.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Это генерирует маркер события в данных, который помогает с забил актиграфии.
  3. Предоставьте родителю дневник сна (по аналогии с журналом или электронной таблицей), на котором они могут записывать время сна и наблюдать удаление.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это также помогает с забил актиграфии.
    1. В дневнике сна попросите родителя предоставить полный журнал всего сна в течение нескольких дней, которые будут носить часы активности, включая время, когда ребенок ложится спать и когда ребенок просыпается. Родитель должен предоставить эту информацию как для сна, так и для регулярного ночного сна. Кроме того, попросите родителя предоставить информацию о любом времени, когда часы будут удалены.

6. Анализ данных

  1. Задача visuospatial памяти
    1. Рассчитать точность для каждой фазы отзыва по мере того, как процент отозванных элементов.
    2. Рассчитайте изменения в отзыве в течение сна и прождажусь интервалы следующим образом.
      1. Рассчитать изменения всон отзыва, вычитая немедленной точности отзыва (до сна) от задержки точности отзыва (после сна).
      2. Рассчитать изменения вотзыве после, вычитая немедленной точности отзыва (до пробуждения) от задержки точности отзыва (после пробуждения).
  2. Psg
    1. Характеризуй стадии сна в соответствии со стандартными критериями оценки (например, Руководство AASM по оценке сна и связанных с ним событий ст. 2.5).
    2. Обнаружить сон шпиндель на C3 с помощью специализированного программного обеспечения путем маркировки шпиндель ныхить и смещения.
    3. Проверить стадии сна и шпиндель ныхить и смещения со вторым обученным исследователем. В случае, если скоринги не являются согласующимся, есть третий обученный бомбардир принять консенсусное решение.
    4. Анализ плотности шпинделя с помощью специализированного программного обеспечения и в доме MATLAB код на основе предыдущих исследований31. Вкратце, фильтруйте данные ЭЭГ от 0,5–35 Гц. Рассмотрите максимальное напряжение между выявленным началом шпинделя и компенсируют пиковую амплитуду шпинделя. Используйте быстрый преобразование Фурье каждого шпинделя, чтобы определить пик спектральной частоты между 9-15 Гц24,32.
  3. Актиграфия
    1. Оценка активности смотреть данные с помощью специализированного программного обеспечения после стандартизированных протоколов20.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для обеспечения достоверности данных требуется несколько дней и ночей данных. Как минимум, участникам необходимо не менее трех дней и трех ночей актиграфических данных (дни и ночи не должны быть последовательными); однако, 5 ночей предпочтительнее, особенно когда эти данные представляют первичный интерес33.
    2. Используйте информацию о дневнике сна и маркеры событий (кнопки нажатия) для проверки начала сна и смещения.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эти два элемента должны быть в пределах 20 минут друг от друга для того, чтобы забить начало и конец интервала отдыха.
      1. Если участник отсутствует информация сна дневник, события маркеры, или дневник и события маркеры не в пределах 20 минут друг от друга, определить начало сна и компенсировать вручную32: определить начало сна в первые три минуты непрерывного сна 33 и определить сон компенсируется последние пять минут непрерывного сна34.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Используя описанные здесь процедуры, Курдзиэль и его коллеги23 изучали консолидацию памяти, зависящей от сна, во время сна у детей дошкольного возраста. Результаты показали, точность отзыва детей на visuospatial задачи памяти после сна было лучше, чем их точность отзыва после аналогичного периода, в течение которого они не спали (т.е., означая "nap выгоды", Рисунок 4). Более того, те, кто провел предыдущий день в состоянии бодрствования, не восстанавливали воспоминания во время ночного сна. Наконец, актиграфия и родители сообщили сна меры были использованы для изучения ли сон выгоды было очевидно, как в привычных и непривычных пеленки. Выводы показали, сон выгоды было только значительным в детях, которые napped регулярно (т.е., привычные пеленки, Рисунок 5).

Figure 4
Рисунок 4: Напомним, точность на visuospatial задачи памяти была проверена сразу же после кодирования ("Немедленный"), после вздремнуть возможность ("Задержка"), и снова на следующий день ("24-часовой") через два условия: нп-рекламируется состояние (серый бары) и бодрствования состояние (белые бары). Бары ошибок представляют 1 SE. Эта цифра перепечатывается с разрешения Kurdziel et al.23. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: Изменение точности отзыва (задержка отзыва минус немедленного отзыва) через сон (серые бары) и пробудить (белые бары) интервалы для привычных пеленки (который взял пять-семь НПД в неделю) и непривычных пеленки (те, кто взял от нуля до двух НПД в неделю). Бары ошибок представляют 1 SE. Эта цифра перепечатывается с разрешения Kurdziel et al.23. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

PSG был использован для изучения отношений между физиологией сна и вздремнуть-зависимой консолидации памяти как в привычно, так и не привычно дремлющих детей. Существовала значительная отрицательная корреляция между немедленной точностью отзыва и плотностью шпинделя сна. Чем лучше ребенок выполняется при немедленном отзыве, тем меньше сна шпинделяони они отображаются во время сна nREM2(Рисунок 6A). Это согласуется с предыдущими исследованиями, которые сообщают о негативной корреляции между шпинделями сна иИК 35. Важно отметить, что существует положительная корреляция между изменением внапомним сон и плотность шпинделя сна во время nREM2(Рисунок 6B). Однако никакой другой мерой физиологии сна (т.е. амплитуды шпинделя, частоты шпинделя и т.д.) не было связано с производительностью памяти.

Figure 6
Рисунок 6: Плотность шпинделя сна (шпиндели в минуту сна, не относящаяся к REM, 2-й стадии) связаны с (A) немедленной точностью отзыва и (B) изменением точности отзыва от немедленной к отложенной фазе отзыва. Эта цифра перепечатывается с разрешения Kurdziel et al.23. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

В целом, эти результаты показывают, что вздремнуть связано с улучшением консолидации памяти, особенно в привычных пеленки. Nap-родственное улучшение в представлении памяти отнесено к физиологии сна оцененной PSG в предыдущих детства. Таким образом, PSG является важным методом для понимания механизмов, которые лежат в основе отношений между сном и консолидации памяти в раннем детстве. Вместе эти результаты показывают, что нпс имеют решающее значение для долгосрочной консолидации памяти у детей.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Эта статья описывает как расследовать сон-зависимую консолидацию декларативной памяти во время сна в раннем детстве. Методы включают поведенческую оценку памяти через сон и бодрствования условиях, актиграфия и родитель-отчет для оценки циклов сна, и PSG для оценки архитектуры сна. Эта уникальная комбинация имеет решающее значение для оценки памяти, характеристики циклов сна, и изучение нейронных механизмов, лежащих в основе пользы сна на память. Репрезентативные результаты показывают, что обучение и память зависели от сна в середине дня, особенно для привычных пеленки. В частности, привычные пеленки показали большую пользу от дремоты по сравнению с бодрствования (т.е. вздремнуть выгоды оценка). Кроме того, у всех детей лучшее удержание в период сна (т.е. оценка изменения сна) было связано с шпинделями сна, зарегистрированными во время nREM2; больше удержания над сон был связан с более сна шпинделя. Хотя сочетание описанных методов имеет решающее значение для полной характеристики воздействия сна на память, возможно, наиболее важным аспектом этого метода является выявление основных нейронных механизмов, связанных с этим эффектом с помощью PSG. В настоящее время PSG является единственным методологическим инструментом, который позволяет охарактеризовать качество сна с помощью измерения стадий сна. Таким образом, это единственный метод, который позволяет понять нейробиологических механизмов, лежащих в основе сна зависимых эффектов, таких как консолидация памяти.

Основные преимущества PSG включают в себя тот факт, что он является неинвазивным и позволяет охарактеризовать четыре стадии сна, в том числе стадии сна nREM 1 No3 и REM. Наиболее важным шагом в приобретении PSG является тщательная очистка электродов сайтов перед применением для достижения низких импеданса и последующих высококачественных данных, чтобы реализовать это преимущество. Еще одним преимуществом является то, что PSG является портативным и легко управлять, даже у маленьких детей. Кроме того, метод может быть изменен для увеличения разрешения. Хотя мы описываем монтаж низкой плотности 7 эЭГ-электродов, более высокой плотности ЭЭГ монтажи с использованием специализированных колпачков для того, чтобы изучить топографическое распределение сна связанных деятельности, такие как сон шпинделы могут также быть использованы. Это может быть полезно, как топография изменения развития14; однако, эти системы не являются амбулаторными и могут быть менее удобными. Наконец, хотя мы описываем, как записать PSG во время полуденного сна, тот же метод может быть применен на ночь для изучения сна в другие периоды, в том числе ночной сон. Он также может быть модифицирован для клинического использования для оценки нарушений сна (т.е. включение ЭКГ, дыхания, пульса быка). Мы описываем, как данные, полученные во время PSG, могут быть связаны с зависимой от сна консолидацией декларативных воспоминаний (т.е. visuospatial памяти). Тем не менее, другие типы памяти (например, процедурная память, эмоциональная память, язык и т.д.) и их отношение к компонентам сна также могут быть рассмотрены23,28,25,36,37 ,38.

Основным ограничением PSG является время, необходимое для применения электродов. У детей это может быть особенно важно, поскольку они склонны к скуке и ограниченному вниманию. Эти эффекты могут быть смягчены путем предоставления предметов с отвлекающими во время администрации (например, игрушки, книги, видео). Кроме того, PSG обычно фиксирует активность во время одного сна боя. Тем не менее, он может быть объединен с самостоятельной отчет и / или актиграфии, чтобы получить представление о количествах сна или сна бодрствования циклов в течение более длительного времени (например, недель или месяцев). Наконец, PSG может быть неудобно, и беспокоить сон в разы. Обратите внимание, что по этой причине, адаптация сна бой может быть рассмотрен. Это необходимо сопоставить с дополнительным бременем, возлагаемым на участника, и проблемами, с которыми необходимо приехать в исследование.

Хотя PSG имеет решающее значение для изучения нейробиологических механизмов, лежащих в основе сна зависимых эффектов, надлежащее администрирование всех других аспектов протокола описано (т.е., поведенческая оценка памяти через сон и бодрствования условиях, актиграфия и родительский отчет о циклах сна), имеют первостепенное значение для реализации его полного потенциала. Наиболее важным шагом в администрировании условия хныкать и бодрствования является обеспечение того, чтобы время между немедленным и отсроченного отзывом было одинаковым между условиями и чтобы помехи были сведены к минимуму во время состояния повышения после. Первый может быть достигнут путем сопроведения четких протоколов и надлежащей документации времени для каждой сессии для каждого участника. Последнее может быть достигнуто путем мониторинга активности ребенка во время после состояния и предоставления им, только при необходимости, деятельность, которая наименее вероятно, вмешиваться (например, для visuospatial задачи памяти, что краны декларативной памяти избежать деятельности, которые занимаются декларативными системами, такими как книги или словесные материалы).

В заключение, PSG является золотым стандартом оценки качества сна. Это позволяет объективно, количественное измерение сна с высоким временным разрешением, что может быть полезно, чтобы лучше понять функцию сна. В паре с другими инструментами (например, поведенческая оценка памяти, актиграфия, и родитель-отчет сна) он может дать важные и интересные выводы о том, как сон способствует здоровому когнитивному развитию маленьких детей.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Авторы хотели бы поблагодарить Лабораторию нейрокогнитивного развития в Университете Мэриленда, Колледж-Парк и лабораторию Somneuro в Университете Массачусетса, Амхерст, за помощь в этом проекте. Финансирование было предоставлено NIH (HD094758) и NSF (BCS 1749280) TR и RS. Результаты работы по репрезентативным результатам были профинансированы 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. 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Нейронаука Выпуск 152 полисомнография память консолидация актиграфия шпиндели сна visuospatial память раннее детство сон сон сон
Измерение нейронных механизмов, лежащих в основе консолидации сно-зависимой памяти во время naps в раннем детстве
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Allard, T., Riggins, T., Ewell, A.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter