Eye Tracking, Cortisol, e um sono vs Wake Consolidação Atraso: Combinando métodos para descobrir um efeito interativo do Sono e Cortisol em Memória

Resumo

Nós apresentamos um protocolo usado para descobrir um efeito interativo entre o sono eo cortisol na consolidação da memória, especialmente para imagens despertando negativos. Especificamente, o projeto experimental utiliza eye tracking, análise de cortisol salivar e testes de memória comportamental - métodos que podem ser usados ​​com os participantes sãos e clínicos.

Resumo

Embora aumentos nos cortisol pode beneficiar a consolidação da memória, como se pode dormir logo após a codificação, não há atualmente uma escassez de literatura sobre a forma como esses dois fatores podem interagir para influenciar consolidação. Aqui apresentamos um protocolo para examinar a influência interativa de cortisol e sono na consolidação da memória, através da combinação de três métodos: rastreamento ocular, análise de cortisol salivar, e teste de memória comportamental através do sono e vigília atrasos. Para avaliar os níveis de cortisol em repouso, os participantes deram uma amostra de saliva antes de visualizar objetos negativos e neutros dentro de cenas. Para medir a atenção aberta, olhar olho dos participantes foi monitorado durante a codificação. Para manipular se o sono ocorreu durante a janela de consolidação, os participantes tanto cenas codificados à noite, dormiu durante a noite, e fez um teste de reconhecimento na manhã seguinte, ou codificado cenas de manhã e permaneceu acordado durante um intervalo comparativamente longo de retenção. Grupos de controle adicionais foram tested depois de um atraso de 20 minutos na parte da manhã ou à noite, para controlar os efeitos tempo-de-dia. Juntos, os resultados mostraram que há uma relação direta entre o descanso cortisol em codificação e memória subseqüente, somente após um período de sono. Através de rastreamento ocular, foi ainda determinado que para estímulos negativos, este efeito benéfico do cortisol sobre a memória subseqüente pode ser devido ao cortisol fortalecer a relação entre os participantes, onde olhar durante a codificação eo que eles são capazes de lembrar mais tarde. No geral, os resultados obtidos por uma combinação destes métodos de descoberta de um efeito interactivo de sono e cortisol na consolidação da memória.

Introdução

A capacidade de consolidar a informação é dependente de inúmeros fatores, com o sono e o hormônio do estresse cortisol sendo duas das variáveis ​​mais influentes. Pesquisas anteriores mostraram que os níveis de cortisol elevados, ou induzido através da administração exógena de cortisol ou estresse psicossocial, muitas vezes estão associados a um aumento seletivo da memória para o parente emocional a estímulos neutros ^1-7. O sono foi demonstrado ter um efeito selectivo semelhante em ^8,9 memória emocional: Quando os participantes são apresentados com cenas compostas de um objeto negativo ou neutro colocado num fundo neutro, sono libera as cenas, a preservação da memória para os objectos negativos, enquanto permitindo memória para os componentes da cena menos salientes (objetos neutros e fundos neutros) a decadência ^10-12.

Enquanto estas duas literaturas focar os efeitos independentes de cortisol e de sono na memória emocional, é possível que a cortisol e sono tem um efeito interativo. Curiosamente, porque estudos investigando os efeitos do cortisol sobre a memória incluir um atraso de retenção de pelo menos 24 horas, o que inclui necessariamente uma noite de sono, é impossível determinar se o sono é necessário para o cortisol têm um efeito facilitador sobre a consolidação. Da mesma forma, enquanto a pesquisa mostrou que o sono beneficia preferencialmente memória para informação emocional, é possível que esses efeitos podem ser intensificados em indivíduos com níveis mais altos de cortisol durante a codificação.

Por estas razões, é importante para compreender não apenas como o sono e o cortisol independentemente suporta a formação de memória, mas também para se investigar o sono e cortisol interagem para suportar a formação da memória. Afinal de contas, há ligações importantes entre o sono e cortisol em envelhecimento normal ^13, e formas de psicopatologia que estão associados com déficits de memória ^14,15. Apenas através da utilização de uma combinação demetodologias é possível entender as complexas interações entre sono e cortisol, e seus efeitos sobre a consolidação da memória. Especificamente, combinando o método de coleta de cortisol salivar com um sono contra projeto esteira, é possível determinar se há um efeito interativo dessas duas variáveis ​​sobre a consolidação. Também valioso é que através do uso de rastreamento ocular para medir olhar olho durante a codificação, é possível elucidar um potencial mecanismo de atenção subjacente a este efeito.

Protocolo

1. Triagem de participantes e Preparação para o Experimento

1. Recrutar participantes que são falantes nativos de inglês com normal ou visão corrigida do normal. Eles devem estar livres de distúrbios neurológicos, psiquiátricos e do sono, e não pode tomar qualquer medicação que afetam o sistema nervoso central ou arquitetura do sono. Certifique-se de recrutar um equilíbrio semelhante de participantes do sexo masculino e feminino na faixa etária desejada de interesse (por exemplo, de 18 a 35 anos), tendo em mente que as mudanças na arquitetura do sono pode ocorrer já em meados dos anos 30 ^16.
2. Para avaliar com mais precisão os efeitos do sono sobre a cognição, os participantes manter um horário de sono regular e restringir seu consumo de álcool que antecederam o estudo. Peça aos participantes para dormir pelo menos 7 horas por noite e estar na cama por 02:00 para as cinco noites anteriores ao estudo. Também garantir que restringem o consumo de álcool a um máximo de2 bebidas durante os 5 dias anteriores ao estudo, com absolutamente nenhum consumo de álcool no dia anterior ou no dia do estudo.
3. Durante a programação, garantir que os participantes irão cumprir as diretrizes relacionadas com a amostra de cortisol salivar (ver também Secção 4): Devem abster-se de atividade física, comer, beber (nada além de água), tabagismo e escovar os dentes para a 2 horas antes da codificação. Devem também abster-se de beber água por pelo menos 15 minutos antes da codificação.
4. Agendamento de participantes. Se a atribuição aleatória completo não for possível, garantir que os participantes não diferem em idade, pontuação na Morningness-vespertinidade Questionnaire ¹⁷ (MEQ), Beck Depression Inventory ¹⁸ (BDI), Inventário Beck de Ansiedade ¹⁹ (BAI), ea quantidade de sono obtido na noite antes de recuperação.

2. Condições e Design Experimental

1. Participantes horário de sono tal que posessão e codifica ocorre durante a noite (07:00-22:00) e a recuperação da sessão ocorre 12 horas depois, após uma noite de sono no laboratório. Participantes Horário despertar tal que a sessão de codificação ocorre no período da manhã (07:00 - 10:00) ea sessão de recuperação ocorre 12 horas depois, após um dia inteiro de vigília; assegurar que não nap entre sessões.
2. Incluir Manhã e condições Evening pequeno atraso (aqueles que têm apenas um atraso de 20 min entre a codificação ea recuperação, em comparação com um atraso de 12 horas para os grupos de dormir e acordar) no delineamento experimental para minimizar a preocupação de que as diferenças encontradas entre os grupos de sono e de vigília são devidas à altura do teste (vs manhã noite) e não devido ao sono ocorre durante o atraso de consolidação. Estas condições pequeno atraso também pode ser pensado como condições de "controle circadiano".
   1. Organizar para os participantes na condição Manhã Pequeno Atraso para codificar a estímulos bntre 07:00-10:00, e para os participantes na condição Evening Pequeno Atraso para codificar os estímulos entre 07:00-22:00. Testar os participantes 20 min após a codificação.

3. Estímulos Construção

1. Construção estímulos para a codificação. Selecione estímulos com base na questão experimental específico. Este protocolo incide sobre os efeitos do sono e cortisol em memória emocional, e como tal, os estímulos visuais durante a codificação são cenas compostas quer por um objeto negativo ou um objecto neutro colocado sobre um fundo neutro.
   1. Assegurar que todos os estímulos emocionais ou foram previamente classificados para valência e excitação ^20,21, ou que eles são avaliados pelos participantes após a conclusão do estudo, utilizando uma escala de Likert de 1 a 7. Objetos negativos deve ser classificado como altamente excitante e pobre em valência (por exemplo, a excitação: 5-7; valência <3 em escalas de 7 pontos com valores elevados, indicando alta excitação e alta positividade, respectively) e objetos neutros deve ser classificado como não-excitante e neutro em valência (por exemplo, a excitação <4; valência: 3-5).
   2. Randomização e design. Aleatoriamente misturar as cenas negativas e neutras entre blocos (se aplicável). O presente estudo emprega dois blocos com duração de aproximadamente 10 minutos cada, permitindo que os participantes têm uma pequena pausa para descansar os olhos do rastreador olho no meio. As pausas podem ser úteis a cada 10-15 minutos para a maioria dos participantes adultos jovens, mas se testar uma população diferente (por exemplo, crianças), pausas mais freqüentes podem ser necessárias.
2. Construção estímulos para recuperação. Selecione estímulos com base na questão experimental específico. Aqui, a memória para os objetos é o foco, e, como tal, os participantes são apresentados com objetos e fundos (metade dos que foram apresentados durante a codificação, e metade novas) separadamente durante a recuperação.

4. Cortisol Processo

1. Certifique-se de que os participantes seguiram todas as exigências em 1.3: Sem atividade física, comer, beber (nada além de água), tabagismo e escovar os dentes para a 2 horas antes da codificação, bem como sem água por pelo menos 15 minutos antes da codificação .
2. Imediatamente antes da codificação, instruir os participantes para enxaguar a boca com cerca de 1 grama de água. Lembre-lhes para não engolir a água, a fim de evitar a diluição da amostra.
3. Já os participantes salivar em um cotonete bucal (veja Materiais) por 2 min.
4. Após ter participantes coloque o cotonete oral no tubo de armazenamento cotonete, armazenar as compressas na temperatura aproximada de 0 º F até serem analisadas.

5. Eye Tracking / Encoding Procedimento

1. Procedimento de rastreamento dos olhos. O rastreador de olho usada aqui rastros deixados padrões do olhar olho dos participantes em 500 Hz (veja Materiais). Rastreadores alternativos podem ser usados; a fim de avaliar com mais precisão a atenção durante a codificação, seguinw as instruções do rastreador olho específico usado.
   1. Primeiro, peça aos participantes para se sentar com o seu queixo no chinrest e testa contra um bar. Faça ajustes na altura da cadeira e Chinrest quando necessário, garantindo que o centro da tela se alinha com os olhos dos participantes.
   2. Certifique-se de que o rastreador ocular está seguindo com precisão o olhar dos participantes dentro de 1 ° de precisão fazendo com que cada participante completar uma tarefa de calibração. Idealmente, uma 9 - ou 17-calibração ponto seria utilizado, dependendo do sistema, mas uma 3 - ou 5-calibração de pontos pode também ser suficiente.
   3. Em primeiro lugar, pedir aos participantes que seguem um ponto preto com os olhos enquanto se move para diferentes pontos na tela e se fixar nele quando ela pára.
   4. Uma vez que o rastreador de olho é calibrado com precisão, peça aos participantes se eles estão prontos para começar a tarefa e, em seguida, pressione o botão "record".
2. Procedimento de codificação. Peça aos participantes para executar uma tarefa tchapéu é susceptível de conduzir a codificação de profundidade, como tê-los indicam via clique do mouse se eles iriam se aproximar ou se afastar da cena (por exemplo, a esquerda = abordagem; direita = volta de distância) se fossem encontrá-lo na vida real ^10. Veja a Figura 2 para uma representação visual do processo de codificação.
   1. Permitir que os participantes têm uma pequena pausa auto-determinado (por exemplo, ~ 10-60 seg) entre os blocos para que eles possam sentar-se a partir do rastreador ocular e descansar os olhos antes de continuar. Peça-lhes para indicar quando eles estão prontos para continuar.
3. A análise dos dados do olhar olho. Para medir a atenção dos participantes para determinadas partes da cena, use o software para desenhar Áreas de Interesse ²² (AOIs) em torno dessas peças.
   1. Depois de desenhar as AOIs, calcular a proporção de participantes tempo veja o AOI em relação ao resto da cena. Alternativamente, contar o número de sacadas que os participantes fazem ao AOEu dentro de um determinado período de tempo.

6. Atraso Estudo-teste

1. Certifique-se de que o comprimento do atraso entre a codificação e recuperação para as condições de sono e de vigília é igual (por exemplo, 12 horas), bem como o comprimento de tempo de espera para as duas condições de controlo (por exemplo, 20 minutos).
   1. Para os participantes do sono, garantir que o atraso de 12 horas inclui cerca de 8 horas de sono. Por outro lado, garantir que os participantes Wake não durmo ou cochilo durante este intervalo.
   2. Pergunte a manhã e os participantes Evening pequeno atraso para permanecer no laboratório durante a 20 min de atraso. Diga-lhes que eles podem fazer o que quiserem durante este tempo, desde que eles não cochilar.

7. Procedimento de Reconhecimento

1. Após o período de atraso, dar aos participantes um teste de memória.
   1. Peça aos participantes para indicar se o estímulo exibido é "old" (included em uma cena previamente estudados), ou "novo" (não previamente estudados), pressionando as teclas correspondentes no teclado (por exemplo, "1" = velho, "2" = novo).

Resultados

Efeitos do Sono e Cortisol em Memória para Emocional e Neutro Estímulos

A primeira hipótese levantada é que o cortisol elevado durante a codificação irá facilitar memória para mais emocional do que estímulos neutros, e que este efeito é dependente do sono que ocorre entre a codificação ea recuperação. Figura 4A traça o efeito do cortisol sobre a memória para objetos negativos. Níveis padronizados de cortisol (eixo-x) e memória para objetos negativos (eixo y) estavam diretamente relacionados no grupo Sleep (em vermelho), mas não o grupo Wake (em cinza). O Grupo (suspensão vs Wake) pela interação Cortisol foi significativa [t (41) = 2.23, β = 2,92, p = 0,031]: cortisol Superior na codificação de memória previsto para objetos negativos se os participantes dormiam entre a codificação ea recuperação [t (24 ) = 2.31, β = 0,43, p = 0,031], mas não se ficou acordado [t (16) = 0,40, β = 0,10, p = 0,70; Figura 4A]. Estes efeitos significativos não foram devido a gênero, ciclo menstrual, ou criticamente, hora do dia, o que foi determinado pela execução de análises adicionais com a Manhã e grupos Evening pequeno atraso. Para a memória neutro (ver Figura 4B), um similar, mas mais fraco padrão foi observado. Havia uma relação marginalmente significativa entre os níveis de cortisol antes da codificação (eixo x) e memória para objetos neutros (eixo y) no grupo do sono [em azul; t (24) = 1,76, β = 0,34, p = 0,092 ], mas não o grupo despertar [em cinzento; t (16) = 0,98, β = 0,25, p = 0,34]. A interação entre o cortisol eo grupo foi marginalmente significativa [t (41) = 1,95, β = 2,55, p = 0,059].

Efeitos do Sono e cortisol sobre a interação entre atenção durante a codificação e Consolidação

Foi hiposintetizada que este efeito benéfico do cortisol sobre a memória emocional pode ser, em parte, devido à capacidade de o cortisol a informação "tag", como importante lembrar no momento da codificação, que conduz à subsequente prioritização de que a informação durante o sono. Este conceito de "marcação emocional" sugere que codifica estímulos excitantes activa mecanismos neurais, levando a plasticidade de longo prazo nas sinapses marcadas pela marcação ^23-25. É possível que o cortisol elevado durante a codificação ajuda a definir estas etiquetas, levando à preservação selectiva desta informação durante a consolidação. Para investigar esta possibilidade, os dados de rastreamento ocular foram analisadas para determinar se mais altos de cortisol aumenta a probabilidade de que os processos de consolidação à base de sono preferencialmente reforçar a memória para a informação que recebe a maior atenção durante a codificação. Em primeiro lugar, a proporção de tempo que cada participante passou a olhar para cada objeto dentro de cada cena ( isto é, a AOI) em relação à cena de visualização tempo total foi calculada. As cenas foram então classificadas em uma base post-hoc, utilizando os dados de reconhecimento de cada participante para ordenar as cenas em aqueles para os quais o participante se lembrou mais tarde o objeto e aquelas para as quais o participante mais tarde esqueceu o objeto. Por fim, uma pontuação foi calculada para refletir a diferença de tempo procurando entre os objetos posteriormente lembrados e esquecidos posteriormente (veja a Figura 5). Por exemplo, se os participantes analisaram os objetos que posteriormente lembrado por uma média de 75% do tempo que a cena estava na tela, e olhou para os objetos que, posteriormente, se esqueceu de uma média de 65% do tempo em que a cena foi sobre a tela, a sua diferença em tempo olhando pontuação seria de 10%.

Semelhante às análises realizadas sobre os efeitos do sono e cortisol na memória (Figura 4), ​​uma regressão linear foi utilizada para testar oefeitos do sono e do cortisol sobre esta diferença em tempo de olhar para codificação como uma função de memória mais tarde. Para objectos negativas (ver Figura 6A), descansando o cortisol (eixo x) marginalmente previu a diferença no tempo de olhar para codificação como uma função de memória posterior (eixo-y) no grupo do sono [em vermelho; t (23) = 1,869 , β = 0,37, p = 0,075], mas não o grupo despertar [em cinzento; t (16) = 0,168, β = 0,043, p = 0,87]. A interação entre o cortisol eo grupo foi significativa [t (40) = -2,04, β = -2,99, p = 0,049], e criticamente, este efeito significativo não foi devido a gênero, ciclo menstrual, ou hora do dia. Para objetos neutros (ver Figura 6B), não houve efeito do cortisol no grupo Sleep (em azul), nem o grupo Wake (em cinza), ea interação entre Cortisol e Grupo não foi significativa.

Figura 1. Representação visual do procedimento descrito no presente relatório de vídeo, separados por grupo. Esta figura mostra os quatro grupos de participantes (dormir, acordar, de manhã Pequeno Atraso, e de noite curto Delay), bem como o momento da pré- codificando amostra de cortisol, que codifica, e recuperação para cada grupo.

Figura 2. Representação visual de estímulos utilizados durante a codificação. Esta figura mostra que cada cena foi composta de um negativo ou um objecto neutro colocado em frente de um fundo neutro. Ela também mostra que os participantes visto estas cenas durante três segundos cada, em que time indicaram se eles iriam se aproximar ou se afastar da cena se encontrou durante a vida real.

Figura 3. Representação visual de estímulos utilizados durante a recuperação. Esta figura mostra que os participantes foram presenteados com objetos e fundos (separadamente) durante o teste de memória de reconhecimento. Esses objetos e fundos ou foram anteriormente apresentadas durante a codificação ("antiga"), ou nunca tinha sido visto antes no contexto do experimento ("novo").

Figura 4. Efeito do cortisol sobre a memória para objectos negativas e neutras. A traça o efeito dos níveis de cortisol padronizados sobre a memória para objetos negativos. B traça o efeito dos níveis de cortisol padronizados na memória para objetos neutros. Legenda: Sleep [diamantes vermelhos (NEG), diamantes azuis (neu)], [despertar quadrados cinza], sono Linear Fit [linha vermelha (neg), linha azul (neu)], Wake Fit Linear [linha cinza].

Figura 5. Representação visual da codificação (esquerda) e recuperação de procedimento (à direita) em relação com a variável dependente (diferença de tempo olhando durante a codificação em função da memória mais tarde), avaliada em eye-tracking analisa. Esta figura mostra como o dependente variável em eye-tracking análises (a diferença de tempo olhando durante a codificação em função da memória mais tarde) foi calculado. Particularmente, esse escore reflete a proporçãodo tempo durante a codificação que os participantes olharam para objetos que eles mais tarde se lembrou ("hits") menos a proporção de tempo durante a codificação que os participantes olharam para objetos que eles mais tarde esqueceu ("acidentes").

Figura 6. Efeito do cortisol sobre a diferença de tempo a olhar para a codificação em função da memória depois de objetos negativos e neutros. Olhando tempo foi calculada como a proporção de cena total de tempo de visualização que os participantes passaram a olhar para o objeto dentro da cena. A pontuação foi então calculado para refletir a diferença de tempo procurando entre posteriormente lembrado e, posteriormente, os objetos esquecidos, e uma regressão linear foi utilizada para testar os efeitos do cortisol e dormir sobre esta pontuação. Uma parcelas para o efeito negativo objetos, enquanto B traça o efeito de objetos neutros. Legenda: Sleep [diamantes vermelhos (NEG), diamantes azuis (neu)], [despertar quadrados cinza], sono Linear Fit [linha vermelha (neg), linha azul (neu)], Wake Fit Linear [linha cinza].

Discussão

Este projeto experimental forneceu a primeira evidência de que os efeitos benéficos do pré-codificação de cortisol na memória são significativos apenas quando o sono ocorre durante o período de consolidação. Só por ambos medindo os níveis de cortisol e manipulação se o intervalo de consolidação incluiu sono foi possível determinar que o sono eo cortisol têm um efeito interativo em memória. Este projeto foi fundamental para determinar que, nos estudos anteriores que têm amarrado cortisol pré-aprender a memória facilitado para estímulos negativos ^{de 1,5,} estes efeitos do cortisol pode se manifestar por causa do sono que ocorrem durante o intervalo de consolidação.

Esta constatação torna-se ainda mais interessante, considerando que o sono contra projeto esteira exigiu participantes de teste nos dois grupos em diferentes momentos do dia. O cortisol segue um ritmo circadiano ^26, com os mais altos níveis de cortisol no início da manhã, e com o menor no evening. Como tal, os participantes do sono estavam todos dentro de uma faixa estreita de níveis de cortisol relativamente baixos, tendo codificados à noite, enquanto os participantes Wake tinham níveis mais elevados de cortisol e mais variável, tendo codificado pela manhã. Ao utilizar este desenho, verifica-se que mesmo pequenas diferenças em níveis relativamente baixos de cortisol são suficientes para influenciar a consolidação da memória durante um período de sono. Ao mesmo tempo, no entanto, a variação diurna de cortisol também complica a concepção. O trabalho futuro pode considerar como controlar para os efeitos da variação diurna de cortisol em diferentes maneiras. Uma forma seria a de replicar os achados usando um cochilo paradigma tarde. Porque os níveis de cortisol entre uma soneca e condição Wake seria estatisticamente equivalentes, as flutuações circadianas em cortisol em tal paradigma não seria uma preocupação.

Embora muitas perguntas permanecem sobre como cortisol interage com o sono para melhorar conso memória emocionaldação, o trabalho atual fornece evidências de que o efeito facilitador de pré-codificação de cortisol na memória emocional seguinte atrasos de pelo menos 24 horas, incluindo o sono ^1,5,27 pode ser devido a interações entre cortisol e processos de consolidação dependente sono. Sem um projeto em que a demora de uma condição inclui sono eo outro não, não seria possível isolar se o sono é necessário para este efeito a ser observado. Além disso, por meio da avaliação olho olhar dos participantes durante a codificação, determinou-se que este efeito facilitador de cortisol na memória emocional pode ser devido ao cortisol modular a relação entre a atenção para a codificação de informação emocional e a consolidação subsequente de que as informações durante o sono: Com elevada cortisol, há uma relação forte entre o que os participantes olhar durante a codificação eo que eles mais tarde recordar. É possível que isso é por causa do cortisol elevado a codificação tags ''Esta informação emocional tão importante para lembrar, o que leva o sono para fortalecer seletivamente essa informação saliente durante o intervalo de consolidação.

Esta combinação única de métodos - um sono contra projeto esteira, uma medição de valores de repouso de cortisol salivar, uma avaliação do olhar durante a codificação, e uma administração de um teste de memória de reconhecimento de comportamento - levou não só a descoberta de um efeito interativo de cortisol e dormir em consolidação, mas também para determinar um potencial mecanismo atencional por detrás deste efeito. Em geral, este estudo pode ser utilizado como um exemplo de como combinar metodologias que são tipicamente utilizados, independentemente, a fim de conseguir uma melhor compreensão das interacções complexas entre as variáveis ​​que afectam a cognição.

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Salimetrics oral swabs (SOS)	Salimetrics	5001.02
Swab storage tubes (SST)	Salimetrics	5001.05
Eye tracker	SensoMotoric Instruments (SMI)	iView X Hi-Speed