Name: measuring neural mechanisms underlying sleep-dependent memory consolidation during naps in early childhood
Uploaded: 2019-10-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring Neural Mechanisms Underlying Sleep-Dependent Memory Consolidation During Naps in Early Childhood at JoVE.com

Författarna skulle vilja tacka neurokognitiva Development Lab vid University of Maryland, College Park och Somneuro Lab vid University of Massachusetts, Amherst för hjälp med detta projekt. Finansiering tillhandahölls av NIH (HD094758) och NSF (BCS 1749280) till TR och RS. Representativa resultat finansierades av NIH HL111695.

Innan något forsknings förfarande inleds bör skriftligt medgivande inhämtas från föräldern och muntligt medgivande inhämtas från barnet för alla studie förfaranden.
Anm.: se figur 2 för en översikt över procedurerna.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60200/60200fig2.jpg"> Figur 2: översikt över protokoll. Varje ruta representerar en dag. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60200...

<ol>
	<li>Sadeh, A., Acebo, C., Seifer, R., Aytur, S., Carskadon, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity-based+assessment+of+sleep-wake+patterns+during+the+1st+year+of+life.">Activity-based assessment of sleep-wake patterns during the 1st year of life.</a> Infant Behavioral Development. 18 (3), 329-337 (1998).</li><li>Sadeh, A., Urbach, D., Lavie, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actigraphically-based+automatic+bedtime+sleep-wake+scoring:+Validity+and+clinical+applications.">Actigraphically-based automatic bedtime sleep-wake scoring: Validity and clinical applications.</a> Journal Ambulatory Monitoring. 2 (3), 209-216 (1989).</li><li>Rasch, B., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=About+sleep's+role+in+memory.">About sleep's role in memory.</a> Physiological Reviews. 93, 681-766 (2013).</li><li>Werchan, D. M., G&#243;mez, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wakefulness+(not+sleep)+promotes+generalization+of+word+learning+in+2.5-year-old+children.">Wakefulness (not sleep) promotes generalization of word learning in 2.5-year-old children.</a> Child Development. 85 (2), 429-436 (2014).</li><li>Wang, J. Y., Weber, F. D., Zinke, K., Inostroza, M., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=More+effective+consolidation+of+episodic+long-term+memory+in+children+than+adults-unrelated+to+sleep.">More effective consolidation of episodic long-term memory in children than adults-unrelated to sleep.</a> Child Development. 89 (5), 1720-1734 (2018).</li><li>Sonni, A., Spencer, R. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+protects+memories+from+interference+in+older+adults.">Sleep protects memories from interference in older adults.</a> Neurobiology of Aging. 36 (7), 2272-2281 (2015).</li><li>Marshall, L., Helgad&#243;ttir, H., M&#246;lle, M., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boosting+slow+oscillations+during+sleep+potentiates+memory.">Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory.</a> Nature. 444 (7119), 610-613 (2006).</li><li>Baran, B., Wilson, J., Spencer, R. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=REM-dependent+repair+of+competitive+memory+suppression.">REM-dependent repair of competitive memory suppression.</a> Experimental Brain Research. 203 (2), 471-477 (2010).</li><li>Diekelmann, S., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+memory+function+of+sleep.">The memory function of sleep.</a> Nature Reviews Neuroscience. 11 (2), 114-126 (2010).</li><li>Stickgold, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+dependent+memory+consolidation.">Sleep dependent memory consolidation.</a> Nature. 437 (27), 1272-1278 (2005).</li><li>Dudai, Y., Karni, A., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+consolidation+and+transformation+of+memory.">The consolidation and transformation of memory.</a> Neuron. 88 (1), 20-32 (2010).</li><li>Feld, G. B., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sculpting+memory+during+sleep:+concurrent+consolidation+and+forgetting.">Sculpting memory during sleep: concurrent consolidation and forgetting.</a> Current Opinion in Neurobiology. 44, 20-27 (2017).</li><li>Staresina, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+nesting+of+slow+oscillations,+spindles+and+ripples+in+the+human+hippocampus+during+sleep.">Hierarchical nesting of slow oscillations, spindles and ripples in the human hippocampus during sleep.</a> Nature Neuroscience. 18 (11), 1679-1686 (2015).</li><li>Ellenbogen, J. M., Payne, J. D., Stickgold, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+sleep+in+declarative+memory+consolidation:+passive,+permissive,+active+or+none?.">The role of sleep in declarative memory consolidation: passive, permissive, active or none?.</a> Current Opinion Neurobiology. 16 (6), 716-722 (2006).</li><li>Oudiette, D., Paller, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upgrading+the+sleeping+brain+with+targeted+memory+reactivation.">Upgrading the sleeping brain with targeted memory reactivation.</a> Trends in Cognitive Sciences. 17 (3), 142-149 (2013).</li><li>Yonelinas, A. P., Ranganath, C., Ekstrom, A. D., Wiltgen, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+contextual+binding+theory+of+episodic+memory:+systems+consolidation+reconsidered.">A contextual binding theory of episodic memory: systems consolidation reconsidered.</a> Nature Reviews Neuroscience. 20, 364-375 (2019).</li><li>Antony, J. W., Schapiro, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+and+effective+replay:+systems+consolidation+reconsidered+again.">Active and effective replay: systems consolidation reconsidered again.</a> Nature Reviews Neuroscience. , (2019).</li><li>Lam, J., Mahone, E. M., Mason, T., Scharf, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+napping+on+cognitive+function+in+preschoolers.">The effects of napping on cognitive function in preschoolers.</a> Journal of Developmental &amp; Behavioral Pediatrics. 32 (2), 90-97 (2011).</li><li>Kurth, S., Ringli, M., Geiger, A., Lebourgeois, M., Jenni, O. G., Huber, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-density+sleep+electroencephalogram+study.">High-density sleep electroencephalogram study.</a> Journal of Neuroscience. 30 (40), 13211-13219 (2010).</li><li>Backhaus, J., Hoeckesfeld, R., Born, J., Hohagen, F., Junghanns, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immediate+as+well+as+delayed+post+learning+sleep+but+not+wakefulness+enhances+declarative+memory+consolidation+in+children.">Immediate as well as delayed post learning sleep but not wakefulness enhances declarative memory consolidation in children.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 89 (1), 76-80 (2008).</li><li>Wilhelm, I., Diekelmann, S., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+in+children+improves+memory+performance+on+declarative+but+not+procedural+tasks+TT+-+Bei+Kindern+verbessert+Schlaf+die+Ged&#228;chtnisleistung+f&#252;r+deklarative+aber+nicht+f&#252;r+prozedurale+Aufgaben.">Sleep in children improves memory performance on declarative but not procedural tasks TT - Bei Kindern verbessert Schlaf die Ged&#228;chtnisleistung f&#252;r deklarative aber nicht f&#252;r prozedurale Aufgaben.</a> Learning and Memory. 15 (5), 373-377 (2008).</li><li>Seehagen, S., Konrad, C., Herbert, J. S., Schneider, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Timely+sleep+facilitates+declarative+memory+consolidation+in+infants.">Timely sleep facilitates declarative memory consolidation in infants.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (5), 1625-1629 (2015).</li><li>Kurdziel, L., Duclos, K., Spencer, R. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+spindles+in+midday+naps+enhance+learning+in+preschool+children.">Sleep spindles in midday naps enhance learning in preschool children.</a> Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America. 110 (43), 17267-17272 (2013).</li><li>Kurdziel, L. B. F., Kent, J., Spencer, R. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep-dependent+enhancement+of+emotional+memory+in+early+childhood.">Sleep-dependent enhancement of emotional memory in early childhood.</a> Scientific Reports. 8 (12609), 1-10 (2018).</li><li>Desrochers, P. C., Kurdziel, L. B. F., Spencer, R. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delayed+benefit+of+naps+on+motor+learning+in+preschool+children.">Delayed benefit of naps on motor learning in preschool children.</a> Experimental Brain Research. 234 (3), 763-772 (2016).</li><li>Maldonado, C. C., Bentley, A. J., Mitchell, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pictorial+sleepiness+scale+based+on+cartoon+faces.">A pictorial sleepiness scale based on cartoon faces.</a> Sleep. 27 (3), 541-548 (2004).</li><li>Stern, R. A., Arruda, J. E., Hooper, C. R., Wolfner, G. D., Morey, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+analogue+mood+scales+to+measure+internal+mood+state+in+neurologically+impaired+patients:+Description+and+initial+validity+evidence.">Visual analogue mood scales to measure internal mood state in neurologically impaired patients: Description and initial validity evidence.</a> Aphasiology. 11 (1), 59-71 (1997).</li><li>Plihal, W., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+early+and+late+nocturnal+sleep+on+indicators+of+procedural+and+declarative+memory.">Effects of early and late nocturnal sleep on indicators of procedural and declarative memory.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 9 (4), 534-547 (1997).</li><li>Donohue, K. C., Spencer, R. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+re-exposure+to+environmental+sound+cues+during+sleep+does+not+improve+memory+for+semantically+unrelated+word+pairs.">Continuous re-exposure to environmental sound cues during sleep does not improve memory for semantically unrelated word pairs.</a> Journal of Cognitive Education and Psychology. 10 (2), 167-177 (2015).</li><li>Wilson, J. K., Baran, B., Pace-Schott, E. F., Ivry, R. B., Spencer, R. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep+modulates+word-pair+learning+but+not+motor+sequence+learning+in+healthy+older+adults.">Sleep modulates word-pair learning but not motor sequence learning in healthy older adults.</a> Neurobiology of Aging. 33 (5), 991-1000 (2012).</li><li>Wamsley, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+sleep+spindles+and+spindle+coherence+in+schizophrenia:+Mechanisms+of+impaired+memory+consolidation?.">Reduced sleep spindles and spindle coherence in schizophrenia: Mechanisms of impaired memory consolidation?.</a> Biological Psychiatry. 71 (2), 154-161 (2012).</li><li>M&#246;lle, M., Bergmann, T. O., Marshall, L., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+and+slow+spindles+during+the+sleep+slow+oscillation:+Disparate+coalescence+and+engagement+in+memory+processing.">Fast and slow spindles during the sleep slow oscillation: Disparate coalescence and engagement in memory processing.</a> Sleep. 34 (10), 1411-1421 (2011).</li><li>Acebo, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sleep/wake+patterns+derived+from+activity+monitoring+and+maternal+report+for+healthy+1-+to+5-year-old+children.">Sleep/wake patterns derived from activity monitoring and maternal report for healthy 1- to 5-year-old children.</a> Sleep. 28 (12), 1568-1577 (2005).</li><li>Acebo, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+sleep+patterns+with+activity+monitoring+in+children+and+adolescents:+How+many+nights+are+necessary+for+reliable+measures?.">Estimating sleep patterns with activity monitoring in children and adolescents: How many nights are necessary for reliable measures?.</a> Sleep. 22 (1), 95-103 (1999).</li><li>Geiger, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+sleep+EEG+as+a+marker+of+intellectual+ability+in+school+age+children.">The sleep EEG as a marker of intellectual ability in school age children.</a> Sleep. 34 (2), 181-189 (2011).</li><li>Wagner, U., Gais, S., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emotional+memory+formation+is+enhanced+across+sleep+intervals+with+high+amounts+of+rapid+eye+movement+sleep.">Emotional memory formation is enhanced across sleep intervals with high amounts of rapid eye movement sleep.</a> Learning and Memory. 8, 112-119 (2001).</li><li>G&#243;mez, R. L., Bootzin, R. R., Nadel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naps+promote+abstraction+in+language-learning+infants.">Naps promote abstraction in language-learning infants.</a> Psychological Science. 17 (8), 670-674 (2006).</li><li>Konrad, C., Herbert, J. S., Schneider, S., Seehagen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gist+extraction+and+sleep+in+12-month-old+infants.">Gist extraction and sleep in 12-month-old infants.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 134, 216-220 (2016).</li></ol>

Den här artikeln beskrivs hur du undersöker sömn beroende konsolidering av deklarativt minne under tupplurar i tidig barndom. Metoder inkluderar beteendemässig bedömning av minne över NAP och vakna villkor, actigraphy och förälder-rapport för att bedöma sömncykler, och PSG att bedöma sömn arkitektur. Denna unika kombination är avgörande för att bedöma minne, karakterisera sömncykler, och undersöka de neurala mekanismerna bakom fördelen med sömn på minnet. Representativa resultat tyder på att inlär...

Givet sömnens prevalens i vår dagliga rutin, är det viktigt att förstå dess funktion. Studier med detta mål kräver exakt mätning av sömn. Polysomnografi (PSG) är det guld-standart mäter av sömn. PSG möjliggör objektiva, kvantitativa mätningar av sömn med hög temporala upplösning och kan vara användbara för både forskning och kliniska ändamål. PSG är en kombination av fysiologiska inspelningar. Ett PSG-montage omfattar minst följande åtgärder: elektroencefalografi (EEG), elektrooculografi (EOG) och Elektromyografi (EMG). Dessa åtgärder bedömer elektriska potentialer från hjärnan, ögonen och musklerna respektive, och möjliggör klassificering av sömn stadier (se figur 1). Andra åtgärder, såsom elektrokardiografi (EKG), andning, och pulsoximetri kan inkluderas för att identifiera närvaron av oordnad sömn.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60200/60200fig1b.jpg"> Figur 1: exempel på elektrodplacering och beskrivning av aktivitet som registrerats via PSG. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60200/60200fig1blarge.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
PSG gör att sömnen kan karakteriseras i fyra distinkta sömn stadier: icke-snabb ögonrörelse (icke-REM) steg 1 (nREM1; 4 − 7 Hz), icke-REM-steg 2 (nREM2; 12 − 15 Hz) och icke-REM-steg 3 (mer allmänt känd som Slow wave sleep [SWS]; 0,5 − 4 Hz) och snabb-ögonrörelse (REM sömn. nREM1 markerar insomnande, och identifieras baserat på minskad muskeltonus i EMG omkodning och blandad amplitud EEG-svängningar i förhållande till alfa observeras i vila vakna. Detta följs av nREM2, som kan särskiljas genom närvaron av sömn spindlar (korta skurar av Sigma frekvens aktivitet, 11 − 16 Hz) och K-komplex (enstaka långsamma vågor som sticker ut från den omgivande aktiviteten) i EEG. SWS kännetecknas av distinkta långsamma frekvenser med hög amplitud EEG-svängningar. REM-sömn kännetecknas av snabb låg amplitud oscillatoriska hjärnaktivitet mycket likt den som observerats under Wake. Emellertid, vad som skiljer REM-sömn från Wake är att det också kännetecknas av phasic snabba ögonrörelser (därav monikern REM) och muskel Atonia. Under loppet av en sömn bout, sömn stadier upplevs cykliskt, med en hastighet av ca 90 min/cykel.
Sömnen följer också dygnsrytmen, med sömn anfall som äger rum i 24-h cykler. Sömn timing och konsistens kan påverka sömn funktionen och är också viktiga att bedöma. Även om PSG är nödvändigt att karakterisera sömn stadier, är det tidskrävande att tillämpa och därför inte idealisk för att bedöma flera sömn anfall (t. ex. flera nätter av sömn, tupplurar och övernattning sömn). För detta är actigraphy fördelaktigt. Actigraphy använder en Tri-axial accelerometer, typiskt på handleden, för att uppskatta sömnen baserat på frånvaron av rörelse. Även om actigraphy inte kan användas för att karakterisera sömn stadier, det har visat sig vara tillförlitlig på att upptäcka insomnande och vakna debut (inklusive sömnfragmentering eller vakna efter insomnande) i en rad populationer från spädbarn1 till äldre vuxna2 . Både PSG och actigraphy är föredragna metoder över själv/förälder-rapportåtgärder. Själv/förälder-rapportåtgärder är lätta att administrera och relativt billig, men de är också föremål för bias och bristande efterlevnad. Slutligen, det är värt att notera att dessa metoder kan användas i kombination för att kapitalisera på styrkor av varje. Till exempel kan PSG kombineras med actigraphy och/eller själv/förälder-rapport för att få både övernattning sömnkvalitet samt verifiering av sömn mängder eller sömn-vakna cykler, särskilt över långa varaktigheter (t. ex., veckor eller månader).
En funktion av sömn som har samlat särskilt intresse är sömn beroende minne konsolidering, bearbetning av minnen som lämnar dem starkare och mindre sårbara för störningar3. Även om minne konsolidering kan ske under Wake i barn4 och vuxna5, det finns betydande bevis för att konsolideringen förbättras under sömnen. Tidigare forskning har gett beteendemässiga exempel på sömn beroende minne konsolidering genom att jämföra förändringar i minnet prestanda efter ett intervall av sömn (t. ex., 8 PM − 8 am) till förändringar efter en motsvarande intervall tillbringade vaken (t. ex., 8 am − 8 PM). Hos vuxna, minnen är skyddade6 eller till och med förbättrats7 efter ett intervall av sömn medan minnen typiskt förfall över ett motsvarande intervall av vakna. Kontroller har använts som separerar prestanda förändringar från cirkadiska influenser8,9,10. Till exempel observeras liknande förmåner av sömn när du jämför prestanda över en Mid-Day NAP till en motsvarande mitt på dagen vakna period9.
Även om sömnen en gång var tänkt att återspegla en passiv process, helt enkelt skydda minnen från förfall eller störningar, föreslår moderna teorier sova spelar en mer aktiv roll och faktiskt främjar minne genom reactivations11,12 ,13. Stöd för detta kommer från observerade korrelationer mellan beteendemässiga åtgärder för minne konsolidering över sömn (förändring i minnet minns efter sömn jämfört med före sömn) och specifika aspekter av sömnfysiologi. För många deklarativa minne uppgifter, minne konsolidering är associerad med aspekter av icke-REM-sömn, särskilt åtgärder av SWS eller Sleep spindlar finns i nREM2 och SWS. Om sömn roll var passivt skydd från störningar, skulle en sådan korrelation inte förväntas; snarare en korrelation mellantid sovande (oavsett sömn skede) och prestanda skulle förväntas, eftersom mer tid att sova skulle ge mer skydd från störningar14.
Ytterligare stöd för den aktiva rollen för SWS i minnet konsolidering är tydligt i studier av riktade minne reaktivering. I dessa studier, är ett minne lärt sig i samband med en perceptuell Cue, till exempel en lukt, och återkallande av minnet är större efter sömn om Cue är åter presenteras under sömnen, SWS särskilt15. Även om den bakomliggande mekanismen diskuteras16,17, en framstående teori, system konsoliderings teori, hävdar att minnen kodade i hippocampus stabiliseras i cortex men Hippocampus-neokortikala dialog. Specifikt, kortikala långsamma vågor och sömn spindlar, som förekommer i samband med Hippocampus krusningar i samband med minne reaktivering, stödja minnes överföring3.
Rollen som sömn i minnet konsolidering under utvecklingen är mindre tydlig. Tidig barndom är en period av särskilt intresse som barn börjar övergå från en bifasisk (bestående av en mitt på dagen tupplur och en övernattning sova bout) till en monofasisk sömnmönster. Ny forskning tyder på att denna övergång kan återspegla hjärnans mognad18. Detta argument är förenligt med empiriska data som visar utvecklingsmässiga förändringar i nattsömn (dvs topografi av Slow wave aktivitet) speglar som av kortikal mognad19.
Även om det finns flera beteendemässiga demonstrationer av övernattning sömn beroende konsolidering hos barn20,21 och spädbarn22, forskning på neurala underbyggnad av minne konsolidering med Mid-Day Sleep är just börjat undersökas. I banbrytande arbete undersöker roll Mid-Day tupplurar på minne i förskolebarn, tupplurar visades att skydda minnen av nyligen lärt information, medan minnet reducerades (av ~ 12%) När barn stannade vakna under NAP-intervallet23. Detta "NAP Benefit" var störst hos barn som nappade vanligtvis (dvs 5 eller fler gånger per vecka mätt med actigraphy) oavsett ålder. Genom att registrera PSG under NAP konstaterades att förändringen i minnesprestanda över NAP-perioden var specifikt förknippad med sömn spindel täthet (antalet sömn spindlar per minut av nREM), vilket tyder på att NAP-kvalitet (inte kvantitet) var en kritisk faktor för främja minneslagring (se avsnittet representativa resultat).
Denna studie belyser betydelsen av PSG i att utforska relationerna mellan sömn och minne under utvecklingen. Det pekar på vikten av att karakterisera Sleep Macro-(Sleep stadier) och mikro-(kvaliteter av dessa stadier såsom frekvenser och närvaron av spindlar) strukturer under tupplurar för minne konsolidering. Det belyser också vikten av att bedöma sömn rytmer (karakterisera barn som vanliga eller icke-vanliga blödare). Även om vårt arbete har präglat funktionen av tupplurar i visuospatial inlärning (och mer nyligen känslomässiga24 och processuella25 lärande), många frågor kvarstår. Det kommer till exempel att vara viktigt att undersöka andra deklarativa minnes uppgifter för att bedöma generalizabilityen av dessa fynd och att bedöma uppgifter som används i för skolans klassrum för att förstå specifika parametrar (t. ex. mängden NAP-förmån i förhållande till inlärning) för ekologiskt giltiga uppgifter. Ytterligare arbete kommer också att vara nödvändigt att förstå när Wake är tillräckligt för minne konsolidering. Således, vårt mål är att avmystifiera processen att mäta sömn och sömn-beroende minne konsolidering hos barn. Vi ger praktiska tips för att undersöka nyttan av en eftermiddag tupplur på deklarativt minne i typiskt utveckla förskolebarn (cirka 3 till 4 års ålder) med hjälp av en datoriserad visuospatial minne uppgift samt metoder för att bedöma NAP habituality använda actigraphy, förälder-rapport, och NAP fysiologi med hjälp av PSG. Även om dessa metoder har utvecklats för förskoleåldern barn som tupplur med varierande frekvens, dessa metoder kan anpassas till någon åldersgrupp.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Actiwatch Spectrum Plus Starter Kit</td>
			<td>Philips Respironics</td>
			<td>1109516</td>
			<td>Includes: Actiwatch Spectrum Plus Device, Actiware Software License, and manual</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Actiware software&#160;</td>
			<td>Philips Respironics&#160;</td>
			<td>1114828</td>
			<td>Alternatives may be available.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brain Analyzer</td>
			<td>Brain Products</td>
			<td>BV-BP-170-1000</td>
			<td>Alternatives may be available.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dell Latitude 5580 Laptop</td>
			<td>Dell</td>
			<td>X5580T [210-AKJR]</td>
			<td>Laptop for running MatLab, Actiware, and RemLogic as well as storing/uploading data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EC2 cream</td>
			<td>Grass</td>
			<td>12643</td>
			<td>Possible alternatives include Ten20 paste and Lic2 electride cream</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Embla REMLogic software&#160;</td>
			<td>Natus Medical Inc.</td>
			<td>21475</td>
			<td>Alternatives may be available.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Embletta MPR PG Sys - XR - US</td>
			<td>Natus Medical Inc.</td>
			<td>12077</td>
			<td>Embletta system for PSG recordings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Embletta MPR ST + Proxy Kit</td>
			<td>Natus Medical Inc.</td>
			<td>12696</td>
			<td>Attachment to Embletta to record PSG sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuprep cleaning solution</td>
			<td>Natus Medical Inc.</td>
			<td>12643</td>
			<td>Possible alternatives may be available.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sleep Supplies Starter Kit for Embletta MPR ST/ST + Proxy</td>
			<td>Natus Medical Inc.</td>
			<td>12643</td>
			<td>Started kit for sleeping including guaze, EC2 cream, NuPrep cleaning solution, cotton swabs and more.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring neural mechanisms underlying sleep-dependent memory consolidation during naps in early childhood

Sömn är avgörande för den dagliga driften. En viktig funktion i sömnen är konsolideringen av minnen, en process som gör dem starkare och mindre sårbara för störningar. De neurala mekanismerna bakom fördelen med sömn för minne kan undersökas med hjälp av polysomnografi (PSG). PSG är en kombination av fysiologiska inspelningar inklusive signaler från hjärnan (EEG), ögon (EOG), och muskler (EMG) som används för att klassificera sömn stadier. I det här protokollet beskriver vi hur PSG kan användas tillsammans med beteendemässiga minnes bedömningar, actigraphy och Parent-Report för att undersöka sömn beroende minnes konsolidering. Fokus för detta protokoll är på tidig barndom, en period av betydelse som barn övergången från BiPhasic sömn (bestående av en tupplur och övernattning sova) till monofasisk sömn (endast övernattning). Effekterna av viloläge på minnesprestanda mäts med hjälp av en visuospatial minne bedömning över perioder av sömn och wakeful-rest. En kombination av actigraphy och förälder rapport används för att bedöma sömn rytmer (dvs., karakterisera barn som vanliga eller icke-vanliga blödare). Slutligen används PSG för att karakterisera sömn stadier och kvaliteter i dessa stadier (t. ex. frekvenser och närvaron av spindlar) under tupplurar. Fördelen med att använda PSG är att det är det enda verktyg som för närvarande är tillgängliga för att bedöma sömnkvalitet och sömn arkitektur, pekar på relevanta hjärntillstånd som stöder minne konsolidering. De viktigaste begränsningarna i PSG är hur lång tid det tar att förbereda inspelnings montage och att inspelningar normalt tas över en sömn köpt. Dessa begränsningar kan övervinnas genom att engagera unga deltagare i distraherande uppgifter under ansökan och kombinera PSG med actigraphy och Self/förälder-rapportåtgärder för att karakterisera sömncykler. Tillsammans möjliggör denna unika kombination av metoder utredningar om hur tupplurar stöder inlärning i förskolebarn.

Med hjälp av de förfaranden som beskrivs här, Kurdziel och kollegor23 undersökt sömn beroende minne konsolidering under tupplurar i förskolebarn. Resultaten visade barnens återkallande noggrannhet på visuospatial minne uppgift efter en tupplur var bättre än deras återkallande noggrannhet efter en liknande period under vilken de förblev vaken (dvs., betecknar en "NAP-förmån", figur 4). Dessutom, de som tillbringade föregående dag i k...

Watch this Scientific Journal Video about Measuring Neural Mechanisms Underlying Sleep-Dependent Memory Consolidation During Naps in Early Childhood at JoVE.com

Measuring Neural Mechanisms Underlying Sleep-Dependent Memory Consolidation During Naps in Early Childhood

Detta protokoll beskriver metoder som används för att undersöka Neurala mekanismer underliggande sömn beroende minne konsolidering under tupplurar i tidig barndom. Den innehåller förfaranden för att undersöka effekten av sömn på beteendemässiga minnesprestanda, samt tillämpning och inspelning av både polysomnografi och actigraphy.

Mätning av neurala mekanismer bakom sömn beroende minnes konsolidering under tupplurar i tidig barndom

Sleep is critical for daily functioning. One important function of sleep is the consolidation of memories, a process that makes them stronger and less ...

Detta protokoll möjliggör mätning av sömnberoende minne konsolidering hos barn och ger en praktisk metod för att undersöka nyttan av tupplur på deklarativa minne i typiskt utveckla barn. Resultat från denna teknik kommer att få konsekvenser för förskoleverksamhet, eftersom de kommer att ge empiriskt baserade rekommendationer för tupplur längder i förskolan klassrum. Den största fördelen med denna metod är att den kan användas för att bedöma både sömnfördelning och sömnarkitektur, som ger data angående hjärnstater som stöder minneskonsolidering.Även om dessa metoder har utvecklats för att undersöka minne konsolidering under tupplurar i förskoleåldern barn, kan de anpassas för användning med alla åldersgrupper och för övernattning sömn skjutningarna. Korrekt mätning och förberedelse av elektrodplats är avgörande för att uppnå låga impedanser och högkvalitativa data, vilket kan vara svårt hos förskolebarn. Demonstrerar proceduren med Tamara Allard blir Arcadia Ewell och Benjamin Weinberg, forskningsassistenter i laboratoriet.Efter att ha förklarat proceduren för barnet och föräldern med hjälp av åldersanpassade material, ha barnet engagera sig i en tyst aktivitet. Med hjälp av ett flexibelt måttband och Kina-markör mäter du avståndet från inionen till nasion, och placera ett märke vid halvvägs. Mät avståndet från preauricular hack på ena örat till preauricular hack på det andra örat, och placera ett märke på halvvägs.Skärningspunkten mellan dessa två märken är referenspunkten, eller CZ. Mät 10%av injonet till nasionavståndet upp från inionen och 10%av preauricular skåran till preauricular notch mätning från denna punkt på vardera sidan. Gör sedan O tre märken på ena sidan och O fyra märket på den andra. Mät ut 20%av preauricular notch till preauricular notch mätning från referenspunkten på vardera sidan av huvudet, och gör C tre och C fyra märken på varje sida.Mät 20%av injonet till nasionavståndet upp från referenspunkten, och mät ut 20%av preauricular skåran till preauricular notch mätning från denna punkt på vardera sidan. Gör sedan F tre och F fyra märken på varje sida av denna punkt. När alla märken har placerats, använd en alkoholsvabb för att rengöra den första elektrodplatsen innan du använder en något slipande gel för att exfoliera huden.Ta bort eventuellt kvarvarande rengöringsmaterial, och fyll en elektrod med elektrodkräm. För elektroder placeras där hår är närvarande, tillämpa en extra droppe elektrod kräm till en gasväv kvadrat, och placera gasbinda på baksidan av elektroden. Placera elektroencefalografi elektroderna på varje markerad plats i hårbotten, på varje mastoid, och i mitten av pannan.Placera höger elektrookulografi elektrod intill och något överlägsen utsidan av det högra ögat, och placera den vänstra elektrookulografi elektroden till utsidan och något sämre än det vänstra ögat. Placera en elektromyografielektrod på höger kind, precis ovanför leendelinjen, och få barnet att säga ordet mjölk högt samtidigt som du känner för den plats där muskelsammandragningarna i nacke och haka är maximala, för att placera en andra elektromyografelektrod på vänster sida, strax ovanför där hakan möter halsen, intill matstrupen. När alla elektroderna har placerats, fäst elektroderna på inspelningsenheten, och initiera inspelningen för att säkerställa att alla elektroder klarar impedanstestet.För att administrera kodningsfasen av den visuospatiala minnesuppgiften, ange ett ålders-lämpligt antal att-vara-ihåg stimuli, och direkt barnet att identifiera varje bild med namn. Instruera barnet att komma ihåg platsen för varje bild inom rutnätet, och ersätt korten med tomma bilder. Presentera sedan bilderna en i taget, och be barnet att identifiera den tidigare platsen för bilden inom rutnätet, informera barnet om huruvida rätt plats angavs eller inte.När barnet har nått ett tröskelvärde på 75%korrekt bildidentifiering, administrera den omedelbara återkallelsefasen. Presentera bilderna igen en i taget, och be barnet att återkalla motsvarande plats utan att ge visuell eller verbal feedback och sondering varje objekt bara en gång. Vid ingåendet av den omedelbara återkallande fasen, har barnet använda toaletten innan du initierar barnets typiska pre-nap rutin.Låt barnet att tupplur i deras typiska tupplur plats. Sedan genomföra fördröjd återkallelse fas för visuospatial minne uppgift som tidigare visat för den omedelbara återkallande fas cirka 15 till 30 minuter efter det att barnet vaknar för att undvika sömn tröghet. I slutet av bedömningen av fördröjd återkallelse, använd vattenbaserad spray för att avlägsna elektroderna.För elektroder appliceras med tejp, använd en bomullstuss indränkt med babyolja för att mätta bandet innan försiktigt dra bandet upp från hörnen. I detta representativa experiment, barns minns noggrannhet på visuospatial minne uppgift efter en tupplur var bättre än deras återkallande noggrannhet efter en liknande period under vilken de förblev vaken, vilket innebär en tupplur fördel. Dessutom, de som tillbringade föregående dag i kölvattnet skick inte återhämta minnen under natten sömn.Av intresse var tuppluren förmån endast betydande hos barn som napped vanligtvis. Dessutom var prestanda på visuospatial minne uppgift relaterad till de uppgifter som erhållits från PSG inspelningar under tupplur. Specifikt var de färre sömnspindlar som registrerats under den icke-snabba ögonrörelsen steg två sömn relaterade till en bättre omedelbar återkallelse noggrannhet.Viktigt, det fanns ett positivt samband mellan förändringen i minns efter tupplur och sömn spindel densitet under icke-snabba ögonrörelser steg två sömn. Inget annat mått på sömnfysiologi bestämdes vara relaterade till minnesprestanda. Även om detta dokument fokuserar på PSG, en fullständig förståelse av sömnberoende minne konsolidering kommer att förlita sig på korrekt administration av kompletterande tekniker, såsom actigraphy och förälder rapport, för att bestämma sömn cykler.För att jämföra data som erhållits från nap och vakna befordran villkor, är det viktigt att hålla villkoren så lika som möjligt när det gäller deras varaktighet och störande, störande innehåll. Denna teknik kan öka vår förståelse av förhållandet mellan sömn och minne under tidig barndom, en period av utvecklingsmässiga betydelse som barn övergång från biphasic till monofasiska sömnmönster.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Combining Behavioral Endocrinology and Experimental Economics: Testosterone and Social Decision Making

Kombinera Behavioral Endokrinologi och experimentell ekonomi: Testosteron och sociala beslutsfattande

Behavioral endocrinological research in humans as well as in animals suggests that testosterone plays a key role in social interactions. Studies in ...

Mouse in Utero Electroporation: Controlled Spatiotemporal Gene Transfection

Mouse in Utero Electroporation: Controlled Spatiotemporal Gene Transfection

Mus I livmodern Elektroporation: Kontrollerad Spatiotemporal Gene Transfektion

In order to understand the function of genes expressed in specific region of the developing brain, including signaling molecules and axon guidance ...

Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Undersöka Neurala mekanismer Aware och omedveten rädsla minne med fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates ...

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Extinction utbildning under Återpackning Fönster Förhindrar Återvinning av rädsla

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Optisk inspelning av suprathreshold neural aktivitet med encelliga och single-spik upplösning

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Hippocampal Insulin Microinjection and In vivo Microdialysis During Spatial Memory Testing

Hippocampal Insulin Microinjection and In vivo Microdialysis During Spatial Memory Testing

Hippocampus insulin Mikroinjektion och<em&gt; In vivo</em&gt; Mikrodialys Under Spatial Memory Test

Glucose metabolism is a useful marker for local neural activity, forming the basis of methods such as 2-deoxyglucose and functional magnetic resonance ...

Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

Whole Cell Patch Clamp för att undersöka mekanismer Infraröd nervstimulering

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

A Lateralized Odor Learning Model in Neonatal Rats for Dissecting Neural Circuitry Underpinning Memory Formation

En Lateralized Lukt Learning Model hos neonatala råttor för Dissecting Neural strömkrets Stödja Minnes Formation

Rat pups during a critical postnatal period (&#8804; 10 days) readily form a preference for an odor that is associated with stimuli mimicking maternal ...

Measuring In Vivo Changes in Extracellular Neurotransmitters During Naturally Rewarding Behaviors in Female Syrian Hamsters

Measuring In Vivo Changes in Extracellular Neurotransmitters During Naturally Rewarding Behaviors in Female Syrian Hamsters

Mäta In Vivo förändringar i extracellulär signalsubstanser under naturligt belönande beteenden i kvinnliga syriska hamstrar

The ability to measure neurotransmitter release on a rapid time scale allows patterns of neurotransmission to be linked to specific behaviors or ...

Homochronic Transplantation of Interneuron Precursors into Early Postnatal Mouse Brains

Homochronic Transplantation av Interneuron prekursorer i tidig Postnatal mus hjärnor

Neuronal fate determination and maturation requires an intricate interplay between genetic programs and environmental signals. However, disentangling the ...