测量幼儿期午睡期间睡眠依赖记忆巩固背后的神经机制
Summary
该协议描述了用于检查幼儿期午睡期间睡眠依赖性记忆巩固背后的神经机制的方法。它包括检查睡眠对行为记忆性能的影响的程序，以及多导睡眠和活动学的应用和记录。
Abstract
睡眠对日常功能至关重要。睡眠的一个重要功能是巩固记忆，这个过程使它们更强大，不易受到干扰。使用多导睡眠学（PSG），可以研究睡眠对记忆益处背后的神经机制。PSG 是生理记录的组合，包括来自大脑 （EEG）、眼睛 （EOG） 和肌肉 （EMG） 的信号，用于对睡眠阶段进行分类。在此协议中，我们描述了 PSG 如何与行为记忆评估、行为学和父报告结合使用，以检查依赖于睡眠的内存整合。该协议的重点是幼儿期，这是儿童从双相睡眠（包括午睡和通宵睡眠）过渡到单相睡眠（仅限夜间睡眠）的一段重要时期。睡眠对记忆性能的影响是使用在睡眠和清醒休息期间进行视空间记忆评估来测量的。活动学和家长报告的组合用于评估睡眠节奏（即，将儿童描述为习惯性或非习惯性尿布）。最后，PSG用于描述午睡期间这些阶段的睡眠阶段和品质（如频率和主轴的存在）。使用PSG的优点是，它是目前唯一可用于评估睡眠质量和睡眠架构的工具，指向支持记忆整合的相关大脑状态。PSG 的主要限制是准备录制蒙太奇所需的时间长度，并且录制通常占用一次睡眠。这些限制可以通过让年轻参与者在应用期间分散注意力的任务，并将PSG与动作和自我/父母报告措施相结合来描述睡眠周期来克服。总之，这种独特的方法组合允许调查午睡如何支持学龄前儿童的学习。
Introduction
鉴于睡眠在我们的日常生活中的流行，重要的是要了解它的功能。与这个目标的研究需要精确测量睡眠。多导睡眠学（PSG）是睡眠的黄金标准测量指标。PSG 允许以高时间分辨率对睡眠进行客观、定量的测量，并且可用于研究和临床目的。PSG 是生理记录的组合。至少，PSG 蒙太奇包括以下测量：脑电图 （EEG）、脑电图 （EOG） 和肌电图 （EMG）。这些措施分别评估大脑、眼睛和肌肉的电势，并允许对睡眠阶段进行分类（见图1）。其他措施，如心电图（ECG）、呼吸和脉搏血氧仪，可以包括，以确定睡眠紊乱的存在。
图1：通过PSG记录的电极放置示例和活动描述。请点击此处查看此图的较大版本。
PSG 允许将睡眠分为四个不同的睡眠阶段：非快速眼动（非 REM） 阶段 1 （nREM1; 4⁄7 Hz）、非 REM 阶段 2（nREM2;12+15 Hz）和非 REM 阶段 3（通常称为慢波睡眠 [SWS];0.5⁄4 Hz）和快速眼动 （REM）） 睡眠。nREM1 标记睡眠开始，并根据 EMG 重新编码中的肌肉张力降低和混合振幅 EEG 振荡相对于在休息唤醒中观察到的 Alpha 进行识别。其次是nREM2，可以通过脑电图中存在睡眠主轴（西格玛频率活动短突发;11~16 Hz）和K复合物（从周围活动中脱颖而出的单慢波）来区分。SWS 的特点是明显的慢频高振幅 EEG 振荡。REM睡眠的特点是快速低振幅振荡脑活动非常相似，在唤醒期间观察到。然而，REM睡眠与觉醒的区别是，它还具有相称快速眼动（因此名字REM）和肌肉肌张力障碍的特点。在睡眠过程中，睡眠阶段是周期性的，速度约为90分钟/周期。
睡眠也遵循昼夜节律，睡眠周期在24小时周期内发生。睡眠时间和一致性可能会影响睡眠功能，并且对评估也很重要。虽然PSG是描述睡眠阶段所必需的，但应用是费时费力的，因此对于评估多次睡眠（例如，多晚睡眠、午睡和通宵睡眠）来说并不理想。对于这一点，行为学是有益的。Actigraphy 使用三轴加速度计（通常在手腕上）根据没有运动来估计睡眠。虽然不能用行为学来描述睡眠阶段，但它已被证明在从婴儿1到老年人2的人群中检测睡眠开始和觉醒（包括睡眠碎片或睡眠发病后醒来）是可靠的。.PSG 和活动学都是首选方法，而不是自我/父报告度量。自我/父母报告措施易于管理，而且费用相对低廉，但也可能受到偏见和不遵约。最后，值得注意的是，这些方法可以结合使用，以利用每种方法的优点。例如，PSG 可以与活动学和/或自我/父母报告相结合，以获得夜间睡眠质量以及睡眠数量或睡眠-觉醒周期的验证，尤其是在长时间（例如，数周或数月）期间。
睡眠的一个功能，已经引起了特别的兴趣是睡眠依赖记忆巩固，处理记忆，使他们更强大，不易受到干扰3。虽然记忆巩固可以在儿童4和成人5的唤醒期间发生，但有大量证据表明，在睡眠期间巩固增强。过去的研究通过将睡眠间隔（例如晚上 8 点 -8 点）后的记忆性能变化与唤醒时间（例如上午 8 点到晚上 8 点）后的变化进行比较，提供了睡眠依赖性记忆整合的行为示例。在成人中，记忆在睡眠间隔后受到保护6甚至增强7，而记忆通常在等同间隔的唤醒时间内衰减。已采用的控制措施，将性能变化与昼夜影响8、9、10分离。例如，在将午睡的表现与等效的中午后唤醒期9进行比较时，观察到睡眠的类似好处。
虽然睡眠曾经被认为反映了一个被动的过程，只是保护记忆免受衰变或干扰，现代理论认为睡眠起着更积极的作用，并且通过重新激活来促进记忆。， 13.支持这一点来自观察到的睡眠中记忆巩固行为测量（睡眠后记忆记忆与睡眠前相比的变化）与睡眠生理学的特定方面之间的相关性。对于许多声明性内存任务，内存整合与非 REM 睡眠的各个方面相关，特别是 nREM2 和 SWS 中找到的 SWS 或睡眠主轴的度量。如果睡眠的作用是被动保护免受干扰，则这种相关性是意料之中的;而睡眠时间（无论睡眠阶段如何）和性能之间的相关性是预料之中的，因为睡眠时间越多，就越能提供更多的保护，免受干扰。
在目标内存重新激活的研究中，SWS 在内存整合中的主动作用提供了更多支持。在这些研究中，记忆是在感性提示的上下文中学习的，例如气味，如果提示在睡眠期间被重新呈现，SWS，尤其是15，则睡眠后记忆的回忆会更大。尽管潜在的机制是辩论16，17，一个突出的理论，系统整合理论，认为在海马编码的记忆稳定在皮层通过海马-新皮质的对话。具体来说，皮质慢波和睡眠主轴，与与记忆重新激活相关的海马纹发生，支持记忆转移3。
睡眠在开发过程中记忆整合中的作用不太清楚。幼儿期是一个特别感兴趣的时期，因为儿童开始从双相（包括午睡和通宵睡眠）过渡到单相睡眠模式。最近的研究表明，这种转变可能反映了大脑成熟18。这一论点与显示夜间睡眠发育变化（即慢波活动地形）的经验数据一致，反映了皮质成熟19。
尽管在20岁、21岁和婴儿22岁有一些夜间睡眠依赖性巩固的行为示范，但关于记忆巩固与中日睡眠的神经基础的研究刚刚开始被调查在研究幼儿午睡对记忆作用的开创性工作中，午睡可以保护对最近获得的信息的记忆，而记忆则减少（12%）当孩子们在午睡间隔23时保持清醒。这种”午睡的好处”在习惯性地打盹的儿童中是最大的（即，每周5次或5次以上，以行为学衡量），而不管他们的年龄如何。通过在午睡期间记录PSG，发现整个午睡期间记忆性能的变化与睡眠主轴密度（nREM每分钟睡眠主轴数）有特别关联，这表明午睡质量（而不是数量）是促进内存保留（请参阅代表性结果部分）。
本研究强调了PSG在探索发育过程中睡眠与记忆之间关系的意义。它指出在午睡期间对睡眠宏观（睡眠阶段）和微（这些阶段的质量，如频率和主轴的存在）结构进行特征化的重要性，以便记忆巩固。它还强调了评估睡眠节奏的重要性（将儿童描述为习惯性或非习惯性午睡者）。尽管我们的工作在视觉空间学习（以及最近情绪化24和程序性25学习）中具有午睡功能的特点，但许多问题依然存在。例如，检查其他声明性记忆任务，以评估这些发现的通用性，并评估学前课堂使用的任务，以了解特定参数（例如，与学习相关的午睡益处），这一点非常重要。生态上有效的任务。还需要做额外的工作，以了解唤醒何时足以进行内存整合。因此，我们的目标是揭开测量儿童睡眠和睡眠依赖性记忆巩固过程的神秘面纱。我们提供了实用的提示，用于利用计算机化的视法记忆任务，以及评估午睡习惯性的方法，在通常发育的学龄前儿童（大约 3 到 4 岁）中检查午睡对声明性记忆的好处。使用PSG使用活动学、父母报告和午睡生理学。虽然这些方法是为以不同频率打盹的学龄前儿童开发的，但这些方法可以适应任何年龄组。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文介绍如何研究幼儿时期午睡期间声明性记忆的睡眠依赖性合并。方法包括行为评估记忆在午睡和清醒条件，行为和家长报告，以评估睡眠周期，和PSG评估睡眠架构。这种独特的组合对于评估记忆、描述睡眠周期以及检查睡眠对记忆的好处背后的神经机制至关重要。代表性结果表明，学习和记忆依赖于午睡，尤其是习惯性午睡者。具体来说，习惯性午睡者比保持清醒（即午睡福利分数）相比，?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者要感谢马里兰大学的神经认知发展实验室、学院公园和马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的索姆内神经实验室为这个项目提供了帮助。资金由NIH（HD094758）和NSF（BCS 1749280）提供给TR和RS。代表性成果由NIH HL111695资助。
Materials
| Actiwatch Spectrum Plus Starter Kit | Philips Respironics | 1109516 | Includes: Actiwatch Spectrum Plus Device, Actiware Software License, and manual |
| Actiware software | Philips Respironics | 1114828 | Alternatives may be available. |
| Brain Analyzer | Brain Products | BV-BP-170-1000 | Alternatives may be available. |
| Dell Latitude 5580 Laptop | Dell | X5580T [210-AKJR] | Laptop for running MatLab, Actiware, and RemLogic as well as storing/uploading data |
| EC2 cream | Grass | 12643 | Possible alternatives include Ten20 paste and Lic2 electride cream |
| Embla REMLogic software | Natus Medical Inc. | 21475 | Alternatives may be available. |
| Embletta MPR PG Sys – XR – US | Natus Medical Inc. | 12077 | Embletta system for PSG recordings |
| Embletta MPR ST + Proxy Kit | Natus Medical Inc. | 12696 | Attachment to Embletta to record PSG sensors |
| Nuprep cleaning solution | Natus Medical Inc. | 12643 | Possible alternatives may be available. |
| Sleep Supplies Starter Kit for Embletta MPR ST/ST + Proxy | Natus Medical Inc. | 12643 | Started kit for sleeping including guaze, EC2 cream, NuPrep cleaning solution, cotton swabs and more. |
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