Ztráta spánku narušuje nervový podpis úspěšného učení, část 2

Materiály a metody

Účastníci

Padesát devět účastníků (32 žen, průměr ± standardní odchylka [SD] věk=20,10 ± 1,80) bylo přijato dobrovolně a absolvovalo předběžné sezení (viz níže).

Směrodatná odchylka je statistická míra rozptylu distribuce dat. Paměť označuje schopnost lidského mozku zapamatovat si informace. Nezdá se, že by mezi nimi byla velká korelace nebo spojení, ale určité spojení mezi nimi existuje. Pojďme se na to společně podívat.

Nejprve musíme vědět, že směrodatná odchylka může odrážet stupeň rozptylu distribuce dat. To znamená, že pokud je směrodatná odchylka souboru dat větší, pak bude větší i stupeň rozptylu tohoto souboru dat, což znamená, že rozdíl mezi daty bude větší. velký. Paměť vyžaduje řadu procesů, jako je vnímání mozku, porozumění, kódování, ukládání a vyhledávání informací. Protože paměť vyžaduje, aby mozek zpracoval tyto informace, pokud jsou informace samotné relativně diskrétní, může to vést k neuspokojivému výkonu paměti.

Za druhé, směrodatná odchylka může také odrážet stabilitu a spolehlivost dat. Pokud je směrodatná odchylka dat menší, pak bude i rozptyl tohoto souboru dat menší a rozdíl mezi daty bude také menší. V tomto případě je spolehlivost a stabilita dat vyšší. To by také mělo mít určitou souvislost s pamětí. Pokud má člověk dobrou paměť, jeho schopnost zpracovávat informace by měla být relativně stabilní, to znamená, že bude přesnější a spolehlivější ve zpracování informací, takže jeho paměť bude relativně dobrá.

Stručně řečeno, ačkoli se zdá, že směrodatná odchylka a paměť spolu příliš nesouvisí, existuje mezi nimi určitá souvislost. Při zpracování informací, pokud jsou data příliš diskrétní, snadno dojde ke ztrátě a zapomenutí informací. Pokud jsou data stabilnější, zpracování informací bude přesnější a spolehlivější a poskytne lepší ochranu paměti lidí. Proto bychom se měli zaměřit na cvičení paměti a zlepšení stability a spolehlivosti paměti zlepšením našich kognitivních schopností a schopností zpracovávat informace.

Kliknutím na možnost Know zlepšíte krátkodobou paměť

Po předběžném sezení bylo 10 účastníků vyloučeno z důvodu nesplnění výkonnostního kritéria a 1 účastník byl vyloučen z důvodu nesplnění studijního požadavku být rodilým mluvčím angličtiny. Mezi jednotlivci, kteří splnili výkonnostní kritérium předběžného sezení, 18 účastníků odstoupilo, protože se nemohli zavázat k hlavnímu studijnímu plánu.

Naše konečná velikost vzorku byla n=30 účastníků (17 žen, průměr ± SD věk, 20,10 ± 1,65), z nichž každá splnila podmínky spánku i spánkové deprivace (vyvážené pořadí, viz obr. 1a). Podle standardních postupů v naší laboratoři (Ashton a kol. 2019; Strachan a kol. 2020; Harrington, Ashton, Ngo a kol. 2021; Harrington, Ashton, Sankarasubramanian, a kol. 2021) byli účastníci požádáni, aby se zdrželi kofeinu a alkoholu po dobu 24 hodin, respektive 48 hodin, před každým sezením studie. Účastníci neuváděli žádnou anamnézu spánkových nebo psychiatrických poruch.

Od všech účastníků byl získán písemný informovaný souhlas v souladu s požadavky výzkumné etické komise katedry psychologie na University of York. Účastníci obdrželi po dokončení studie kompenzaci 100 GBP.

Statistická síla byla vypočítána před sběrem dat pomocí velikosti účinku d=0,56 od Ashton et al. (2020). Tato velikost účinku byla odvozena z testu párového vzorku porovnávajícího zapomínání po noci spánku nebo úplné deprivaci spánku. Na základě této velikosti efektu poskytl náš předem registrovaný vzorek n=30 účastníků 83,7 % výkonu (alfa=0,05, 2-sledovaný).

Úkoly a podněty

Vizuoprostorová úloha (viz obr. 1b) Sto snímků neutrálních scén bylo pořízeno z International Affective Picture System (Langet al. 2005) a Nencki Affective Picture System (Marchewka et al. 2014). Ty byly rozděleny do 2 sad po 50 snímcích pro použití v podmínkách spánku a spánkové deprivace (přiřazení sady snímků podmínkám bylo vyvážené). Vizuoprostorový úkol byl rozdělen do 3 fází:

Školení I: pasivní sledování

Každý z 50 snímků byl prezentován na náhodně vybraném místě na pozadí mřížky (doba expozice=3 s, interstimulační interval [ISI]=1 s). Účastníci byli instruováni, aby si zkusili zapamatovat umístění snímků pro pozdější test. Pořadí prezentace obrázků bylo náhodné.

Školení II: aktivní sledování

Každý obrázek se objevil ve středu mřížky a účastníci jej přesunuli na místo, o kterém se domnívali, že se objevil při pasivním sledování. Obrázek se poté znovu objevil na svém správném místě, aby sloužil jako zpětná vazba.

Toto pokračovalo, dokud nebyly umístěny všechny obrázky<4.8 cm (<150 pixels) from their correct location on 2 consecutive rounds of active viewing (images for which this criterion was met were dropped from subsequent active viewing rounds). The image presentation order was randomized.

Test

Testovací fáze probíhala podle stejných postupů jako jednokolo aktivního sledování s tou výjimkou, že nebyla poskytnuta žádná zpětná vazba. Byly dokončeny tři testy (okamžité, odložené a následné).

Úloha Paired-associates (viz obr. 1c)

Dvě stě obrázků přírodních a umělých předmětů na bílém pozadí bylo převzato z Konkle et al. (2010) a online zdrojů. Ty byly rozděleny do 2 sad po 100 objektech (50 přírodních a 50 umělých) pro použití v podmínkách spánku a spánkové deprivace (přiřazení objektu nastavené kondici bylo vyváženo).

Tři sta přídavných jmen (150 přídavných jmen na podmínku, přiřazení vyvážené) bylo převzato od Cairney, Guttesen a kol. (2018). V rámci každé podmínky bylo náhodně vybráno 100 přídavných jmen jako cíle a zbývajících 50 jako fólie.

Seznámení s přídavným jménem

Každé ze 100 cílových přídavných jmen bylo prezentováno po dobu 3 s. Účastníci byli instruováni, aby ohodnotili, jak často použijí každé přídavné jméno v konverzaci, na stupnici 1–9 (1=nikdy, 5=někdy a {{ 6}} často) během dalších 4 s (ISI s fixačním nitkovým křížem=1,5 s ± 100 ms). Pořadí prezentace přídavných jmen bylo náhodné.

Seznámení s obrazem

Každý ze 100 snímků (50 přírodních a 50 umělých objektů) byl prezentován po dobu 3 sekund. Účastníci byli instruováni, aby si představili, jak interagují s každým objektem, a poté jej kategorizovali jako přírodní nebo uměle vyrobený během dalších 4 s (ISI s fixačním křížem=1,5 s ± 100 ms). Pořadí prezentace obrázků bylo randomizováno.

Učení se

V každém pokusu bylo účastníkům předloženo přídavné jméno a obrázek z každé z předchozích seznamovacích fází po dobu 4,5 sekundy. Byli instruováni, aby si zapamatovali párování přídavných jmen a obrázků pro budoucí test. Pro usnadnění učení byli účastníci požádáni, aby si ve své mysli vytvořili ormentální obraz příběhu, který zahrnoval přídavné jméno a obraz interagující po celou dobu trvání pokusu, a poté ohodnotili tuto asociaci jako realistickou nebo bizarní během dalších 4 sekund.

Delší ISI 5s (±100 ms) bylo použito k usnadnění analýzy EEG dat získaných během učení adjektivního obrazu (to zahrnovalo 2-progresivní pruh následovaný 3s fixací). Pořadí párování adjektiv bylo náhodné.

Test

Každé ze 150 přídavných jmen (100 z učení a 50 neviditelných) bylo prezentováno po dobu 3 sekund. Účastníci byli nejprve instruováni, aby během dalších 10 sekund uvedli, zda je přídavné jméno staré nebo nové. Poté byla poskytována zpětná vazba o přesnosti (správná/nesprávná) po dobu 1 s.

Pro správné odpovědi byly účastníkům předloženy 4 obrázky (všechny byly vidět při učení) a byli požádáni, aby během 10 s uvedli, který obrázek byl spárován s přídavným jménem.

Účastníci poté během 10 sekund hodnotili, jak jsou si jisti svou odpovědí, na stupnici od 1 (nejsou si jisti) až 4 (velmi jisti). V případě nesprávných starých odpovědí nebo nových odpovědí účastníci okamžitě přešli do další studie (ISI s fixačním křížem=1,5 s ± 100 ms). Pořadí prezentace přídavných jmen bylo randomizováno.

Úkol psychomotorické bdělosti

Úkol psychomotorické bdělosti (PVT) byl získán od Khitrov et al. (2014) (bhsai.org/downloads/pc-pvt). Účastníci byli instruováni, aby reagovali, když se na obrazovce objevilo digitální počítadlo (ISI=2–10 s). Účastníci obdrželi zpětnou vazbu ohledně doby odezvy a úkol trval 3 minuty.

Postup

Předběžné zasedání

Účastníci dokončili předběžné hodnocení paměti před vstupem do hlavní studie. Naučili se 180 sémanticky příbuzných slovních párů (např. „Horizon–Slunce“) a byli okamžitě testováni pomocí naváděcí procedury. Účastníci s hodnocením mezi 50 % a 95 % byli pozváni zpět do hlavního experimentu. To zajistilo, že je nepravděpodobné, že by účastníci podávali výkony na podlaze nebo na stropě ve vizuoprostorových a párových testech hlavní studie.

Sezení 1: Večer

Účastníci dorazili mezi 20:30 a 22:00. Ve spánkovém stavu (dřívější příjezdy) byli účastníci okamžitě připojeni k nočnímu monitorování EEG. Účastníci zahájili studii dokončením Stanfordské škály spánku (SSS; Hoddes et al. 1973), PVT, a poté tréninkovou a okamžitou testovací fází vizuoprostorového úkolu.

Interval přes noc

Ve spánkovém stavu šli účastníci spát v ~ 23:00 a byli probuzeni v ~ 7:00 (čímž bylo dosaženo ~ 8 hodin spánku monitorovaného EEG). Ve stavu nedostatku spánku zůstali účastníci vzhůru celou noc pod dohledem výzkumníka. Během období nedostatku spánku bylo účastníkům poskytnuto občerstvení a bylo jim dovoleno hrát hry, sledovat filmy nebo dokončit kurz.

Protože náš vzorek tvořili většinou univerzitní studenti a značný počet hodin denního studia by se ztratil v důsledku nedostatku nočního spánku, rozhodli jsme se umožnit účastníkům dokončit práci v kurzu, abychom usnadnili nábor.

Důležité je, že všechny povolené aktivity byly považovány za vhodné, protože nebyly koncepčně propojeny s materiály, které se účastníci naučili předchozí večer (tj. asociace objektu a umístění) nebo se budou učit následující ráno (tj. párování přídavných jmen a obrázků).

Sezení 2: Ráno

Účastníci ve stavu spánkové deprivace byli připojeni k monitorování EEG (to nebylo nutné pro stav spánku, protože elektrody byly připojeny již předchozí noc). Účastníci poté absolvovali další kolo SSS a PVT a další (zpožděný) vizuoprostorový test.

Poté účastníci provedli seznamovací fáze úkolu párových spolupracovníků, než dokončili fázi učení párových spolupracovníků s monitorováním EEG. Účastníci nedostali žádné výslovné pokyny, co mají dělat (např. kdy jít spát) během 48-h intervalu, který předcházel relaci 3.

Sezení 3: Následná činnost

Účastníci se vrátili 48 hodin po relaci 2 (čímž umožnili zotavovací spánek ve stavu spánkové deprivace) a dokončili poslední kolo SSS a PVT. Poté provedli test párových přidružených osob a závěrečný (následný) vizuoprostorový test.

Zařízení

Experimentální úlohy

Všechny úkoly byly provedeny na PC s Windows a odpovědi účastníků byly zaznamenávány pomocí klávesnice nebo myši. Vizuální prostorová úloha byla implementována ve verzi Presentation 14.1 (Neurobehavioral Systems, Inc.) a úloha spárovaných spolupracovníků byla implementována v Psychtoolbox 3.0.13 (Brainard 1997; Pelli 1997; Kleiner et al. 2007) a MATLAB (2019) The MathWorks, Inc.).

Elektroencefalografie

EEG záznamy byly spravovány 2 systémy Embla N7000 a 1 systémem Embla NDx se softwarem REMLogic 3.4. Embla NDx jsme získali při modernizaci naší spánkové laboratoře z 2- na 3-ložnici (N7000 již nebylo možné zakoupit).

U všech účastníků kromě 3 byl stejný systém EEG použit v podmínkách spánku a spánkové deprivace. Pozlacené elektrody byly připevněny k pokožce hlavy podle mezinárodního10-20 systému ve frontálních (F3 a F4), centrálních (C3 a C4), parietálních (P3 a P4) a okcipitálních (O1 a O2) místech a byly odkazovány na spojené mastoidy.

Levé a pravé elektrookulografické elektrody byly připojeny, stejně jako elektromyografické elektrody na mentalis a submentální bilaterálně a zemní elektroda byla připojena na čelo. Další referenční elektroda byla umístěna na Cz pro systém NDx. Zajistili jsme, aby aleelektrody měly impedanci připojení<5 kΩ immediately before any EEG data were collected (i.e. for participants in the sleep condition, impedances were checked before sleep and again in the morning before the learning task). 

Všechny elektrody, které spadly nad tuto hranici, byly vyměněny a znovu zkontrolovány. Všechny online signály byly digitálně vzorkovány při 200 Hz (N7000) nebo 256 Hz (NDx, downsampled na 200 Hz během předběžného zpracování).

Aktigrafie

Účastníci během studie nosili zařízení pro aktigrafii náramkových hodinek (Actiwatch 2, Philips Respironics, Spojené státy americké), abychom mohli sledovat jejich spánek, když byli mimo laboratoř.

For more information:1950477648nn@gmail.com