Utrata snu zakłóca sygnaturę neuronową niezbędną do skutecznej nauki. Część 2

Materiały i metody

Uczestnicy

Pięćdziesięciu dziewięciu uczestników (32 kobiety, średni wiek ± odchylenie standardowe [SD]=20,10 ± 1,80) zostało zrekrutowanych dobrowolnie i wzięło udział w sesji wstępnej (patrz poniżej).

Odchylenie standardowe jest statystyczną miarą rozproszenia rozkładu danych. Pamięć odnosi się do zdolności ludzkiego mózgu do zapamiętywania informacji. Nie wydaje się, żeby te dwie rzeczy miały ze sobą zbyt wiele powiązania czy związku, ale istnieje między nimi pewne powiązanie. Przyjrzyjmy się temu razem.

Przede wszystkim musimy wiedzieć, że odchylenie standardowe może odzwierciedlać stopień rozproszenia rozkładu danych. Oznacza to, że jeśli odchylenie standardowe zbioru danych jest większe, wówczas stopień rozproszenia tego zbioru danych będzie również większy, co oznacza, że ​​różnica między danymi będzie większa. duży. Pamięć wymaga szeregu procesów, takich jak percepcja, rozumienie, kodowanie, przechowywanie i odzyskiwanie informacji przez mózg. Ponieważ pamięć wymaga, aby mózg przetworzył te informacje, jeśli same informacje są stosunkowo dyskretne, może to prowadzić do niezadowalającej wydajności pamięci.

Po drugie, odchylenie standardowe może również odzwierciedlać stabilność i wiarygodność danych. Jeśli odchylenie standardowe danych jest mniejsze, to wariancja tego zbioru danych również będzie mniejsza, a różnica między danymi również będzie mniejsza. W tym przypadku niezawodność i stabilność danych są wyższe. To także powinno mieć pewien związek z pamięcią. Jeśli dana osoba ma dobrą pamięć, jej zdolność przetwarzania informacji powinna być stosunkowo stabilna, co oznacza, że ​​będzie dokładniejsza i bardziej wiarygodna w przetwarzaniu informacji, więc jego pamięć będzie stosunkowo dobra.

Podsumowując, chociaż odchylenie standardowe i pamięć nie wydają się mieć dużej korelacji, istnieje między nimi pewne powiązanie. Jeśli podczas przetwarzania informacji są one zbyt dyskretne, łatwo spowodować ich utratę i zapomnienie. Jeśli dane będą stabilniejsze, przetwarzanie informacji będzie dokładniejsze i bardziej niezawodne, zapewniając lepszą ochronę pamięci ludzi. Dlatego powinniśmy skupić się na ćwiczeniu naszej pamięci oraz poprawie stabilności i niezawodności naszej pamięci poprzez poprawę naszych zdolności poznawczych i przetwarzania informacji.

Kliknij Wiedz, aby poprawić pamięć krótkotrwałą

Po sesji wstępnej wykluczono 10 uczestników ze względu na niespełnienie kryterium wydajności, a 1 uczestnik został wykluczony ze względu na niespełnienie wymogu badania dotyczącego bycia native speakerem języka angielskiego. Spośród osób, które spełniły kryterium wydajności sesji wstępnej, 18 uczestników wycofało się z powodu braku możliwości zaangażowania się w główny harmonogram badania.

Nasza ostateczna wielkość próby wynosiła n=30 uczestników (17 kobiet, średni wiek ± SD, 20,10 ± 1,65), z których każda spełniła zarówno warunki snu, jak i warunki pozbawienia snu (kolejność zrównoważona, patrz ryc. 1a). Zgodnie ze standardowymi procedurami obowiązującymi w naszym laboratorium (Ashton i in. 2019; Strachan i in. 2020; Harrington, Ashton, Ngo i in. 2021; Harrington, Ashton, Sankarasubramanian i in. 2021) uczestnicy zostali poproszeni o powstrzymanie się od spożywania kofeiny i alkoholu odpowiednio na 24 i 48 godzin przed każdą sesją badania. Uczestnicy nie zgłaszali w wywiadzie żadnych zaburzeń snu ani zaburzeń psychicznych.

Od wszystkich uczestników uzyskano pisemną świadomą zgodę zgodnie z wymogami Komisji ds. Etyki Badań Wydziału Psychologii Uniwersytetu w Yorku. Po ukończeniu badania uczestnicy otrzymali rekompensatę w wysokości 100 funtów.

Moc statystyczną obliczono przed zebraniem danych, stosując wielkość efektu d=0,56 według Ashton i wsp. (2020). Wielkość efektu uzyskano na podstawie testu par prób porównującego zapominanie po nieprzespanej nocy lub całkowity brak snu. W oparciu o tę wielkość efektu, nasza wstępnie zarejestrowana próbka n=30 uczestników zapewniła 83,7% mocy (alfa=0.05, 2-ogoniasta).

Zadania i bodźce

Zadanie wzrokowo-przestrzenne (por. ryc. 1b) Pobrano sto obrazów scen neutralnych z Międzynarodowego Systemu Obrazu Afektywnego (Langet al. 2005) i Systemu Obrazu Afektywnego Nenckiego (Marchewka i in. 2014). Zostały one podzielone na 2 zestawy po 50 obrazów do wykorzystania w warunkach snu i jego braku (przypisanie obrazu do warunku zostało zrównoważone). Zadanie wzrokowo-przestrzenne zostało podzielone na 3 fazy:

Szkolenie I: oglądanie bierne

Każdy z 50 obrazów został zaprezentowany w losowo wybranym miejscu na tle siatki (czas ekspozycji=3 s, odstęp między bodźcami [ISI]=1 s). Uczestnicy zostali poinstruowani, aby spróbowali zapamiętać lokalizacje obrazów do późniejszego testu. Kolejność prezentacji obrazów była losowa.

Szkolenie II: aktywne oglądanie

Każdy obraz pojawił się na środku siatki, a uczestnicy przenieśli go w miejsce, które według nich pojawiło się podczas biernego oglądania. Następnie obraz pojawił się ponownie we właściwym miejscu, aby służyć jako informacja zwrotna.

Trwało to do momentu umieszczenia wszystkich obrazów<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

Faza testowa przebiegała zgodnie z tymi samymi procedurami, co runda aktywnego oglądania, z tą różnicą, że nie przekazywano żadnych informacji zwrotnych. Zakończono trzy testy (natychmiastowe, opóźnione i kontrolne).

Zadanie stowarzyszone w parach (patrz ryc. 1c)

Dwieście zdjęć obiektów naturalnych i stworzonych przez człowieka na białym tle pobrano z Konkle i in. (2010) oraz z zasobów internetowych. Zostały one podzielone na 2 zestawy po 100 obiektów (50 naturalnych i 50 sztucznych) do wykorzystania w warunkach snu i jego braku (równoważono przypisanie obiektu ustawionego do warunku).

Trzysta przymiotników (150 przymiotników na warunek, przypisanie zrównoważone) zaczerpnięto z Cairney, Guttesen i in. (2018). W ramach każdego warunku losowo wybrano 100 przymiotników jako cele, a pozostałe 50 jako folie.

Przymiotnik zapoznanie

Każdy ze 100 przymiotników był prezentowany przez 3 sekundy. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby ocenić, jak często będą używać każdego przymiotnika w rozmowie w skali od 1 do 9 („1=nigdy, 5=czasami i {{ 6}} często) w ciągu dodatkowych 4 s (ISI z celownikiem fiksacyjnym=1,5 s ± 100 ms). Kolejność prezentacji przymiotników była losowa.

Zaznajomienie się z obrazem

Każdy ze 100 obrazów (50 obiektów naturalnych i 50 obiektów stworzonych przez człowieka) był prezentowany przez 3 sekundy. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby wyobrazili sobie siebie w interakcji z każdym obiektem, a następnie w ciągu dodatkowych 4 s sklasyfikowali go jako naturalny lub stworzony przez człowieka (ISI z krzyżykiem fiksacji=1,5 s ± 100 ms). Kolejność prezentacji obrazów była losowa.

Uczenie się

W każdej próbie uczestnikom przez 4,5 sekundy prezentowano przymiotnik i obraz z każdej z poprzednich faz zaznajamiania. Zostali poinstruowani, aby zapamiętać pary przymiotnik-obraz na potrzeby przyszłego testu. Aby ułatwić naukę, uczestnicy zostali poproszeni o stworzenie w umyśle obrazu historii lub obrazu, który obejmowałby interakcję przymiotnika i obrazu przez cały czas trwania badania, a następnie w ciągu dodatkowych 4 sekund ocenili to skojarzenie jako realistyczne lub dziwaczne.

Aby ułatwić analizę danych EEG uzyskanych podczas uczenia się obrazu przymiotnikowego, zastosowano dłuższy ISI wynoszący 5 s (± 100 ms) (obejmował on 2-pasek progresji, po którym następowały 3 s fiksacji). Kolejność parowania przymiotników była losowa.

Test

Każdy ze 150 przymiotników (100 z nauki i 50 niewidocznych) był prezentowany przez 3 sekundy. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby w ciągu dodatkowych 10 sekund wskazać, czy przymiotnik jest stary, czy nowy. Następnie przez 1 sekundę przekazywano informację zwrotną na temat dokładności (poprawna/niepoprawna).

Aby uzyskać prawidłowe odpowiedzi, uczestnikom pokazano 4 obrazy (z których wszystkie widzieli podczas uczenia się) i poproszono ich o wskazanie, który obraz został połączony z przymiotnikiem w ciągu 10 sekund.

Następnie uczestnicy oceniali, na ile pewni swoich odpowiedzi byli w skali od 1 (brak pewności) do 4 (bardzo pewni) w ciągu 10 sekund. W przypadku nieprawidłowych starych odpowiedzi lub nowych odpowiedzi uczestnicy natychmiast przeszli do następnego badania (ISI z celownikiem fiksacyjnym=1,5 s ± 100 ms). Kolejność prezentacji przymiotników była losowa.

Zadanie dotyczące czujności psychomotorycznej

Zadanie dotyczące czujności psychomotorycznej (PVT) uzyskano od Khitrov i in. (2014) (bhsai.org/downloads/pc-pvt). Uczestnicy zostali pouczeni, aby zareagowali, gdy na ekranie pojawił się licznik cyfrowy (ISI=2–10 s). Uczestnicy otrzymali informację zwrotną na temat czasu odpowiedzi, a zadanie trwało 3 minuty.

Procedura

Sesja wstępna

Przed przystąpieniem do głównego badania uczestnicy przeszli wstępną ocenę pamięci. Nauczyli się 180 par słów powiązanych semantycznie (np. „Horyzont–Słońce”) i natychmiast zostali przetestowani za pomocą procedury przypominania ze wskazówkami. Uczestnicy, którzy uzyskali wynik od 50% do 95%, zostali zaproszeni ponownie do głównego eksperymentu. Dzięki temu prawdopodobieństwo wystąpienia uczestników na podłodze lub suficie w testach wzrokowo-przestrzennych i testach kojarzonych w parach w badaniu głównym było mało prawdopodobne.

Sesja 1: Wieczór

Uczestnicy przybyli na miejsce między 20:30 a 22:00. W stanie snu (wcześniejszy przyjazd) uczestnicy zostali natychmiast podłączeni do nocnego monitorowania EEG. Uczestnicy rozpoczęli badanie od wypełnienia Skali Senności Stanforda (SSS; Hoddes i wsp. 1973), PVT, a następnie przeszli fazę szkolenia i bezpośredniego testu zadania wzrokowo-przestrzennego.

Przerwa nocna

W stanie snu uczestnicy kładli się spać o 23:00 i budzili się o 7:00 (w ten sposób osiągając około 8 godzin snu monitorowanego za pomocą EEG). W stanie braku snu uczestnicy nie spali przez całą noc pod nadzorem badacza. W okresie braku snu uczestnicy otrzymywali napoje i mogli grać w gry, oglądać filmy lub odrabiać lekcje.

Ponieważ nasza próba składała się głównie ze studentów uniwersytetów, a znaczna liczba godzin nauki w ciągu dnia zostałaby utracona w wyniku braku snu w nocy, zdecydowaliśmy się umożliwić uczestnikom ukończenie zajęć, aby ułatwić rekrutację.

Co ważne, wszystkie dozwolone zajęcia uznano za odpowiednie, ponieważ nie były koncepcyjnie powiązane z materiałami, których uczestnicy nauczyli się poprzedniego wieczoru (tj. skojarzenia obiektu z lokalizacją) lub których nauczą się następnego ranka (tj. pary przymiotnik-obraz).

Sesja 2: Rano

Uczestnicy pozbawienia snu zostali podłączeni do monitorowania EEG (nie było to konieczne w przypadku stanu snu, ponieważ elektrody zostały już przymocowane poprzedniej nocy). Następnie uczestnicy przeszli kolejną rundę SSS i PVT oraz kolejny (opóźniony) test wzrokowo-przestrzenny.

Następnie uczestnicy przeprowadzili fazy zaznajamiania się z zadaniem połączonym w pary, a następnie zakończyli fazę uczenia się partnerów w parach z monitorowaniem EEG. Uczestnicy nie otrzymali żadnych wyraźnych instrukcji dotyczących tego, co mają robić (np. kiedy iść spać) podczas 48-godzinnej przerwy poprzedzającej sesję 3.

Sesja 3: Kontynuacja

Uczestnicy wrócili 48 godzin po sesji 2 (umożliwiając w ten sposób regeneracyjny sen w stanie braku snu) i ukończyli ostatnią rundę SSS i PVT. Następnie przeprowadzili test skojarzeń w parach i końcowy (kontynuacyjny) test wzrokowo-przestrzenny.

Sprzęt

Zadania eksperymentalne

Wszystkie zadania wykonywano na komputerze PC z systemem Windows, a odpowiedzi uczestników rejestrowano za pomocą klawiatury lub myszy. Zadanie wzrokowo-przestrzenne zostało zaimplementowane w wersji Prezentacja 14.1 (Neurobehavioral Systems, Inc.), a zadanie stowarzyszonych w parach zostało zaimplementowane w Psychtoolbox 3.0.13(Brainard 1997; Pelli 1997; Kleiner et al. 2007) i MATLAB 2019a ( MathWorks, Inc.).

Elektroencefalografia

Zapisy EEG wykonano za pomocą 2 systemów Embla N7000 i 1 systemu Embla NDx z oprogramowaniem REMLogic 3.4. Embla NDx została zakupiona podczas modernizacji naszego laboratorium snu z 2- do 3-sypialni (N7000 nie był już dostępny w sprzedaży).

W przypadku wszystkich uczestników z wyjątkiem trzech ten sam system EEG był stosowany w warunkach braku snu i snu. Pozłacane elektrody przymocowano do skóry głowy zgodnie z systemem międzynarodowym10-20 w miejscach czołowych (F3 i F4), centralnych (C3 i C4), ciemieniowych (P3 i P4) oraz potylicznych (O1 i O2) i odniesiono się do nich do połączonych wyrostków sutkowatych.

Przyłączono lewą i prawą elektrodę do elektrookulografii, elektrody elektromiograficzne po stronie bródkowej i podbródkowej obustronnie, a elektrodę masową przymocowano do czoła. Dodatkową elektrodę odniesienia umieszczono w Cz dla układu NDx. Upewniliśmy się, że wszystkie elektrody mają impedancję połączenia wynoszącą<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). 

Wszystkie elektrody, które spadły powyżej tego progu, zostały wymienione i ponownie sprawdzone. Wszystkie sygnały online były próbkowane cyfrowo przy 200 Hz (N7000) lub 256 Hz (NDx, próbkowane w dół do 200 Hz podczas wstępnego przetwarzania).

Aktografia

Uczestnicy nosili naręczne zegarki do aktygrafii (Actiwatch 2, Philips Respironics, Stany Zjednoczone) przez cały czas trwania badania, abyśmy mogli monitorować ich sen, gdy byli poza laboratorium

For more information:1950477648nn@gmail.com