Загубата на сън нарушава невронния подпис на успешното учене, част 2

Материали и методи

Участници

Петдесет и девет участници (32 жени, средна възраст ± стандартно отклонение [SD]=20.10 ± 1,80) бяха наети доброволно и завършиха предварителна сесия (вижте по-долу).

Стандартното отклонение е статистическа мярка за дисперсията на разпределението на данните. Паметта се отнася до способността на човешкия мозък да запомня информация. Изглежда, че двете нямат много корелация или връзка, но има известна връзка между тях. Нека да го разгледаме заедно.

На първо място, трябва да знаем, че стандартното отклонение може да отразява степента на дисперсия на разпределението на данните. Тоест, ако стандартното отклонение на набор от данни е по-голямо, тогава степента на дисперсия на този набор от данни също ще бъде по-голяма, което означава, че разликата между данните ще бъде по-голяма. голям. Паметта изисква поредица от процеси като мозъчното възприятие, разбиране, кодиране, съхранение и извличане на информация. Тъй като паметта изисква мозъкът да обработва тази информация, ако самата информация е относително дискретна, това може да доведе до незадоволителна производителност на паметта.

Второ, стандартното отклонение може също да отразява стабилността и надеждността на данните. Ако стандартното отклонение на данните е по-малко, тогава дисперсията на този набор от данни също ще бъде по-малка и разликата между данните също ще бъде по-малка. В този случай надеждността и стабилността на данните са по-високи. Това също трябва да има известна връзка с паметта. Ако човек има добра памет, неговата способност за обработка на информация трябва да е относително стабилна, което означава, че той ще бъде по-точен и надежден при обработката на информация, така че паметта му ще бъде относително добра.

В обобщение, въпреки че стандартното отклонение и паметта изглежда нямат голяма корелация, има известна връзка между тях. Когато обработвате информация, ако данните са твърде дискретни, това лесно ще доведе до загуба и забравяне на информация. Ако данните са по-стабилни, обработката на информацията ще бъде по-точна и надеждна, осигурявайки по-добра защита на паметта на хората. Следователно трябва да се съсредоточим върху упражняването на нашата памет и подобряването на стабилността и надеждността на нашата памет чрез подобряване на нашите когнитивни способности и способности за обработка на информация.

Кликнете върху Know, за да подобрите краткосрочната памет

След предварителната сесия 10 участници бяха изключени поради това, че не отговарят на критерия за изпълнение, а 1 участник беше изключен поради това, че не отговаря на изискването за проучване, че е роден английски език. Сред онези лица, които отговарят на критерия за изпълнение на предварителната сесия, 18 участници се оттеглиха поради невъзможност да се ангажират с основния график на проучването.

Нашият окончателен размер на извадката беше n=30 участници (17 жени, средна ± SD възраст, 20,10 ± 1,65), всеки от които изпълни както условията на сън, така и условията на лишаване от сън (ред балансиран, вижте Фиг. 1а). Следвайки стандартните процедури в нашата лаборатория (Ashton et al. 2019; Strachan et al. 2020; Harrington, Ashton, Ngo, et al. 2021; Harrington, Ashton, Sankarasubramanian, et al. 2021), участниците бяха помолени да се въздържат от кофеин и алкохол съответно за 24 часа и 48 часа преди всяка проучвателна сесия. Участниците не съобщават за анамнеза за сън или психиатрични разстройства.

Беше получено писмено информирано съгласие от всички участници в съответствие с изискванията на Комитета по етика на изследванията на катедрата по психология в Университета на Йорк. Участниците получиха компенсация от £100 след приключване на проучването.

Статистическата мощност беше изчислена преди събирането на данни, като се използва размер на ефекта d=0.56 от Ashton et al. (2020). Този размер на ефекта е получен от тест за двойка извадки, сравняващ забравяне след нощ на сън или пълно лишаване от сън. Въз основа на този размер на ефекта, нашата предварително регистрирана извадка от n=30 участници предостави 83,7% мощност (алфа=0.05, 2-опашен).

Задачи и стимули

Зрително-пространствена задача (виж Фиг. 1b) Сто изображения на неутрални сцени бяха взети от Международната система за афективна картина (Langet al. 2005) и системата за афективна картина на Nencki (Marchewka et al. 2014). Те бяха разделени на 2 комплекта от 50 изображения за използване при условия на сън и лишаване от сън (присвояването на комплекта изображения на условие беше балансирано). Визуално-пространствената задача беше разделена на 3 фази:

Обучение I: пасивно гледане

Всяко от 50-те изображения беше представено на произволно избрано място на решетъчен фон (време на експозиция=3 s, междустимулен интервал [ISI]=1 s). Участниците бяха инструктирани да се опитат да запомнят местоположенията на изображенията за по-късен тест. Редът на представяне на изображението беше произволен.

Обучение II: активно гледане

Всяко изображение се появи в центъра на решетката и участниците го преместиха на мястото, което смятаха, че се е появило при пасивно гледане. След това изображението се появи отново на правилното си място, за да служи като обратна връзка.

Това продължи, докато всички изображения бяха поставени<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.

Тест

Тестовата фаза следваше същите процедури като един кръг на активно гледане с изключение на това, че не беше предоставена обратна връзка. Бяха завършени три теста (незабавен, отложен и последващ).

Задача за двойки сътрудници (вижте Фиг. 1c)

Двеста изображения на природни и създадени от човека обекти на бял фон са взети от Konkle et al. (2010) и онлайн ресурси. Те бяха разделени на 2 комплекта от 100 обекта (50 естествени и 50 създадени от човека) за използване в условията на сън и лишаване от сън (присвояването на набора обекти на условие беше балансирано).

Триста прилагателни (150 прилагателни за условие, присвояването е балансирано) са взети от Cairney, Guttesen и др. (2018). В рамките на всяко условие 100 прилагателни бяха избрани на случаен принцип като мишени, а останалите 50 като фолио.

Прилагателно запознаване

Всяко от 100-те целеви прилагателни беше представено за 3 s. Участниците бяха инструктирани да оценят колко често биха използвали всяко прилагателно в разговор по скала от 1–9 (1=никога, 5=понякога и {{ 6}} често) в рамките на допълнителни 4 s (ISI с фиксиращ мерник=1.5 s ± 100 ms). Редът на представяне на прилагателно е рандомизиран.

Запознаване с изображение

Всяко от 100-те изображения (50 природни и 50 изкуствени обекта) беше представено за 3 s. Участниците бяха инструктирани да си представят, че взаимодействат с всеки обект и след това да го категоризират като естествен или направен от човека в рамките на допълнителни 4 s (ISI с фиксиращ кръст=1.5 s ± 100 ms). Редът на представяне на изображението беше произволен.

Изучаване на

При всеки опит участниците бяха представени с прилагателно и изображение от всяка от предишните фази на запознаване за 4,5 секунди. Те бяха инструктирани да запомнят сдвояването прилагателно-образ за бъдещ тест. За да се улесни електронното обучение, участниците бяха помолени да създадат в съзнанието си сюжетен образ, който включва прилагателното и изображението, които си взаимодействат за цялата продължителност на опита и след това да оценят тази асоциация като реалистична или странна в рамките на допълнителни 4 секунди.

По-дълъг ISI от 5 s (±100 ms) беше използван за улесняване на анализа на ЕЕГ данни, получени по време на обучение на прилагателно изображение (това включва 2- лента за прогресия, последвана от 3 s фиксация). Редът на сдвояване на изображения на прилагателно е произволен.

Тест

Всяко от 150-те прилагателни (100 от учене и 50 невидими) беше представено за 3 s. Участниците първо бяха инструктирани да посочат дали прилагателното е старо или ново в рамките на допълнителни 10 s. След това беше предоставена обратна връзка за точността (правилна/неправилна) за 1 s.

За правилни стари отговори на участниците бяха представени 4 изображения (всички от които бяха видени при ученето) и бяха помолени да посочат кое изображение е съчетано с прилагателното в рамките на 10 s.

След това участниците оцениха колко уверени са в отговора си по скала от 1 (неуверен) до 4 (много уверен) в рамките на 10 секунди. За неправилни стари отговори или нови отговори, участниците незабавно преминаха към следващото изпитване (ISI с фиксиращ мерник=1.5 s ± 100 ms). Редът на представяне на прилагателното беше рандомизиран.

Задача за психомоторна бдителност

Задачата за психомоторна бдителност (PVT) е получена от Khitrov et al. (2014) (bhsai.org/downloads/pc-pvt). Участниците бяха инструктирани да отговорят, когато на екрана се появи цифров брояч (ISI=2–10 s). Участниците получиха обратна връзка за времето си за отговор и задачата продължи 3 минути.

Процедура

Предварителна сесия

Участниците завършиха предварителна оценка на паметта, преди да влязат в основното проучване. Те научиха 180 семантично свързани двойки думи (напр. „Хоризонт–Слънце“) и веднага бяха тествани с процедура за припомняне. Участниците, постигнали между 50% и 95%, бяха поканени обратно за основния експеримент. Това гарантира, че е малко вероятно участниците да се представят на пода или тавана във визуално-пространствените тестове и тестовете за асоциирани двойки на основното проучване.

Сесия 1: Вечер

Участниците пристигнаха между 20:30 и 22:00 часа. В състояние на сън (по-ранни пристигания) участниците бяха незабавно включени за нощно ЕЕГ наблюдение. Участниците започнаха проучването, като попълниха скалата за сънливост на Станфорд (SSS; Hoddes et al. 1973), PVT и след това фазите на обучение и незабавен тест на визуално-пространствената задача.

Интервал през нощта

В състояние на сън участниците си лягаха в ~23:00 часа и бяха събуждани в ~7 сутринта (по този начин постигайки ~8 часа сън, наблюдаван с ЕЕГ). В състояние на лишаване от сън участниците остават будни през цялата нощ под наблюдението на изследовател. По време на периода на лишаване от сън на участниците бяха осигурени освежителни напитки и им беше разрешено да играят игри, да гледат филми или да завършат курсова работа.

Тъй като нашата извадка беше съставена предимно от студенти и значителен брой часове за обучение през деня биха били загубени в резултат на лишаване от сън през нощта, ние избрахме да позволим на участниците да завършат курсова работа, за да улесним набирането.

Важно е, че всички разрешени дейности бяха счетени за подходящи, защото не бяха концептуално свързани с материалите, които участниците бяха научили предишната вечер (т.е. асоциации обект-локация) или биха научили на следващата сутрин (т.е. двойки прилагателно-изображение).

Сесия 2: Сутрин

Участниците в състояние на лишаване от сън бяха включени за ЕЕГ мониторинг (това не беше необходимо за състоянието на сън, тъй като електродите вече бяха прикрепени предишната нощ). След това участниците завършиха още един кръг от SSS и PVT и друг (забавен) визуално-пространствен тест.

След това участниците изпълниха фазите на запознаване със задачата на сдвоените сътрудници, преди да завършат фазата на обучение на сдвоените сътрудници с ЕЕГ мониторинг. На участниците не бяха дадени никакви изрични инструкции какво да правят (напр. кога да заспят) по време на интервала 48-h, предшестващ сесия 3.

Сесия 3: Последващи действия

Участниците се върнаха 48 часа след сесия 2 (като по този начин позволиха възстановителен сън в състояние на лишаване от сън) и завършиха последния кръг на SSS и PVT. След това те проведоха теста за сдвоени сътрудници и окончателен (последващ) визуално-пространствен тест.

Оборудване

Експериментални задачи

Всички задачи бяха изпълнени на компютър с Windows и отговорите на участниците бяха записани с клавиатура или мишка. Визуопространствената задача беше внедрена в Presentation версия 14.1 (Neurobehavioral Systems, Inc.), а задачата за двойки асоциирани беше внедрена в Psychtoolbox 3.0.13(Brainard 1997; Pelli 1997; Kleiner et al. 2007) и MATLAB 2019a ( The MathWorks, Inc.).

Електроенцефалография

ЕЕГ записите бяха администрирани с 2 системи Embla N7000 и 1 система Embla NDx със софтуер REMLogic 3.4. Embla NDx беше придобит при надграждане на нашата лаборатория за сън от 2- до 3-спалня (N7000 вече не беше достъпен за покупка).

За всички участници, с изключение на трима, е използвана същата ЕЕГ система в условията на сън и лишаване от сън. Позлатените електроди бяха прикрепени към скалпа съгласно международната 10-20 система във фронтални (F3 и F4), централни (C3 и C4), париетални (P3 и P4) и тилни (O1 и O2) места и бяха посочени към свързаните мастоиди.

Левият и десният електроокулографски електроди бяха прикрепени, както и електромиографските електроди към менталната и субменталната двустранно, а заземен електрод беше прикрепен към челото. Допълнителен референтен електрод беше поставен при Cz за системата NDx. Уверихме, че всички електроди имат свързващ импеданс от<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). 

Всички електроди, които паднаха над този праг, бяха сменени и проверени отново. Всички онлайн сигнали бяха цифрово семплирани при 200 Hz (N7000) или 256 Hz (NDx, намалени до 200 Hz по време на предварителната обработка).

Актиграфия

Участниците носеха устройства за актиграфия на ръчни часовници (Actiwatch 2, Philips Respironics, Съединени щати) по време на цялото проучване, за да можем да наблюдаваме съня им, когато са извън лабораторията

For more information:1950477648nn@gmail.com