午睡促进记忆巩固:睡眠电生理特征与基于tDCS的干预

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午睡,是人体保护生物节律的一种方法,因为昼夜节律的调节和睡眠内稳态压力,个体通常在14:00-16:00会体验到强烈的疲倦感。对于大多数人来说午睡不仅可以消除白天工作学习所导致的身体及精神的紧张,还可能促进记忆巩固。有研究表明,学习后午睡可以增强记忆巩固,而学习前午睡可以提高编码材料的能力。根据信息加工和存储内容的不同,记忆常被划分为陈述性记忆和程序性记忆。陈述性记忆是有意识回忆所能获得的记忆,包括对事件的记忆(情景记忆)和对事实的记忆(语义记忆);程序性记忆通常也被称为技能记忆,包括一组不同的能力集合,如技巧、习惯和行为,这些能力来自于经验,不一定能被有意识地回忆起来。在前人文献里不同的记忆类型可能被不同的睡眠阶段所影响,甚至被不止一个睡眠阶段影响,究竟是午间睡眠的哪一阶段对睡眠记忆的巩固有最大贡献,这个问题并没有被研究清楚。所以本研究重点讨论了午睡对记忆巩固产生的影响,比较午睡对不同记忆类型(陈述性和程序性)的巩固作用是否有差异,并探究睡眠记忆巩固的作用机制。研究一为探究午睡对记忆巩固和认知的影响,比较了在“午睡”与“清醒”条件下,个体在陈述性记忆、程序性记忆、精神运动警觉任务及情绪和认知相关问卷问卷上前测和后测之间的差异,并利用便携式的多导睡眠监测仪监测“午睡”被试的睡眠状态。研究陈述性记忆采用的是关联词对任务,44个单词对被随机排列,程序分为练习、记忆、前测和后测四个步骤;研究程序性记忆采用的是手指敲击任务,前后测共16个block。结果发现,在陈述性记忆上,清醒组有显著高的遗忘率,而午睡组的遗忘率几乎为零。在程序性记忆上,虽然没有发现两组间直接的显著性差异,但清醒组的错误率在后测中有更大的上升趋势。因此,相较于同等时间的清醒,午睡确实能有助于记忆巩固,助力的方面在于稳固记忆,增强其抗干扰性。此外,午睡还有助于改善被试的情绪状态,减少负面情绪;但本研究在精神运动警觉任务和Epworth嗜睡量表上都没有发现两组间显著的差异。利用便携式PSG采集到的睡眠脑电数据经过AASM判读手册人工复判修订后计算得到被试午睡各睡眠期的时长与睡眠纺锤波的数量。在试图探究午睡促进记忆巩固机制时,我们将午睡前后三个行为程序主要结果的差值(午睡后减午睡前,未取绝对值)与实验组睡眠脑电时间和脑电特征波的结果做双变量相关分析,结果发现不论是宏观的睡眠阶段还是微观的睡眠电生理事件,即睡眠纺锤波的数量,与行为程序均没有达到显著的相关性,本研究猜测这是由于受试者为非习惯性午睡被试,虽然从多导睡眠检测仪的数据上显示,几乎所有被试都成功进入到了中度或深度睡眠期(即N2期或N3睡眠阶段),甚至大于一半的被试进入了REM期。但是大多数被试的入睡潜伏期和睡眠质量相较于正常大学生的夜间睡眠还是有提升的空间。在研究二中为进一步探究午睡对记忆巩固作用的机制,我们采用经颅直流电刺激(tDCS)对研究一中“午睡组”的被试进行干预。经颅电刺激技术是一种非侵入性的刺激手段,它的原理是对大脑皮层施加微电流刺激,这些微电流能调节静息膜电位和自发性神经元网络活性,从而达到改变大脑皮层活动状态的目的。从理论上来说,激活睡眠通路可以促进睡眠状态的开始,而抑制觉醒回路可以维持睡眠状态的持续,无论选择哪条通路都可以达到催眠的效果。因此我们拟采用低精度tDCS诱导大脑皮层神经兴奋性的变化来探究其是否能对午睡起干预作用,即“阴极刺激”相比于“假刺激”和“无刺激”是否能促进午睡效率,或对午睡的睡眠结构造成变化。结果发现,在宏观的睡眠分期数据上,采用阴极刺激的被试有显著缩短的入睡潜伏期长度,而在微观的睡眠电生理数据上,采用阴极刺激的被试在N2期的睡眠纺锤波数量也有显著增多。由此可见,在本研究中,阴极经颅直流电刺激确实可以有效降低皮层兴奋性,以达到使被试快速进入睡眠的效果。在进一步的睡眠促进记忆巩固的机制探究中发现,午睡后提升的精神运动警觉任务表现与入睡潜伏期和N2潜伏期呈显著正相关,且提升的陈述性记忆表现率与N2潜伏期呈显著正相关。这说明入睡潜伏期越长的被试在午睡后有更低的警觉性;入睡后第一个N1期越长且出现了N2期的被试,在午睡后有相较于睡前更好的陈述性记忆表现率。总而言之,本研究可以得出以下三个主要结论。首先午睡可以促进记忆巩固,且在巩固中更多发挥保护性作用,即并非导致记忆表现的提高,而是使获得的记忆更稳定和增加其抗干扰性。其次在睡眠前应用阴极经颅直流电刺激被试的左半球额叶侧部,可显著缩短被试的入睡潜伏期,并显著增加被试N2阶段的睡眠纺锤波数量。最后我们发现N2潜伏期与陈述性记忆表现率提升之间存在正相关关系,即白天午睡的恢复能力,在仅有N1期时是受到限制的,直到N2出现时,午睡才能显著地提升陈述性记忆表现率。此研究为午睡依赖性记忆巩固以及tDCS干预睡眠研究提供了新的证据。
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