Riktad minnesreaktivering i REM men inte SWS minskar selektivt upphetsningssvar

Kontakt: Audrey Huaudrey.hu@wecistanche.com

En växande mängd bevis tyder på att sömn kan hjälpa till att frikopplaminneav känslomässiga upplevelser från deras associerade effektiva laddning. Denna process tros förlita sig på den spontana reaktiveringen av känslomässiga minnen under sömnen, även om det fortfarande är oklart vilket sömnstadium som är optimalt för sådan reaktivering. Vi undersökte denna fråga genom att explicit manipulera minnesreaktivering i både snabb-ögonrörelsesömn (REM) och slow-wave sleep (SWS) med hjälp av riktad minnesreaktivering (TMR) och testa effekten av denna manipulation på tillvänjningen av subjektiva upphetsningssvar överallt. en natt. Våra resultat visar att TMR under REM, men inte SWS signifikant minskade subjektiv upphetsning, och denna effekt drivs av de mer negativa stimuli. Dessa resultat stöder en aspekt av sömnen att glömma, sömn för att komma ihåg (SFSR)-hypotesen som föreslår att emotionell minnesreaktivering under REM-sömn ligger till grund för sömnberoende tillvänjning.

effekter av cistanche: förbättra minnet

Targeted memory reactivation (TMR) är en teknik därminnereaktivering utlöses avsiktligt i sömnen genom återpresentation av signaler som var kopplade till minnet i kölvattnet, och uppnås vanligtvis med hjälp av ljud eller lukter, se14 för en recension. Medan tidiga studier rapporterade en fördel med TMR i REM-sömn vid minneskonsolidering över natten15,16, tyder ett växande antal rapporter på att TMR är fördelaktigt när det presenteras under icke-REM17−21, men inte under REM17,19,22 se23 för metaanalys . När det gäller hur TMR kan påverka känslomässig upphetsning, visade en nyligen genomförd studie en effekt av icke-REM TMR på behaglighet och upphetsningsbetyg, men detta framkom bara hos socialt oroliga deltagare och efter en veckas konsolidering24. Mycket få studier har undersökt effekten av REM TMR på känslomässigt material. Således visades inducering av reaktivering av rädslaminnen under REM resultera i ökad generalisering25, och TMR av en Pavlovsk konditioneringsuppgift under REM ledde till ökad tillvänjning jämfört med TMR av samma uppgift under steg 2 av icke-REM26.

Med utgångspunkt i den här litteraturen försökte vi testa SFSR-förutsägelsen att uppspelning av känslomässigt upphetsande minnen under REM, men inte SWS, skulle vara associerat med en minskad upphetsningsgrad för detta material nästa dag. Vi gjorde detta genom att manipulera återaktiveringen av känslomässiga minnen under sömnen med hjälp av TMR. Våra deltagare bedömde känslomässigt negativa och neutrala bildljudspar för upphetsning både före och efter en natts sömn. Under sömnen cued vi hälften av de negativa och hälften av de neutrala stimulierna för reaktivering genom att mjukt spela upp de tillhörande ljuden. Vi undersökte sedan effekten av denna TMR på tillvänjning över natten av upphetsningssvaret. Vi kontrollerade noggrant sömnstadiet i vilket TMR applicerades, och visade deltagare antingen i REM (REM-gruppen) eller SWS (SWS-gruppen), se fig. 1. Baserat på SFSR-hypotesen förutspådde vi att TMR skulle leda till större tillvänjning när tillämpas under REM, men inte SWS.

effekter av cistanche: förbättra minnet

Resultat

Vid baslinjen var upphetsningsbetyg högre för negativa än för neutrala föremål, vilket visar att deltagarna bedömde stimulierna i linje med förväntningarna. Detta bekräftades av en 2×2x2 ANOVA på upphetsning före sömn med faktorerna Group, Cueing och Emotion(Fus)=337.93,p<0.001; paired="" t=""><0.001in both="" sws="" and="" rem="" groups).="" ratings="" did="" not="" differ="" between="" cued="" and="" un-cued="" stimuli="" prior="" to="" sleep(paired="" t-tests="" p="">0.2 i båda fallen), vilket visar att baslinjen var välbalanserad och inga deltagare rapporterade att de var medvetna om att ljud spelades upp under sömnen.

Vi undersökte hur tillvänjning över natten av upphetsning modulerades av TMR-cueing med hjälp av en 2×2×2 ANOVA med faktorerna Group, Cueing och Emotion, se tabell 1. Tillvänjning över natten beräknades som (andra pre-sömnupphetsningsgraden - post-sömnupphetsning betyg)/ första upphetsningsvärde före sömn. Detta avslöjade en signifikant interaktion mellan grupp och cueing (F(1,32) {{10}}.341, s=0.027) vilket tyder på att effekten av cueing på detta mått på tillvänjning beror på på det kognitiva tillstånd under vilket TMR tillämpas. 2 × 2 × 2 ANOVA gav inget annat signifikant resultat. För att bestämma vilket sömnstadium som drev Group x Cueing-interaktionen, genomförde vi sedan separata 2 × 2 ANOVAs med faktorerna Cueing och Emotion i SWS- respektive REM-grupper. Detta visade en huvudeffekt av cueing i REM (F(1,14)=7.48, p < 0.02)="" men="" inte="" sws="" (f(1,18)="0.086," p="" {{29="" }}.8),="" se="" fig.="" 2.="" närmare="" undersökningar="" av="" rem-gruppen="" visade="" att="" effekten="" av="" cueing="" drevs="" av="" de="" negativa="" objekten="" (parat="" test="" t="3.21;" p="0}.006)" ,="" med="" neutrala="" objekt="" som="" visar="" en="" trend="" mot="" samma="" effekt="" (t="1.6;" p="0.102)." intressant="" nog="" fanns="" det="" en="" huvudeffekt="" av="" känslor="" i="" sws-gruppen="" (f(1,18)="6.28," p="0.022)" men="" inte="" i="" rem-gruppen.="" närmare="" undersökningar="" visade="" att="" detta="" drevs="" av="" större="" tillvänjning="" av="" neutrala="" föremål="" jämfört="" med="" negativa="" föremål="" i="" un-cued-tillståndet="" (t="2.25," p="0.037)," med="" en="" trend="" i="" cued-tillståndet="" (t="1.45," sid="">

Minnefor the sound-image pairs was near the ceiling during the pre-sleep test. On average, participants responded correctly on >97% of trials. The mean proportion of incorrect trials was as follows [REM group: 1.45%(±1.98)trials(pre-sleep);1.55%(±1.83) trials (post-sleep);SWS group:2.05%(±2.77)trials (pre-sleep);2.62%(±1.08)trials (post-sleep)]. To test for differences in pre-sleep learning of sound-image which could have biased the results, we conducted ANOVAs on pre-sleep proportion correct memory trials with the factors cued/not cued and negative/neutral for the REM and SWS groups, respectively. This revealed no main effects or interactions in the either REM group or the SWS group(p>0.1 in all cases). To test for impacts of TMR or emotion on overnight changes in memory, we performed the same two ANOVAs, now with the overnight change in the proportion of correct memory trials as the dependent variable. This revealed no significant effects for either SWS (p>0.5)in all cases or REM(p >0.8) i alla fall.

För att säkerställa att reaktionstiderna inte skilde sig markant mellan cued och un-cued föremål under upphetsningstestet före sömn, utförde vi en 2×2 ANOVA med faktorerna valens (neutral, negativ) och cueing (un-cued, cued) inom varje grupp av deltagare. Detta avslöjade en huvudeffekt av känslor (F=29.9,s< 0.001)in="" the="" sws="" group,="" and="" a="" trend="" towards="" the="" same="" effect="" of="" emotion(f="3.984," p="0.066)in" the="" rem="" group.="" because="" response="" times="" are="" often="" modulated="" by="" both="" tmr="" and="" emotion,="" we="" examined="" the="" effects="" of="" cueing="" and="" valence="" on="" overnight="" change="" in="" reaction="" times="" for="" rem="" and="" sws="" groups.="" we="" used="" a="" pair="" of="" 2×2="" anova="" with="" the="" factors="" valence="" (neutral,="" negative)="" and="" cueing(un-cued,="" cued).="" this="" revealed="" no="" main="" effect="" or="" interaction="" in="" either="" rem="" or="" sws="" groups="" (p="">0.15) I alla fall, se tabell S1 med tilläggsinformation för medel.

Sleep stage data for each group are reported in Table 2. Note that REM time, SWS time, N2 time, and NI time did not differ significantly between groups (p>0.1 in all cases). However, total sleep time did differ significantly(p=0.01), being shorter on average in the REM than in the SWS group. To determine whether there was a relationship between habituation and time spent in REM or SWS or spectral power in slow-wave, delta, theta, and gamma bands we conducted a series of Pearson correlations with data across both REM and SWS groups; these revealed several marginal correlations, but none of these survived correction for our four multiple comparisons (p>0.05 i alla fall).

effekter av cistanche: förbättra minnet

Diskussion

Våra data stödjer en roll för REM-sömn i tillvänjning över natten av upphetsningssvar på bild-ljudkombinationer genom att visa att TMR i REM men inte SWS leder till ökad tillvänjning över natten. Detta fynd stämmer överens med en tidigare observation att REM TMR för ljud som används i Pavlovsk konditionering före sömn resulterade i större tillvänjning mot dessa ljud nästa dag än TMR av samma ljud i sömn i steg 2-26. Dessa två studier kombineras för att stödja den ena aspekten av sömnen att glömma, sömn för att komma ihåg-hypotesen27, t.ex. idén att minnesreaktivering i REM är specifikt förknippad med minskningar av efterföljande upphetsning.

En färsk studie av Lehmann et al22. använde en liknande design för att undersöka rollen av TMR i REM och SWS i emotionell minneskonsolidering och fann ingen effekt av cueing på subjektiv tillvänjning i någon grupp22. En möjlig orsak till skillnaden mellan dessa resultat och våra egna kan bero på det faktum att våra deltagare bedömde bilder för upphetsning omedelbart före och efter sömn, medan deltagare i Lehmann 2016 utförde inlärnings- och återhämtningsuppgifter efter att de betygsatt stimuli men före sömn. Upprepad visning av stimuli kan leda till tillvänjning, så Lehmanns design kan ha tillåtit tillvänjning före sömn att dränka alla effekter av TMR.

Ett antal studier tyder på att SWS kan spela en roll i tillvänjning8, till exempel observationen att aspekter av autonom tillvänjning förutsägs av SWS28, att SWS procentandel förutsäger känslomässig dämpning över natten29 och att blockering av frisättningen av noradrenalin under SWS minskade denna tillvänjning12. Intressant nog observerade vi signifikant starkare tillvänjning av neutrala objekt jämfört med negativa föremål i SWS-gruppen oavsett TMR-cueing, möjligen för att de neutrala föremålen är mindre starkt upphetsande till att börja med, och det är därför lättare för deltagarna att ändra sättet. dessa föremål är betygsatta än vad de är för starkt väckande negativa. Alternativt kan upphetsningstillstånden för neutrala föremål vara mer öppna för tolkning än upphetsningsstatusen för negativa föremål, till exempel kan svar på negativa bilder påverkas av top-down-processer som identifierar dem som begreppsmässigt negativa och ökar sannolikheten för en stark upphetsningsbetyg. Även om det är svårt att tolka, kan den markanta skillnaden mellan detta konsolideringsmönster i SWS-gruppen och tillvänjningsmönstret som observerats i Un cued REM-gruppen, där negativa och neutrala objekt habituerade i samma utsträckning, tyda på att REM TMR stör en naturlig process av tillvänjning över NREM-sömn som fungerar bättre för jämförelsevis neutrala stimuli än för de som är mer upphetsande.

Medan våra resultat verkar stödja en unik roll för REM-sömn i att modulera emotionell upphetsning, fann vi ingen korrelation mellan REM-tid eller theta-kraft och tillvänjning. Eftersom REM inträffar senare på natten än SWS kan vi inte utesluta möjligheten att dissociationen vi observerade mellan dessa sömnstadier orsakades av denna skillnad i timing. I Rihm och Rasch26 var dock cue-relaterad tillvänjning mer uttalad när ledtrådar presenterades under REM än steg 2-sömn inom samma period av tidig morgonsömn, vilket stöder idén att denna skillnad beror på sömnstadiet där TMR utförs snarare än tiden på natten då den utförs.

Endast kvinnliga deltagare inkluderades i denna studie. Detta berodde på att tidigare studier rapporterade ett större självrapporterat svar på negativa stimuli hos kvinnliga jämfört med manliga individer. Framtida arbete bör utvidga dessa utredningar till män. Slutligen är det värt att notera att deltagarna under hela studien betygsatte ljud-bild-paret, snarare än bara bilder eller ljud. Våra resultat relaterar därför till detta multimodala par snarare än ljud eller bilder enbart.

effekter av cistanche: förbättra minnet

Referenser

1. Rasch, B. & Born, J. Om sömnens roll i minnet. Physiol. Upps. 93, 681–766 (2013).

2. Hu, P., Stylos-Allan, M. & Walker, MP Sömn underlättar konsolidering av känslomässigt deklarativt minne. Psychol. Sci. 17, 891–898 (2006).

3. Payne, JD, Chambers, AM & Kensinger, EA Sömn främjar bestående förändringar i det selektiva minnet för känslomässiga scener. Främre. Heltal. Neurosci. 6, 108 (2012).

4. Wagner, U., Hallschmid, M., Rasch, B. & Born, J. Kort sömn efter lärande håller känslomässiga minnen vid liv i flera år. Biol. Psykiatri 60, 788–790 (2006).

5. Wagner, U., Kashyap, N., Diekelmann, S. & Born, J. Effekten av sömn efter lärande vs. vakenhet på igenkänningsminne för ansikten med olika ansiktsuttryck. Neurobiol. Lära sig. Mem. 87, 679–687 (2007).

6. Dolcos, F., LaBar, KS & Cabeza, R. Minns ett år senare: roll amygdala och mediala temporallobens minnessystem för att hämta känslomässiga minnen. Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 2626–2631 (2005).

7. Goldstein, AN & Walker, MP Sömnens roll i emotionell hjärnfunktion. Annu. Rev. Clin. Psychol. 10, 679–708 (2014).

8. van der Helm, E. et al. REM-sömn depotentierar amygdalaaktivitet till tidigare känslomässiga upplevelser. Curr. Biol 21, 2029–2032 (2011).

9. Gujar, N., McDonald, SA, Nishida, M. & Walker, MP En roll för återsömn vid omkalibrering av den mänskliga hjärnans känslighet för specifika känslor. Cereb. Cortex 21, 115–123 (2011).

10. Baran, B., Pace-Schott, EF, Ericson, C. & Spencer, RMC Bearbetning av emotionell reaktivitet och känslomässigt minne översömn. J. Neurosci. 32, 1035–1042 (2012).

11. Groch S., Wilhelm I., Diekelmann S. & Born, J. Rollen av REM-sömn i bearbetningen av känslomässiga minnen: Bevis från beteende och händelserelaterade potentialer. Neurobiol. Lära sig. Mem. 99, 1–9 (2013).

12. Groch, S. et al. Bidrag av noradrenalin till emotionell minneskonsolidering under sömn. Psychoneuroendocrinology 36, 1342–1350 (2011).

13. Wagner, U., Fischer, S. & Born, J. Förändringar i känslomässiga reaktioner på aversiva bilder över perioder rika på långsam sömn kontra snabb ögonrörelsesömn. Psykosom. Med. 64, 627–634 (2002).

14. Cellini, N. & Cappuzo, A. Forma minneskonsolidering via riktat minne. Ann. NY Acad. Sci. 1426, 52–71 (2018).

15. Guerrini, A., Dujardin, K., Mandal, O., Sockeel, P. & Leconte, P. Förbättring av minnet genom auditiv stimulering under post-learning REM-sömn hos människor. Physiol. Behav. 45, 947-950 (1989).

16. Tilley, AJ Sömninlärning under steg 2 och REM-sömn. Biol. Psychol. 9, 155-161 (1979).

17. Cordi, MJ, Diekelmann, S., Born, J. & Rasch, B. Ingen effekt av luktinducerad minnesreaktivering under REM-sömn på deklarativ minnesstabilitet. Främre. Syst. Neurosci. 8, 157 (2014).

18. Fuentemilla, L. et al. Hippocampusberoende förstärkning av riktade minnen via reaktivering under sömn hos människor. Curr. Biol. 23, 1769–1775 (2013).

19. Rasch, B., Buchel, C., Gais, S. & Born, J. Luktsignaler under slow-wave-sömn leder till deklarativ minneskonsolidering. Science 315, 1426–1429 (2007).

20. Rudoy, ​​JD, Voss, JL, Westerberg, CE & Paller, KA Att stärka individuella minnen genom att återaktivera dem under sömnen. Science 326, 1079 (2009).

21. Schreiner, T. & Rasch, B. Öka ordförrådsinlärning genom verbal cueing under sömnen. Cereb. Cortex https://doi.org/10.1093/cercor/bhu139 (2015).

22. Lehmann, M., Schreiner, T., Seifritz, E. & Rasch, B. Emotionell upphetsning modulerar oscillerande korrelat av riktad minnesreaktivering under NREM, men inte REM-sömn.

23. Hu, X., Cheng, LY, Chiu, MH & Paller, KA Främja minneskonsolidering under sömn: En metaanalys av riktad minnesreaktivering. Psychol. Tjur. 146, 218–244 (2020).

24. Groch, S. et al. Riktad reaktivering under sömn påverkar olika negativa minnen hos socialt oroliga och friska barn och ungdomar. J. Neurosci. 37, 2425–2434 (2017).

25. Sterpenich, V. et al. Minnesreaktivering under snabb ögonrörelsesömn främjar dess generalisering och integration i kortikala butiker. Sleep 37, 1061–1075 (2014).

26. Rihm, JS & Rasch, B. Omspelning av betingade stimuli under sen REM och sömnstadium N2 påverkar affektiv ton snarare än emotionell minnesstyrka. Neurobiol. Lära sig. Mem. 122, 142–151 (2015).

27. Walker, MP, van der, HE & van der Helm, E. Overnight therapy? Sömnens roll i emotionell hjärnbearbetning. Psychol. Tjur. 135, 731–748 (2009).

28. Pace-Schott, EF et al. Tupplur främjar tillvänjning mellan sessioner vid känslomässiga stimuli. Neurobiol. Lära sig. Mem. 95, 508–523 (2012).

29. Talamini, LM, Bringmann, LF, de Boer, M. & Hofman, WF Sova bekymmer bort eller oroa bort sömn? Fysiologiska bevis på interaktioner mellan sömn och känslor.

30. Horne, JA & Ostberg, O. Ett självutvärderingsformulär för att bestämma morgon-kväll i mänskliga dygnsrytmer. Int. J. Chronobiol. 4, 97-110 (1976).

31. Lang, PJ, Bradley, MM & Cuthbert, BN International Affective Picture System (IAPS): Affective Ratings of Pictures and Instruction Manual. Teknisk rapport nr A-8 (University of Florida, 2008).

32. Willenbockel, V. et al. Styr bildegenskaper på låg nivå: SHINE-verktygslådan. Behav. Res. Methods 42, 671–684 (2010).

33. Bradley, MM & Lang, PJ International Affective Digitalized Sounds (IADS): Stimuli, Instruktionsmanual och Affective Ratings. Teknisk rapport nr B-2 (1999).

34. Breiter, HC et al. Respons och tillvänjning av den mänskliga amygdala under visuell bearbetning av ett ansiktsuttryck. Neuron 17, 875-887 (1996).

35. Büchel, C., Dolan, RJ, Armony, JL & Friston, KJ Amygdala-hippocampus involvering i mänskliga aversiva spårkonditionering avslöjat genom händelserelaterad funktionell magnetisk resonanstomografi. J. Neurosci. 19, 10869-10876 (1999).

36. Fischer, H., Furmark, T., Wik, G. & Fredrikson, M. Hjärnrepresentation av tillvänjning till upprepad komplex visuell stimulering studerad med PET. Neuroreport 11, 123–126 (2000).

37. Bradley, MM & Lang, PJ Att mäta känslor: självutvärderingsdockan och den semantiska differentialen. J. Behav. Ther. Exp. Psychiatry 25, 49–59 (1994).

38. Iber, C., Ancoli-Israel, S., Chesson, A. & Quan, S. The AASM Manual for Scoring of Sleep and Associated Events (American Academy for Sleep Medicine, 2007).