Misurazione dei meccanismi neurali alla base del consolidamento della memoria dipendente dal sonno durante le sinisine nella prima infanzia

Data la prevalenza del sonno nella nostra routine quotidiana, è importante capire la sua funzione. Gli studi con questo obiettivo richiedono una misurazione precisa del sonno. La polisonnografia (PSG) è la misura del sonno standard dell’oro. Il PSG consente una misurazione oggettiva e quantitativa del sonno ad alta risoluzione temporale e può essere utile sia per la ricerca che per scopi clinici. PSG è una combinazione di registrazioni fisiologiche. Come minimo, un montaggio PSG include le seguenti misure: elettroencefalografia (EEG), elettrooculografia (EOG) ed elettromiografia (EMG). Queste misure valutano i potenziali elettrici rispettivamente dal cervello, dagli occhi e dai muscoli e consentono la classificazione delle fasi del sonno (vedere la Figura 1). Altre misure, come l’elettrocardiografia (ECG), la respirazione e l’ossimetria a impulsi possono essere incluse per identificare la presenza di sonno disordinato.

Figura 1: Posizionamento dell’elettrodo di esempio e descrizione dell’attività registrata tramite PSG. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Il PSG permette di caratterizzare il sonno in quattro fasi distinte del sonno: movimento dell’occhio non rapido (non-REM) fase 1 (nREM1; 4-7 Hz), fase 2 non-REM (nREM2; 12-15 Hz), e fase 3 non-REM (più comunemente noto come sonno d’onda lenta [SWS]; 0,5-4 Hz) e movimento degli occhi rapidi (REM ) sonno. nREM1 segna l’insorgenza del sonno ed è identificato in base alla riduzione del tono muscolare nella ricodifica EMG e alle oscillazioni EEG di ampiezza mista rispetto all’alfa osservato nella scia a riposo. Questo è seguito da nREM2, che può essere distinto per la presenza di fusi del sonno (brevi raffiche di attività di frequenza sigma; 11-16 Hz) e K-complessi (singole onde lente che si distinguono dall’attività circostante) nell’EEG. SWS è caratterizzato da distinte oscillazioni EEG ad alta frequenza a bassa frequenza. Il sonno REM è caratterizzato da un’attività cerebrale oscillatossiva a bassa ampiezza veloce molto simile a quella osservata durante la scia. Tuttavia, ciò che distingue il sonno REM dalla scia è che è anche caratterizzato da movimenti phasici rapidi degli occhi (da qui il moniker REM) e atonia muscolare. Nel corso di un incontro di sonno, fasi di sonno sono sperimentati ciclicamente, ad un tasso di circa 90 min / ciclo.

Il sonno segue anche il ritmo circadiano, con gli out di sonno che si svolgono in cicli di 24 ore. La tempistica e la consistenza del sonno possono influenzare la funzione del sonno e sono anche importanti da valutare. Anche se il PSG è necessario per caratterizzare le fasi del sonno, l’applicazione richiede molto tempo e quindi non è ideale per valutare più interruzioni del sonno (ad esempio, più notti di sonno, sonnellini e sonno in notte). Per questo, l’attivigrafia è vantaggiosa. L’attività utilizza un accelerometro triassiale, tipicamente sul polso, per stimare il sonno in base all’assenza di movimento. Anche se l’attivigrafia non può essere utilizzata per caratterizzare le fasi del sonno, è stato dimostrato di essere affidabile nel rilevare l’insorgenza del sonno e l’insorgenza (compresa la frammentazione del sonno o la veglia dopo l’inizio del sonno) in una gamma di popolazioni, da¹ ad adulti più anziani² . Sia il PSG che l’attività sono metodi preferiti rispetto alle misure auto/genitore-relazione. Le misure di auto-relazione sono facili da amministrare e relativamente poco costose, tuttavia sono anche soggette a pregiudizi e inadempienza. Infine, vale la pena notare che questi metodi possono essere utilizzati in combinazione per capitalizzare i punti di forza di ciascuno. Ad esempio, il PSG può essere combinato con l’attività e/o il rapporto autonomo/padre per ottenere sia la qualità del sonno durante la notte che la verifica delle quantità di sonno o i cicli sonno-veglia, specialmente per lunghi durate (ad esempio, settimane o mesi).

Una funzione del sonno che ha raccolto particolare interesse è il consolidamento della memoria dipendente dal sonno, l’elaborazione di ricordi che li lascia più forti e meno vulnerabili alle interferenze³. Anche se il consolidamento della memoria può avvenire durante la scia nei bambini⁴ e adulti⁵, c’è una prova sostanziale che il consolidamento è migliorato durante il sonno. Ricerche precedenti hanno fornito esempi comportamentali di consolidamento della memoria dipendente dal sonno confrontando le modifiche nelle prestazioni della memoria dopo un intervallo di sonno (ad es. alle 8:00) alle modifiche in seguito a un intervallo equivalente trascorso a risveglio (ad es. alle 8:00). Negli adulti, ricordi sono protetti⁶ o addirittura migliorato⁷ dopo un intervallo di sonno, mentre i ricordi in genere decadono su un intervallo equivalente di veglia. Sono stati impiegati controlli che dissociano i cambiamenti di prestazioni dalle influenze circadiane^8,9,10. Per esempio, benefici simili del sonno sono osservati quando si confrontano le prestazioni su un pisolino di mezzogiorno a un periodo di veglia di mezzogiorno equivalente⁹.

Anche se un tempo si pensava che il sonno riflettesse un processo passivo, semplicemente proteggendo i ricordi dal decadimento o dalle interferenze, le teorie moderne suggeriscono che il sonno gioca un ruolo più attivo e promuove effettivamente la memoria attraverso le riattivazioni^{11,12 ,13}. Supporto per questo proviene da correlazioni osservate tra misure comportamentali di consolidamento della memoria sopra il sonno (cambiamento nel richiamo della memoria dopo il sonno rispetto a prima del sonno) e aspetti specifici della fisiologia del sonno. Per molte attività di memoria dichiarativa, il consolidamento della memoria è associato ad aspetti del sonno non REM, in particolare misure di SWS o assi del sonno trovati in nREM2 e SWS. Se il ruolo del sonno fosse la protezione passiva dalle interferenze, tale correlazione non ci si aspetterebbe; piuttosto una correlazione tra il tempo addormentato (indipendentemente dalla fase di sonno) e le prestazioni ci si aspetterebbe, come più tempo di sonno fornirebbe una maggiore protezione^{dall’interferenza 14}.

Ulteriore supporto per il ruolo attivo di SWS nel consolidamento della memoria è evidente negli studi di riattivazione della memoria mirata. In questi studi, si apprende una memoria nel contesto di un segnale percettivo, ad esempio un odore, e richiamo della memoria è maggiore dopo il sonno se il segnale viene ripresentato durante il sonno, SWS in particolare¹⁵. Anche se il meccanismo sottostante è dibattuto^16,17, una teoria prominente, teoria del consolidamento dei sistemi, sostiene che i ricordi codificati nell’ippocampo sono stabilizzati nella corteccia anche se il dialogo ippocampale-neocorticale. In particolare, le onde lente corticali e i fusi del sonno, che si verificano in combinazione con increspature ippocampali associate alla riattivazione della memoria, supportano il trasferimento di memoria³.

Il ruolo del sonno nel consolidamento della memoria durante lo sviluppo è meno chiaro. La prima infanzia è un periodo di particolare interesse quando i bambini iniziano a passare da un bifasico (costituito da un pisolino di mezzogiorno e un incontro di sonno notturno) a un modello di sonno monofasico. Recenti ricerche suggeriscono che questa transizione può riflettere la maturazione cerebrale¹⁸. Questo argomento è coerente con i dati empirici che mostrano cambiamenti di sviluppo nel sonno notturno (cioè, la topografia dell’attività a onde lente) rispecchia quello della maturazione corticale¹⁹.

Anche se ci sono diverse dimostrazioni comportamentali di consolidamento overnight sleep-dependent nei bambini^20,21 e neonati²², ricerca sui fondamenti neurali del consolidamento della memoria con sonno di mezzogiorno sono appena cominciando ad essere indagato. Nel lavoro innovativo esaminando il ruolo dei sonnellini di mezzogiorno sulla memoria nei bambini in età prescolare, i sonnellini sono stati mostrati per proteggere i ricordi delle informazioni apprese di recente, mentre la memoria è stata ridotta (12%) quando i bambini sono rimasti svegli durante l’intervallo di pisolino²³. Questo “beneficio”, era più grande nei bambini che dormivano abitualmente (cioè 5 o più volte alla settimana come misurato con l’attivigrafia) indipendentemente dalla loro età. Registrando il PSG durante il pisolino, il cambiamento delle prestazioni della memoria durante il periodo del pisolino è risultato specificamente associato alla densità del mandrino del sonno (il numero di assi del sonno al minuto di nREM), suggerendo che la qualità del pisolino (non la quantità) è stato un fattore critico promozione della conservazione della memoria (vedere la sezione dei risultati rappresentativi).

Questo studio mette in evidenza il significato del PSG nell’esplorare le relazioni tra sonno e memoria durante lo sviluppo. Sottolinea l’importanza di caratterizzare le strutture del sonno macro- (fasi del sonno) e micro- (qualità di tali stadi come le frequenze e la presenza di mandrini) strutture durante i sonnellini per il consolidamento della memoria. Sottolinea anche l’importanza di valutare i ritmi del sonno (caratterizzando i bambini come tonuper abituali o non abituali). Anche se il nostro lavoro ha caratterizzato la funzione dei sonnellini nell’apprendimento visuospatiale (e più recentemente emotivo²⁴ e²⁵ apprendimento procedurale), rimangono molte domande. Ad esempio, sarà importante esaminare altri compiti di memoria dichiarativa per valutare la generalizzabilità di questi risultati e valutare i compiti utilizzati nelle classi prescolare per comprendere parametri specifici (ad esempio, la quantità di beneficio del nap rispetto all’apprendimento) per compiti ecologicamente validi. Ulteriori lavori saranno inoltre necessari per capire quando wake è sufficiente per il consolidamento della memoria. Così, il nostro obiettivo è quello di demistificare il processo di misurazione del sonno e il consolidamento della memoria dipendente dal sonno nei bambini. Forniamo consigli pratici per esaminare il beneficio di un pisolino pomeridiano sulla memoria dichiarativa in tipicamente sviluppare bambini in età prescolare (circa 3-4 anni di età) utilizzando un compito computerizzato di memoria visuospatial e metodi per valutare l’abitualità del pisolino usando l’attivisia, il rapporto dei genitori e la fisiologia del pisolino usando il PSG. Anche se questi metodi sono stati sviluppati per i bambini in età prescolare che pisolino con frequenza variabile, questi metodi potrebbero essere adattati a qualsiasi fascia di età.