Studien zur schlafabhängigen Gedächtniskonsolidierung:Selektiver Schlafentzug und Nachmittagsschlaf

Schlaf spielt eine Rolle in der Gedächtniskonsolidierung, aber welche Schlafphasen oder Schlafmikroereignisse genau wichtig sind, ist noch unklar. In der ersten Studie wurde untersucht, ob REM Schlaf Entzug und Tiefschlafentzug im Vergleich zu einer ungestörten Nacht einen Effekt auf die Konsolidierung von einer motorischen und einer deklarativen Lernaufgabe hatte. In der zweiten Studie wurde der Effekt von Nachmittagschlaf auf die gleichen zwei Aufgaben untersucht. Trotz des effektiven Entzug von REM- bzw. Tiefschlaf, wurde die Gedächtniskonsolidierung beider Aufgaben nicht gestört. Stattdessen wurde ein Zusammenhang zwischen Schlafspindeln und der deklarativen Aufgabe aufgezeigt. Nachmittagsschlaf ohne REM Schlaf konnte bei den männlichen Probanden eine signifikante Gedächtniskonsolidierung auslösen. Weiterhin nahm die Schlafspindelaktivität durch das Lernen zu und die Zunahme korrelierte mit der Zunahme der motorischen Gedächtnisleistung. Überraschenderweise profitierten Frauen in ihrer ersten Menstruationswoche nicht vom Nachmittagschlaf und es gab auch keine Änderung der Schlafspindelaktivität durchs Lernen. Insgesamt konnte gezeigt werden, das motorische und deklarative Gedächtniskonsolidierung nicht mit REM Schlaf in Verbindung steht, statt dessen sind Spindeln wahrscheinlich wichtiger. Weiterhin konnten erste Hinweise für einen Geschlechts- und Menstruationseffekt auf die schlafabhängige Gedächtniskonsolidierung aufgezeigt werden

Studien zur schlafabhängigen Gedächtniskonsolidierung:Selektiver Schlafentzug und Nachmittagsschlaf

Schlaf spielt eine Rolle in der Gedächtniskonsolidierung, aber welche Schlafphasen oder Schlafmikroereignisse genau wichtig sind, ist noch unklar. In der ersten Studie wurde untersucht, ob REM Schlaf Entzug und Tiefschlafentzug im Vergleich zu einer ungestörten Nacht einen Effekt auf die Konsolidierung von einer motorischen und einer deklarativen Lernaufgabe hatte. In der zweiten Studie wurde der Effekt von Nachmittagschlaf auf die gleichen zwei Aufgaben untersucht. Trotz des effektiven Entzug von REM- bzw. Tiefschlaf, wurde die Gedächtniskonsolidierung beider Aufgaben nicht gestört. Stattdessen wurde ein Zusammenhang zwischen Schlafspindeln und der deklarativen Aufgabe aufgezeigt. Nachmittagsschlaf ohne REM Schlaf konnte bei den männlichen Probanden eine signifikante Gedächtniskonsolidierung auslösen. Weiterhin nahm die Schlafspindelaktivität durch das Lernen zu und die Zunahme korrelierte mit der Zunahme der motorischen Gedächtnisleistung. Überraschenderweise profitierten Frauen in ihrer ersten Menstruationswoche nicht vom Nachmittagschlaf und es gab auch keine Änderung der Schlafspindelaktivität durchs Lernen. Insgesamt konnte gezeigt werden, das motorische und deklarative Gedächtniskonsolidierung nicht mit REM Schlaf in Verbindung steht, statt dessen sind Spindeln wahrscheinlich wichtiger. Weiterhin konnten erste Hinweise für einen Geschlechts- und Menstruationseffekt auf die schlafabhängige Gedächtniskonsolidierung aufgezeigt werden

Naïve to expert: Considering the role of previous knowledge in memory.:Considering the role of previous knowledge in memory

Contains fulltext : 229250.pdf (publisher's version ) (Open Access)17 p

To Replay, Perchance to Consolidate

After a memory is formed, it continues to be processed by the brain. These “off-line” processes consolidate the memory, leading to its enhancement and to changes in memory circuits. Potentially, these memory changes are driven by off-line replay of the pattern of neuronal activity present when the memory was being formed. A new study by Dhaksin Ramanathan and colleagues, published in PLOS Biology, demonstrates that replay occurs predominately after the acquisition of a new motor skill and that it is related to changes in memory performance and to the subsequent changes in memory circuits. Together, these observations reveal the importance of neuronal replay in the consolidation of novel motor skills

Silent learning

Contains fulltext : 200389.pdf (publisher's version ) (Closed access)We introduce the concept of "silent learning"-the capacity to learn despite neuronal cell-firing being largely absent. This idea emerged from thinking about dendritic computation [1, 2] and examining whether the encoding, expression, and retrieval of hippocampal-dependent memory could be dissociated using the intrahippocampal infusion of pharmacological compounds. We observed that very modest enhancement of GABAergic inhibition with low-dose muscimol blocked both cell-firing and the retrieval of an already-formed memory but left induction of long-term potentiation (LTP) and new spatial memory encoding intact (silent learning). In contrast, blockade of hippocampal NMDA receptors by intrahippocampal D-AP5 impaired both the induction of LTP and encoding but had no effect on memory retrieval. Blockade of AMPA receptors by CNQX impaired excitatory synaptic transmission and cell-firing and both memory encoding and retrieval. Thus, in keeping with the synaptic plasticity and memory hypothesis [3], the hippocampal network can mediate new memory encoding when LTP induction is intact even under conditions in which somatic cell-firing is blocked

Execution of new trajectories towards a stable goal without a functional hippocampus

The hippocampus is a critical component of a mammalian spatial navigation system, with the firing sequences of hippocampal place cells during sleep or immobility constituting a “replay” of an animal's past trajectories. A novel spatial navigation task recently revealed that such “replay” sequences of place fields can also prospectively map onto imminent new paths to a goal that occupies a stable location during each session. It was hypothesized that such “prospective replay” sequences may play a causal role in goal-directed navigation. In the present study, we query this putative causal role in finding only minimal effects of muscimol-induced inactivation of the dorsal and intermediate hippocampus on the same spatial navigation task. The concentration of muscimol used demonstrably inhibited hippocampal cell firing in vivo and caused a severe deficit in a hippocampal-dependent “episodic-like” spatial memory task in a watermaze. These findings call into question whether “prospective replay” of an imminent and direct path is actually necessary for its execution in certain navigational tasks.Aarhus Institute of Advanced Studies, AarhusUniversitet, Grant/Award Number: 754513;ICT-FET (European Commission), Grant/AwardNumber: 600725; Lundbeckfonden,Grant/Award Number: DANDRITE-R248-2016-2518; Novo Nordisk Fonden,Grant/Award Number: NNF17OC0026774;Wellcome Trust, Grant/Award Numbers:206491, 207481/Z/17/Z; European Molecular Biology Organization, Grant/Award Number:EMBOALTF382-2017Peer reviewe

Light sleep versus slow wave sleep in memory consolidation:a question of global versus local processes?

Contains fulltext : 135488.pdf (publisher's version ) (Closed access)Sleep is strongly involved in memory consolidation, but its role remains unclear. 'Sleep replay', the active potentiation of relevant synaptic connections via reactivation of patterns of network activity that occurred during previous experience, has received considerable attention. Alternatively, sleep has been suggested to regulate synaptic weights homeostatically and nonspecifically, thereby improving the signal:noise ratio of memory traces. Here, we reconcile these theories by highlighting the distinction between light and deep nonrapid eye movement (NREM) sleep. Specifically, we draw on recent studies to suggest a link between light NREM and active potentiation, and between deep NREM and homeostatic regulation. This framework could serve as a key for interpreting the physiology of sleep stages and reconciling inconsistencies in terminology in this field

Diminished nap effects on memory consolidation are seen under oral contraceptive use

Item does not contain fulltextMany young females take exogenous hormones as oral contraceptive (OC), a condition rarely controlled for in studies on sleep and memory consolidation even though sex hormones influence consolidation. This study investigated the effects of OCs on sleep-related consolidation of a motor and declarative task, utilizing a daytime nap protocol. Fifteen healthy, young females taking OCs came to the sleep lab for three different conditions: nap with previous learning, wake with previous learning and nap without learning. They underwent each condition twice, once during the "pill-active" weeks and once during the "pill-free" week, resulting in 6 visits. In all conditions, participants showed a significant off-line consolidation effect, independent of pill week or nap/wake condition. There were no significant differences in sleep stage duration, spindle activity or spectral EEG frequency bands between naps with or without the learning condition. The present data showed a significant off-line enhancement in memory irrespective of potential beneficial effects of a nap. In comparison to previous studies, this may suggest that the use of OCs may enhance off-line memory consolidation in motor and verbal tasks per se. These results stress the importance to control for the use of OCs in studies focusing on memory performance

Automatic Sleep Spindle Detection and Genetic Influence Estimation Using Continuous Wavelet Transform

Contains fulltext : 151960.pdf (publisher's version ) (Open Access)Mounting evidence for the role of sleep spindles in neuroplasticity has led to an increased interest in these non-rapid eye movement (NREM) sleep oscillations. It has been hypothesized that fast and slow spindles might play a different role in memory processing. Here, we present a new sleep spindle detection algorithm utilizing a continuous wavelet transform (CWT) and individual adjustment of slow and fast spindle frequency ranges. Eighteen nap recordings of ten subjects were used for algorithm validation. Our method was compared with both a human scorer and a commercially available SIESTA spindle detector. For the validation set, mean agreement between our detector and human scorer measured during sleep stage 2 using kappa coefficient was 0.45, whereas mean agreement between our detector and SIESTA algorithm was 0.62. Our algorithm was also applied to sleep-related memory consolidation data previously analyzed with a SIESTA detector and confirmed previous findings of significant correlation between spindle density and declarative memory consolidation. We then applied our method to a study in monozygotic (MZ) and dizygotic (DZ) twins, examining the genetic component of slow and fast sleep spindle parameters. Our analysis revealed strong genetic influence on variance of all slow spindle parameters, weaker genetic effect on fast spindles, and no effects on fast spindle density and number during stage 2 sleep