Schlaf und Gedächnisbildung bei Säuglingen und Kleinkindern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Säuglinge und Kleinkinder verbringen mehr Zeit im Schlaf als im Wachzustand. Gleichzeitig zeichnet sich die sehr frühe Lebensphase durch eine extrem hohe Lernfähigkeit aus. In unserem Projekt haben wir untersucht, wie diese beiden Besonderheiten der frühesten Entwicklung, der hohe Anteil an Schlaf und die rapide Gedächtnisbildung, zusammenhängen. Im Verlauf unseres Projektes konnten wir anhand mehrerer Studien mit 6 bis 17 Monate alten Kindern belegen, dass der frühkindliche Schlaf wesentlich zum Festigen und Verallgemeinern von neuem Gedächtnis beiträgt. So haben wir herausgefunden, dass bereits 6 Monate alte Babys nach einem Mittagsschlaf als Benennung für neue Objekte einer vorher unbekannten Kategorie genau die Wörter erwarten, mit denen andere, ähnliche Objekte in einer Lernphase vor dem Schlaf benannt wurden. Ein solches Verallgemeinern von Objekt-Wort-Paaren konnte selbst in der ältesten von uns untersuchten Gruppe nicht beobachtet werden, wenn die Kinder zwischen Lernen und Gedächtnistest wach geblieben waren. Durch die detaillierte Analyse des Schlaf-EEGs und die Einbeziehung individueller Schlafparameter in die Auswertung der Gedächtniseffekte konnten wir spezifische Zusammenhänge zwischen der Struktur des frühkindlichen Schlafes und dem neu gebildeten Gedächtnis aufdecken. Als entscheidend für die Konsolidierung von Wortbedeutungen hat sich die sogenannte Spindelaktivität im NonREM-Schlaf herausgestellt. Von Schlafspindeln war bereits bekannt, dass sie bei Erwachsenen in Prozesse der Gedächtniskonsolidierung involviert sind. Anders als bei Erwachsenen, bei denen Schlafspindeln mit langsamen Oszillationen während des Tiefschlafes interagieren, haben wir bei Babys und Kleinkindern bisher keinen Einfluss des Tiefschlafs auf die Konsolidierung von Gedächtnis gefunden. Neben dem Einfluss von Schlaf auf das frühkindliche Gedächtnis haben wir umgekehrt auch untersucht, inwieweit der frühkindliche Schlaf selbst durch bereits bestehendes oder unmittelbar vor dem Schlaf neu gebildetes Gedächtnis beeinflusst wird. So konnten wir nachweisen, dass in zentralen und parietalen Hirnregionen ein gewisser Anteil an schnellen Schlafspindeln zusätzlich gebildet wird, wenn noch kein passendes lexikalisch-semantisches Gedächtnis für die vor dem Schlaf aufgenommene Information vorhanden ist. Die Menge der zusätzlich gebildeten Spindeln war wiederum mit dem Ausmaß an neu gebildetem lexikalisch-semantischen Gedächtnis assoziiert. Der von uns damit erbrachte Nachweis einer wechselseitigen Beziehung von schnellen Schlafspindeln und frühem lexikalisch-semantischem Gedächtnis ist ein starker Hinweise darauf, dass die mit zentralen und parietalen Schlafspindeln einhergehenden neuronalen Prozesse des NonREM-Schlafes ursächlich mit der Überführung von individuellen Erfahrungen in verallgemeinertes semantisches Wissen zusammenhängen. Im weiteren Verlauf des Projektes haben wir herausgefunden, dass die über frontalen Hirnregionen detektierbaren Schlafspindeln mit dem detaillierten Behalten individueller Erfahrung in Verbindung stehen. Demnach können sich 14-17 Monate alte Kinder mit hoher frontaler Spindelaktivität während des Mittagsschlafes besser an einzelne Objekt-Wort-Episoden erinnern, als Kinder mit geringer frontaler Spindelaktivität. Ähnlich wie in unseren lexikalisch-semantischen Studien hatten die Kinder, die bis zum Gedächtnistest wach geblieben waren, überhaupt kein detailliertes Gedächtnis gebildet. Insgesamt liefern die Ergebnisse unseres Projektes wesentliche Belege dafür, dass Schlaf dem frühkindlichen Gehirn ermöglicht, sowohl einzelne Erlebnisse im Detail zu bewahren als auch ähnliche Erlebnisse in verallgemeinertes Wissen zu überführen. Damit kann Schlaf als ein wesentlicher Bestandteil der frühesten Gedächtnisbildung angesehen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015). Generalization of word meanings during infant sleep. Nature Communications, 6, 6004
Friedrich, M., Wilhelm, I., Born, J. & Friederici, A. D.
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(2017). ERP indices of word learning: What do they reflect and what do they tell us about the neural representations of early words? In: Gert Westermann and Nivedita Mani (Eds.). Early Word Learning, Series Current Issues in Developmental Psychology, 123-137, London, Taylor & Francis Group
Friedrich, M.
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(2017). The origins of word learning: Brain responses of 3‐month‐olds indicate their rapid association of objects and words. Developmental Science, 20(2)
Friedrich, M., & Friederici, A. D.
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(2017). The sleeping infant brain anticipates development. Current Biology, 27, 1–7
Friedrich, M., Wilhelm, I., Mölle, M., Born, J. & Friederici, A. D.
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(2018). The reciprocal relation between sleep and memory in infancy: Memory-dependent adjustment of sleep spindles and spindle-dependent improvement of memories. Developmental Science, e12743
Friedrich M., Mölle M., Friederici A. D., Born J.
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(2019). Generalization and Retention of Non-Adjacent Dependencies in 6- to 8-Month-Old Infants. 4th Workshop on Infant Language Development (WILD 2019), 13.06.2019, Potsdam, Germany
Friedrich, M., Mölle, M., Born, J. & Friederici, A. D.
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(2020). Sleep-dependent memory consolidation in infants protects new episodic memories from existing semantic memories. Nature Communications, 11, 1298
Friedrich M., Mölle M., Friederici A. D., Born J.
