Sleep and memory formation in infants and toddlers
Final Report Abstract
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.
Publications
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(2020). Sleep-dependent memory consolidation in infants protects new episodic memories from existing semantic memories. Nature Communications, 11, 1298
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