The impact of prior knowledge on sleep and memory in children: behavior and neuronal correlates

  • Wilhelm-Groch, Ines (Principal Investigator (PI))

Project: DFG ProjectsDFG Scholarships: Research Fellowships

Project Details

Description

According to the system consolidation theory, the consolidation of new information requires a gradual shift of memory representations from hippocampal to neocortical sites (e.g. to the medioprefrontal cortex; mPFC) which typically occurs within weeks to months. The presence of an associative cortical network, into which new information can be integrated, highly speeds up this process. Sleep, specifically slow wave sleep, supports memory consolidation, which coincides with a local up-regulation of slow wave activity (SWA) during post-learning sleep in the same cortical regions that were activated during learning. Compared to adults, children possess less elaborate cortical associative networks of previous knowledge but their sleep contains greater portions of slow wave activity with peak levels shortly before puberty. The planned project focuses on the effects of prior knowledge on memory formation and sleep in 10-12 year old children. Specifically, the planned studies will clarify whether prior knowledge affects the encoding, the regulation of local SWA during post-learning sleep and retention performance after sleep in this age-group. I hypothesize that activation in the mPFC is enhanced during encoding when the acquired information is linked to prior knowledge. Furthermore, during post-learning sleep, SWA in these mPFC regions should be enhanced with increased levels of SWA coinciding with better retention performance. Taking into account the role of prior knowledge, the results will increase our understanding of the basic mechanisms of memory consolidation in childhood. Unraveling the mechanisms of learning and memory formation in childhood may help to devise strategies for the improvement of educational programs for children and adolescents.

Key findings

Das kindliche Gehirn weist eine enorme Fähigkeit zur Plastizität auf. Allerdings ist bei Kindern ein Faktor, der sich förderlich auf Prozesse der neuronalen Plastizität auswirken kann, relativ gering ausgeprägt: im Vergleich zu Erwachsenen verfügen diese über deutlich weniger Vorwissen bezüglich verschiedenster neu zu lernender Fähigkeiten. Voran gegangene Studien zeigen, dass die Deltaaktivität im nächtlichen Tiefschlaf ein Abbild für neuronale lernabhängige Plastizität darstellt. Zum Beispiel führt das Erlernen einer Aufgaben zu einem lokalen Anstieg in der Deltaaktivität in einem sich dem Lernen anschließenden Schlafintervall. Im vorliegenden Projekt, das am Kinderspital der Universität Zürich durchgeführt wurde, sollte der Zusammenhang zwischen dem Lernen neuer Gedächtnisinhalte, der nächtlichen Deltaaktivität und dem Vorhandensein von Vorwissen untersucht werden. 15 Kinder im Alter von 9-11 Jahren, 14 Jugendliche (12-17 Jahre) und 17 Erwachsene (18-25 Jahre) führten eine visuomotorische Adaptationsaufgabe am Abend vor einem Intervall nächtlichen Schlafes durch. Die Analyse der Daten zeigt, dass i) Kinder im Vergleich zu Jugendlichen und Erwachsenen einen stärkeren lernabhängigen Anstieg in der Deltaaktivität lokal über der Region, die am Lernprozess beteiligt ist, aufweisen; und ii) dies nur durch die Gruppe der Kinder bedingt wurde, die bereits über Vorwissen bezüglich der Lernaufgabe verfügten. Die Ergebnisse belegen das hohe Potential des kindlichen Gehirns für neuronale Plastizität, das jedoch erst durch das Vorhandensein von Vorwissen vollständig ausgeschöpft werden kann. In zukünftigen Studien sollte die Frage nach der Relevanz des lernabhängigen Deltaanstieges für die Langzeitgedächtnisbildung bei Kindern untersucht werden. Die in diesem Projekt verwendete Methode, Deltaaktivität im nächtlichen Schlaf mittels hochauflösendem EEG zu messen, stellt eine sehr sensitive und leicht anwendbare Methode zur Bestimmung sensitiver Perioden während der Kindheit dar. Es werden damit neue Möglichkeiten der neurowissenschaftlich orientierten entwicklungspsychologischen Forschung aufgezeigt.
Statusfinished
Effective start/end date01.01.1231.12.14

UN Sustainable Development Goals

In 2015, UN member states agreed to 17 global Sustainable Development Goals (SDGs) to end poverty, protect the planet and ensure prosperity for all. This project contributes towards the following SDG(s):

  • SDG 3 - Good Health and Well-being

Research Areas and Centers

  • Academic Focus: Center for Brain, Behavior and Metabolism (CBBM)

DFG Research Classification Scheme

  • 206-08 Cognitive and Systemic Human Neuroscience

Fingerprint

Explore the research topics touched on by this project. These labels are generated based on the underlying awards/grants. Together they form a unique fingerprint.