Гипотеза:
- Коротко: Качественный ночной сон и совпадение времени обучения с индивидуальным циркадным пиком улучшают консолидацию памяти и последующее обучение у студентов; десинхронизация (недосыпание или обучение в не‑оптимальную для хронотипа фазу) снижает эффективность запоминания и обучения.
- Формально: качество сна и циркадная синхронизация влияют на прирост памяти $\Delta M$ так, что
$$\Delta M=f(S,C,E)$$ где $S$ — параметры сна (общая длительность, доля SWS/REM), $C$ — степень циркадной синхронизации (совпадение времени обучения с внутренним хронотипом), $E$ — начальный уровень энкодинга; ожидаемая зависимость: $\partial \Delta M/\partial S>0$, $\partial \Delta M/\partial C>0$.
Обоснование (кратко и по сути):
- Стадии сна: медленный сон (SWS) связан с консолидацией декларативной памяти через реплей в гиппокампе; REM‑сон — с процедурной и эмоциональной памятью. Нарушение этих стадий ухудшает консолидацию.
- Циркадная модуляция: нейрофизиологическая возбудимость, гормональная среда (кортизол, мелатонин) и пластичность синапсов зависят от циркадного времени; обучение в фазу высокого когнитивного надёжности (индивидуальный пик) повышает кодирование и последующую консолидацию.
- Взаимодействие: даже при хорошем кодировании, недостаток SWS/REM или десинхронизация уменьшает перенос в долговременную память.
Предсказания:
- После ночного сна (8 ч, нормальное распределение SWS/REM) удержание материала через 24 ч выше, чем после аналогичного периода бодрствования.
- Обучение в циркадно согласованное время (для утреннего хронотипа — утро; для вечернего — вечер) даёт лучшее немедленное кодирование и большую выгоду от последующего сна.
- Эффект наиболее выражен для декларативной памяти при SWS‑богатом сне и для процедурной — при увеличении REM.
Дизайн экспериментального исследования
1) Дизайн в целом:
- 2×2 смешанный дизайн: фактор сна (Sleep vs Wake) внутри субъектов; фактор циркадной синхронизации (Aligned vs Misaligned) между субъектами или как второй внутри‑фактор если возможно кроссовер с контрбалансировкой.
- Альтернативно: полностью внутри‑субъектный кроссовер с четырьмя условиями (Sleep/Aligned, Wake/Aligned, Sleep/Misaligned, Wake/Misaligned) с интервалами для отмывки.
2) Участники:
- Студенты 18–30 лет, без соматических/психических расстройств, без снотребований/лекарств, нормальный слух/зрение.
- Определение хронотипа с помощью утилиты (например, MEQ) и определение циркадной фазы с помощью DLMO (опционально) или actigraphy.
- Пример расчёта числа участников: для парного сравнения с ожидаемым эффектом размером $d=0.5$, $\alpha =0.05$, мощность $1-\beta =0.8$, требуемый $n$ рассчитывается как
$$n\approx {\left(\frac{Z_{1-\alpha /2}+Z_{1-\beta }}{d}\right)}^2.$$ Подставляя $Z_{0.975}=1.96$, $Z_{0.8}=0.84$: $n\approx {\left(\frac{2.8}{0.5}\right)}^2\approx 31.4$, т.е. около $n\approx 32$ участников для парного дизайна; для между‑группового требуется больше.
3) Процедура (пример для кроссовера):
- Скрининг и хронотип.
- Сессии: каждая участник проходит 4 сессии (контрбалансировка порядка):
1) Обучение в циркадно согласованное время + ночной сон (Sleep/Aligned).
2) Обучение в согласованное время + бодрствование (удержание без сна) (Wake/Aligned).
3) Обучение в не‑согласованное время + ночной сон (Sleep/Misaligned).
4) Обучение в не‑согласованное время + бодрствование (Wake/Misaligned).
- Задания: декларативная память (пары слов), процедурная (motor sequence task), рабочая память (n‑back) для контроля.
- Измерения: пред‑обучение (baseline), немедленный пост‑тест (encoding), ретенционные тесты через 12 ч, 24 ч и 7 дней.
- Контроль сна: PSG (золотой стандарт) или actigraphy + сонный дневник; измерение долей SWS и REM.
- Контроль циркада: стандартный световой режим, контроль кофеина/алкоголя, DLMO при возможности.
4) Основные переменные и анализ:
- Зависимые переменные: рост в точности/скорости на тестах памяти ($\Delta M$ между пост‑тестом и ретеншеном), показатели PSG (время SWS, REM), показатели кодирования.
- Статистическая модель: смешанная модель
$$M_{ij}={\beta }_0+{\beta }_{1}Slee{p}_i+{\beta }_{2}Alig{n}_i+{\beta }_{3}Tim{e}_j+{\beta }_{4}Slee{p}_i\times Alig{n}_i+u_{subject}+{\epsilon }_{ij}.$$ где $u_{subject}$ — случайный эффект субъекта.
- Проверять основные эффекты и взаимодействия, корректировать многократные сравнения.
5) Контрольные и этические моменты:
- Ограничить кофеин/алкоголь в 24–48 ч до сессий; обеспечить безопасность при условиях с лишением сна; информированное согласие; компенсация.
- Слепость: исследователь, оценивающий тесты на память, должен быть слеп к условию сна.
6) Ожидаемые результаты и интерпретация:
- Существенное преимущество Sleep vs Wake по удержанию декларативной памяти; сильнее при совпадении с хронотипом.
- Взаимодействие: эффект сна усилен при циркадной синхронизации (${\beta }_4>0$).
- Наблюдение за корреляциями между долей SWS и приростом декларативной памяти, между REM и процедурной.
Краткая сводка для реализации:
- Выбрать кроссоверный дизайн с контролем хронотипа, использовать PSG/actigraphy, измерять декларативную и процедурную память, применять смешанные модели для анализа; рассчитать размер выборки по формуле выше и планировать контрбалансировку порядка.
Если нужно, могу привести конкретный протокол с временной сеткой (часы процедуры), список тестов и шаблоны статистического кода.