Sleep-associated and circadian effects on future-directed memory

Abstract

Erinnerungen spiegeln vergangene Erfahrungen wieder. Ihre Funktion liegt darin, angemessenes Verhalten in der Gegenwart hervorzubringen und es an zukünftige Situationen anzupassen. Das Gedächtnis für Absichten und Pläne bezieht sich ausdrücklich auf zukünftiges Verhalten und kann demnach zum „auf die Zukunft gerichteten Gedächtnis“ gezählt werden. Zirkadiane (lat. circa, “ungefähr” und diem, “Tag”) Rhythmen geben den Takt für viele Körperfunktionen vor, wovon der Schlaf-Wach-Zyklus wahrscheinlich der offensichtlichste ist. Kognitive Funktionen unterschiedlicher Domänen, darunter die Gedächtnisfunktionen, unterliegen ebenfalls zirkadianen Schwankungen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Rolle des Schlafes und der Tageszeit für auf die Zukunft gerichtetes Gedächtnis zu beleuchten. Schlaf wirkt sich förderlich auf die Konsolidierung, das heißt, die Stabilisierung und Reorganisation, von neuen Gedächtnisinhalten, aus. Kürzlich wurde gezeigt, dass Schlaf auch die Konsolidierung von Absichten fördert. Studie 1 dieser Arbeit deckt Voraussetzungen für einen förderlichen Schlafeffekt auf Absichten auf und Studie 2 befasst sich mit der Frage, ob das Gedächtnis für Pläne ebenfalls im Schlaf konsolidiert wird. Kognitive Funktionen wie Gedächtnis und Aufmerksamkeit schwanken im Tagesverlauf parallel zum Niveau der physiologischen Erregung des endogenen zirkadianen Systems. Auf höhere Leistungen am Tag folgt eine Verschlechterung zur Nacht hin, was als Tageszeiteffekt bezeichnet wird. In manchen kognitiven Domänen sind die Leistungen zur bevorzugten Tageszeit besser und zur nicht-bevorzugten Zeit schlechter, was unter dem Synchronie-Effekt bekannt ist. Studie 3 dieser Arbeit befasst sich mit der Frage, ob Absichten einem Tageszeit- oder Synchronie-Effekt unterliegen und ob diese potentiellen Effekte durch Aufmerksamkeit moduliert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Intentionen vom Schlaf profitieren, wenn sie über die Schlafperiode hinweg aktiv sind und wenn sie in zeitlicher Nähe zur anfänglichen Lernsituation instruiert werden. Diese Befunde heben die Zeit nach der Enkodierung als eine kritische Phase hervor, in welcher die dort gemachten Erfahrungen bestimmen, ob Inhalte im nachfolgenden Schlaf konsolidiert werden. Zweitens liefert die vorliegende Arbeit erste Belege, dass das Gedächtnis für Pläne im Schlaf konsolidiert wird. Dieses Ergebnis sollte mit Vorsicht interpretiert werden, da der förderliche Effekt von Schlaf nicht in allen Maßen zu finden ist und keine zirkadiane Kontrolle vorhanden ist. Drittens unterliegen Intentionen einem Tageszeiteffekt. Unabhängig von der zirkadianen Präferenz und dem zur Verfügung stehenden Aufmerksamkeitsniveau werden Intentionen am Abend erfolgreicher ausgeführt als am Morgen. Dies wurde in 3 von 4 Maßen gezeigt. Zusammengenommen konnte ich in diesen Arbeiten zeigen, dass auf die Zukunft gerichtetes Gedächtnis im Schlaf nur unter bestimmten Bedin-gungen konsolidiert wird und dass dieses Gedächtnis einem aufmerksamkeits-unabhängigen Tageszeiteffekt unterliegt, ohne dass die präferierte Tageszeit eine Rolle spielt.

Memories reflect past experiences, yet their function is to bear appropriate behavior in the present and adapt it to future situations. The memory for intentions and plans explicitly relates to future behavior and can be counted among ‘future-directed memory’. Circadian (lat. circa, ‘approximately’ and diem, ‘day’) rhythms keep time for many bodily functions, of which the sleep-wake cycle is probably the most obvious. Cognitive functions of different domains among others memory functions likewise underlie circadian variations. The aim of this thesis is to shed light on the role of sleep and time of day in future-directed memories. Sleep has been shown to benefit the consolidation, i.e. the stabilization and reorganization of new memories. Only recently has sleep been proven effective in consolidating intentions. Study 1 of this thesis uncovers conditions for a beneficial sleep effect on intentions and study 2 addresses the question of whether the memory for plans is also consolidated during sleep. Cognitive functions - for example memory and attention - fluctuate throughout the course of a day, in parallel with arousal levels of the endogenous circadian system. Better performance during the day is succeeded by a decline towards the night, which is called the time-of-day effect. For some cognitive domains, performance is higher at preferred times of the day and worse at non-preferred times of the day; this is known as the synchrony effect. Study 3 of this thesis addresses whether intentions underlie a time-of-day effect or a synchrony effect and whether attention modulates these potential effects. Results show that intentions benefit from sleep as long as they are still pending and only if they are instructed in temporal proximity to the initial learning session. These findings highlight the importance of the time after encoding as a sensitive period, in which experiences determine whether memories undergo consolidation during subsequent sleep. Furthermore, the present work delivers tentative evidence that the memory for plans is consolidated during sleep. This result should be interpreted with caution because the beneficial effect of sleep is not present in all measures and because the experiment lacks a circadian control. Thirdly, intentions underlie a time-of-day effect. Independent of circadian preference and the level of available attention, intentions are realized more successfully during evening hours compared to morning hours. This has been shown in 3 out of 4 measures. Together, these results show that future-directed memories are consolidated during sleep only under certain conditions and that they underlie an attention-independent time-of-day effect in the absence of a synchrony effect.