婴儿睡眠与选择性记忆巩固：探索学习情境对记忆的影响

本综述深入探讨了睡眠对婴儿记忆巩固的促进作用，揭示了不同学习情境（现场演示vs.视频演示）和看护者 scaffolding 对记忆效果的影响。研究通过 deferred imitation 范式发现，尽管睡眠总体上有利于记忆巩固，但其效果受到年龄因素（15个月vs.24个月）、呈现方式和 scaffolding 方式的共同调节，为理解婴儿记忆发展的选择性机制提供了重要证据。

　　

1 引言

睡眠对记忆巩固的促进作用在成人研究中已得到充分证实。近十年来，越来越多的证据表明编码后睡眠同样能够增强婴幼儿的记忆巩固过程。睡眠依赖的记忆巩固已在3-36个月大的婴儿中得到证实，涉及陈述性记忆任务、运动学习任务和泛化任务等多种任务类型。然而，大多数研究集中在3-17个月大的婴儿，导致18-24个月年龄段的研究相对缺乏。

成人及儿童的睡眠记忆益处可以通过主动系统巩固理论（active systems consolidation theory）和突触稳态假说（synaptic homeostasis hypothesis）来解释，这两种机制可能共同作用来解释这些效应。根据突触稳态假说，学习会增加清醒期间的突触强化，而睡眠片段对于突触缩减是必要的，能够保留重要记忆同时减少整体突触负荷。主动系统巩固理论则认为，记忆最初存储在海马体中，随后在睡眠期间逐渐转移到新皮质进行长期存储。

随着基础研究发现睡眠即使在生命早期也能支持记忆巩固，下一步研究需要探索睡眠在何种情况下变得有效。使用不同任务和跨年龄组的重复研究对于测试这些现象的稳健性和更好地理解婴儿期睡眠与记忆关系的机制至关重要。

并非所有在清醒期间编码的记忆都会经历睡眠依赖的记忆巩固。有理论提出睡眠依赖的记忆巩固可能是一个选择性过程，优先选择那些被标记为"相关"的记忆。在成人中，学习材料的个人价值、被测试的预期或货币奖励的前景都可以作为相关性标签，从而促进睡眠依赖的记忆巩固。婴儿中选择性睡眠依赖记忆益处的初步证据已经存在，但相关性与无关性行动的区分可能不够显著以触发睡眠依赖记忆巩固的选择性。

对婴儿来说，相关性线索可能与成人不同，这是由于婴儿独特的发展生态位（如先验知识少且缺乏面向未来的思维能力）。一个"相关性线索"可能是潜在学习经历的呈现方式。尽管婴儿能够学习和记忆屏幕上传递的信息，但许多研究也表明婴儿在学习和记忆基于屏幕的信息时表现落后于真实互动。这种所谓的"转移缺陷"有多种解释，但由于二维视频呈现的感知贫乏，婴儿可获得的内存检索线索更少。此外，它还导致从视频演示编码的感知线索与"现实世界"中存在的感知特征之间不匹配。

2 方法

本研究采用混合实验设计，以年龄（15个月、24个月）和条件（小睡、不小睡、基线）作为组间因素，看护者支架作用作为组内因素。对于跨实验比较，呈现方式（现场、视频）和睡眠条件（小睡、不小睡）是组间因素，而看护者支架作用是组内因素。

在两个研究中，小睡条件中的婴儿在演示后4小时内小睡≥30分钟不间断时间。不小睡条件中的婴儿需要在演示后保持清醒≥4小时。程序和分析已预先注册。

2.1.1 样本1：现场演示

现场实验样本包括n=68名婴儿，平均分布在15个月和24个月两个年龄组之间。15个月大的平均年龄为469天，24个月大的平均年龄为735天。婴儿被随机分配到小睡或不小睡条件。

2.1.2 样本2：视频演示

视频实验的最终样本包括n=34名15个月大的婴儿和n=35名24个月大的婴儿，同样分布在两个年龄组内，并在每个年龄组内平均分配小睡和不小睡条件。

2.2 材料

2.2.1 延迟模仿任务

为了评估陈述性记忆巩固，每个婴儿完成了两个成熟的延迟模仿任务。在这两个任务中，婴儿需要以三个步骤组装一个玩具，一个是拨浪鼓玩具，另一个是木制兔子玩具。

2.2.2 活动记录

在两个研究中，使用活动记录仪监测演示和24小时后测试会话之间的睡眠-觉醒行为。这种类似手表的手腕设备记录运动的频率、强度和时间，是客观测量自然环境中睡眠行为的非侵入性便捷方法。

2.3 程序

2.3.1 样本1：现场演示

现场演示实验的研究参与包括两次家庭访问，间隔24小时安排。在第一次家庭访问期间，获得了看护者的知情同意。经过短暂的熟悉阶段后，实验者要求看护者与婴儿坐在家庭桌旁，实验者坐在婴儿对面。然后实验者依次为两个任务演示目标动作各三次。对于一组刺激，实验者要求看护者通过朗读标准化脚本来支架编码。

2.3.2 样本2：视频演示

由于COVID-19大流行，演示和测试阶段通过视频聊天预约进行，也间隔24小时安排。不是现场演示，目标动作由女性模特在实验者提供的平板电脑上预录视频中演示。

2.3.3 基线控制条件

作为视频研究的一部分，基线控制条件的数据收集也通过视频聊天预约进行。在没有事先演示的情况下，看护者首先被指示将两组刺激依次放在婴儿可触及范围内，然后婴儿有90秒时间与每个刺激互动。

2.4 数据编码

活动记录仪收集的运动数据在Action-W软件中分析，使用零交叉模式以1分钟时段进行评分。睡眠-觉醒行为借助Sadeh等人开发的算法进行评分。使用Mangold Interact逐帧编码婴儿对实验者演示目标动作的视觉注意力，以评估观看时间是否超过预先注册的50%标准。

两个实验使用相同的延迟模仿任务编码方案。模仿分数为每个视频录制的测试会话编码，量化每组刺激再现的目标动作数量。每个目标动作得1分，无论顺序如何（范围：0-3分）。另外，序列分数捕捉婴儿是否按演示顺序模仿目标动作（范围：0-2分），并编码了首次目标动作的延迟时间（从首次接触刺激到首次模仿目标动作的时间间隔）。

2.5 统计分析

为了分析婴儿从现场演示的模仿表现作为年龄、条件和支架存在功能的函数，以及作为呈现方式、年龄、条件和支架功能的模仿表现，我们分别进行了两个混合方差分析（ANOVAs）。在现场研究中，我们预期小睡条件下的婴儿比不小睡条件下的婴儿再现显著更多的目标动作（组别主效应）。此外，我们预期两个睡眠条件和两个年龄的婴儿表现都优于年龄匹配的基线控制条件。

3 结果

3.1 描述性结果

对演示的视觉注意力很高（平均观看时间：95%）。现场研究中作为年龄和睡眠条件函数的平均睡眠和测试时间信息显示，小睡条件下的婴儿在编码后4小时内的平均睡眠持续时间在73-88分钟之间，而不小睡条件下的婴儿延迟到下一次睡眠发作的时间在300-309分钟之间。

3.2 研究问题1：编码后小睡对记忆的影响

3.2.1 回忆的目标动作数量

第一个假设，即编码后很快小睡的婴儿比保持清醒的婴儿再现显著更多目标动作，没有得到证实。我们通过进行2(年龄)×3(条件)×2(支架作用)混合ANOVA测试这一点，发现年龄主效应、睡眠条件主效应、年龄×条件交互作用和年龄×支架作用交互作用显著。事后配对比较显示，小睡和不小睡条件之间的 pairwise 比较在两个年龄都不显著。

第二个假设，即两个睡眠条件（小睡、不小睡）中的婴儿在目标动作现场演示24小时后都会表现出保留，得到了证实。配对比较显示，两个睡眠条件中的婴儿表现都优于年龄匹配的基线控制条件中的婴儿。

第三个假设，即24个月大的婴儿比15个月大的婴儿产生更多目标动作，通过上述ANOVA中的年龄主效应得到证实。令人惊讶的是，看护者支架作用对15个月大的婴儿有破坏性效应：事后配对对比显示，15个月大的婴儿在看护者支架的模仿任务中再现的目标动作显著少于没有看护者支架的情况。

3.2.2 时间回忆

对再现目标动作序列的混合ANOVA主要支持先前关于再现目标动作数量的结果：同样存在显著的年龄主效应和条件主效应，以及显著的年龄×条件交互作用。事后配对比较证实，不仅在小睡和不小睡条件下婴儿在再现目标动作数量上优于年龄匹配的基线对照组，而且以高于机会水平的演示顺序模仿目标动作。

对首次目标动作延迟的混合ANOVA仅揭示年龄主效应。24个月大的婴儿比15个月大的婴儿显著更快地产生首次目标动作。

相关性分析显示，婴儿在演示后4小时内和随后夜晚的睡眠行为与模仿表现无关。只有较长的夜间睡眠与24个月大婴儿再现更多目标动作相关。

3.3 研究问题2：跨实验比较

3.3.1 回忆的目标动作数量

尽管在每个单独研究中不显著，但当数据跨研究合并时，编码后很快小睡的婴儿比保持清醒的婴儿再现显著更多的目标动作。我们通过利用两个实验的数据进行2(呈现方式)×2(年龄)×2(条件)×2(看护者支架作用)混合ANOVA测试这一点，发现小睡条件主效应显著。

与预期相反，编码后小睡的记忆益处在小睡条件下并不比视频演示更明显，如不显著的呈现方式×睡眠条件交互作用所示。如预期，我们发现呈现方式显著效应，表明婴儿在现场演示时比视频演示再现更多目标动作。

再次，存在显著的年龄主效应，24个月大的婴儿模仿分数更高。此外，存在显著的年龄×支架作用交互作用。事后配对比较表明，15个月大的婴儿在看护者支架存在的情况下再现显著更少的目标动作。

3.3.2 时间回忆

对再现目标动作序列的混合ANOVA中的结果模式与目标动作发现相似。现场演示后按正确顺序执行的目标动作数量高于视频演示后（呈现方式主效应）。此外，存在年龄主效应、睡眠条件主效应和年龄×睡眠条件交互作用。事后配对比较表明，仅在24个月大的婴儿中，小睡促进了按演示顺序再现目标动作。

4 讨论

本研究旨在复制先前关于编码后小睡对婴儿和幼儿记忆巩固有益效应的研究发现。两项实验的合并分析揭示了编码后小睡对记忆巩固的显著有益效应。这一发现，尽管在每个单独样本中不显著，但强调了考虑累积证据从多个研究中得出结论的重要性。此外，我们探讨了呈现方式和看护者支架作用在此背景下的作用。婴儿在现场演示后的记忆表现超过了视频演示，表明两个年龄组都存在转移缺陷。看护者为支架学习提供的空叙述阻碍了15个月大婴儿的目标动作再现。

在跨实验比较中，我们发现编码后至少30分钟的小睡促进了24小时后的陈述性记忆检索。这一发现与睡眠支持早期记忆过程的积极作用一致，符合主动系统巩固理论。然而，我们研究中的效应量很小，且仅在数据跨实验合并时显著。这种小效应可归因于个体研究中的方法论问题。

鉴于缺乏呈现方式×睡眠条件交互作用，我们还得出结论，屏幕上呈现的信息记忆和现场呈现的信息记忆同样受益于编码后睡眠。然而，这一结果与我们关于基于屏幕的记忆可能不会被标记为相关因而较少受益于睡眠依赖记忆巩固的假设相矛盾。我们的结果没有提供证据表明呈现方式通过作为相关性标签决定最近编码目标动作在睡眠期间的巩固。

我们的跨实验比较揭示了呈现方式的显著效应，现场演示比基于屏幕的演示在生命第二年的记忆表现更好。虽然15个月大的婴儿在24小时延迟后没有表现出从视频演示的目标动作保留，但他们确实从现场演示中表现出保留，无论睡眠状态如何。24个月大婴儿的模仿表现接近天花板水平。总的来说，从视频演示中检索延迟后的目标动作由于线索更少和更分散，认知要求更高，导致两个年龄组基于屏幕的目标动作记忆表现更差。

另一个意外增加婴儿记忆过程中认知需求的因数是看护者支架作用的存在。在视频研究中，我们预期看护者支架通过突出内容相关性来促进睡眠依赖记忆巩固和后期记忆检索。与预期相反，看护者支架没有显著效应，反而存在15个月大婴儿在支架条件下表现更差的描述性趋势。在我们的操作中，支架仅限于空叙述，因此不包含任何有助于理解如何组装玩具的有价值信息。

5 结论

仅在过去十年中，研究人员才开始使用实验方法更好地理解睡眠在早期认知过程中的作用。在同一时期，数字设备在婴儿和幼儿生活中的普及也急剧增加。本研究揭示了睡眠如何加强从社会互动以及屏幕设备编码的记忆。从理论和应用角度来看，必须更好地理解如何促进幼儿期的数字媒体学习，以及数字内容的记忆在睡眠期间如何被处理。