Project

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The role of memory reactivations during wakefulness and sleep

Applicant Schreiner Thomas
Number 164994
Funding scheme Early Postdoc.Mobility
Research institution F.C. Donders Ctr. for Cognitive Neuroimaging Radboud University Nijmegen
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Psychology
Start/End 01.07.2016 - 31.12.2017
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Keywords (5)

sleep; memory; reactivation; consolidation; neural oscillations

Lay Summary (German)

Lead
Neu gelernte Gedächtnisinhalte werden im nachfolgenden Schlaf spontan reaktiviert, was zu einer Stärkung und Stabilisierung der Erinnerung führt. Solche Reaktivierungen treten auch im Wachzustand auf jedoch sind ihre Funktionen und mögliche Zusammenhänge mit entsprechenden Prozessen im Schlaf weitgehend unbekannt. Dies soll im folgenden Projekt genauer untersucht werden.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Die Gedächtnisfunktion des Schlafs dürfte auf spontane Reaktivierungen zuvor gelernter Gedächtnisinhalte beruhen. Die funktionale Rolle dieser Reaktivierungen konnte bereits mehrmals von sogenannten cueing Studien gezeigt werden. Hier wird versucht über die Präsentation zuvor gelernter Inhalte im Schlaf (z.B. Worte, Töne) solche Reaktivierungsprozesse verstärkt auszulösen um damit die anschließende Gedächtnisleistung zu verbessern. 

Solche Reaktivierungsprozesse treten jedoch auch im Wachzustand auf wobei ihre Funktion weitgehend unbekannt ist. Ziel dieses Projekts ist es die funktionale Rolle und die neuronalen Mechanismen von Reaktivierungen im Wachzustand für nachfolgende Konsolidierungsprozesse zu untersuchen. Die Annahme dabei ist, dass über Reaktivierungen im Wachzustand Gedächtnisinhalte für die spätere Konsolidierung im Schlaf ausgewählt werden und Reaktivierungen im Wach- und Schlafzustand auf den selben neuronalen Mechanismen beruhen. 

Um diese Fragestellungen beantworten zu können werden in diesem Projekt Gedächtnisinhalte im Wach- und Schlafzustand reaktiviert („gecued“) und ihr Zusammenspiel in Bezug auf die Gedächtnisleistung untersucht. Mit Hilfe von elektro- und magnetoenzephalographischer Aufnahmen sollen die neuronalen Korrelate erfolgreicher Reaktivierungen untersucht und mögliche Gemeinsamkeiten aufgezeigt werden.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Die Resultate des Projekts sollen unser Wissen über die verhaltensbezogenen Effekte und die neuronalen Grundlagen von Reaktivierungsprozesse im Wach- und Schlafzustand sowie deren Zusammenspiel für die Gedächtnisentwicklung verbessern. Aus anwendungsbezogener Sicht (z.B. schulischer Kontext) könnte ein besseres Verständnis dieser Prozesse von besonderer Wichtigkeit sein.

Direct link to Lay Summary Last update: 10.01.2016

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Clicking the brain into deep sleep. Commentary on Weigenand et al.(2016)
Göldi Maurice, Schreiner Thomas (2017), Clicking the brain into deep sleep. Commentary on Weigenand et al.(2016), in European Journal of Neuroscience, 629.
Prior knowledge is essential for the beneficial effect of targeted memory reactivation during sleep
Groch Sabine, Schreiner Thomas, Rasch Björn, Huber Reto, WIlhelm Ines (2017), Prior knowledge is essential for the beneficial effect of targeted memory reactivation during sleep, in Scientific Reports, 39763.
Reinforcing language learning during sleep
Schreiner Thomas, Lehmann Mick, Rasch Björn (2017), Reinforcing language learning during sleep, in Rasch Björn, Axmacher Nikolai (ed.), 347-366.
Emotional arousal modulates oscillatory correlates of targeted memory reactivation during NREM, but not REM sleep
Lehmann Mick, Schreiner Thomas, Seifritz Erich, Rasch Björn (2016), Emotional arousal modulates oscillatory correlates of targeted memory reactivation during NREM, but not REM sleep, in Scientific Reports, 39229.
To gain or not to gain - The complex role of sleep for memory: Comment on Dumay (2016).
Schreiner Thomas, Rasch Björn, To gain or not to gain - The complex role of sleep for memory: Comment on Dumay (2016)., in Cortex; a journal devoted to the study of the nervous system and behavior.

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
School Seminars, Birmingham School of Psychology Individual talk Reactivating Memories during Wakefulness and Sleep 23.11.2017 Birmingham, Great Britain and Northern Ireland Schreiner Thomas;
Seminar of the Sleep, Language and Memory Laboratory, University of York Individual talk Reactivating memories during wakefulness and sleep 21.11.2017 York, Great Britain and Northern Ireland Schreiner Thomas;
25. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Schlafforschung und Schlafmedizin Talk given at a conference Die Rolle von Gedächtnis-Reaktivierungen im Schlaf (und ihre oszillatorische Basis) 09.11.2017 Münster, Germany Schreiner Thomas;
International Conference for Cognitive Neuroscience Poster Theta orchestrates the reinstatement of memories during sleep 05.08.2017 Amsterdam, Netherlands Schreiner Thomas;
Salzburg Mind-Brain Annual Meeting Poster Theta orchestrates the reinstatement of memories during sleep 13.07.2017 Salzburg, Austria Schreiner Thomas;
Donders Session: Sleep and memory Talk given at a conference Reactivating memories during sleep 16.02.2017 Nijmegen, Netherlands Schreiner Thomas;
International Conference on Memory Talk given at a conference The impact of cueing foreign vocabulary during sleep on memory performance and oscillatory activity 17.07.2016 Budapest, Hungary Schreiner Thomas;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Donders Neurovation Talk 24.11.2017 Nijmegen, Netherlands Schreiner Thomas;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
174450 Identifying Memory Reactivation during Sleep 01.01.2018 Advanced Postdoc.Mobility

Abstract

During sleep, newly encoded events are spontaneously reactivated, which is assumed to underlie the beneficial effect of sleep on memory consolidation. The causal role of reactivations during sleep for memory consolidation has been consistently shown by studies that induced reactivations during sleep by re-exposure to learning associated memory cues (e.g. odors, sounds, words) which resulted in improved memory recall the next day. Interestingly, neural signs of memory reactivation and replay do not only occur during sleep, but also during post-learning wakefulness. However, the functional role of those post-learning memory reactivations during wakefulness and their possible relevance for reactivation, selection and consolidation processes during subsequent sleep are largely unknown. In this project, I aim at identifying the functional role and neural mechanisms of awake reactivations for subsequent memory consolidation processes during sleep. I propose that reactivations during wake tag individual memories for later processing during sleep. Thus, memories reactivated during post-learning wakefulness are preferentially further reactivated and consolidated during subsequent sleep. Furthermore, if reactivation processes during wakefulness and sleep share common principles and functionally interact, they might share common oscillatory mechanisms. I will use state-of-the-art brain imaging methodology during wakefulness and sleep to examine this important research question (i.e. simultaneous MEG / EEG recordings). Healthy young participants will learn word / picture associations and they will be re-exposed to parts of the words during post-learning wakefulness, post-learning sleep or both. Memory recall will be tested after sleep. I will focus on the neural correlates of the so-called “subsequent reactivation effect” (SRE), by comparing neural signals during cued reactivation of subsequently remembered vs. forgotten items. The results of the proposed project will have the potential to improve our knowledge of the behavioral effects and neural underpinnings of successful reactivations during wakefulness and sleep, their functional interaction and memory formation in general. From an application-oriented view (e.g. educational settings), getting a clearer picture of the reactivation processes during wakefulness and sleep would be of utmost importance.
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