Sleep and its oscillatory characteristics in overnight learning - what is the role of plasticity genes BDNF and COMT?

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta fi
dc.contributor Helsingfors universitet, medicinska fakulteten sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Medicine en
dc.contributor Aivot ja mieli tohtoriohjelma (B&M) fi
dc.contributor Doktorandprogrammet i hjärn- och medvetandeforskning sv
dc.contributor Doctoral Programme Brain and Mind en
dc.contributor.author Halonen, Risto
dc.date.accessioned 2022-08-02T06:39:37Z
dc.date.available 2022-08-20
dc.date.available 2022-08-02T06:39:37Z
dc.date.issued 2022-08-30
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-951-51-8378-1
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/346586
dc.description.abstract Sleep is crucial for memory function. Sleep not only protects memories from wake-time interference, but it also actively transfers them from temporal storage to more permanent representations in the neocortex. This consolidation process of declarative memories is believed to be facilitated by certain oscillations during non-rapid eye movement (NREM) sleep, that is, sleep spindles, slow oscillations (SO) and sharp-wave ripples. Recent experiments in humans have demonstrated the importance of inter-oscillation synchrony on memory retention. Do all individuals equally share the memory benefits of sleep? Certain gene polymorphisms, such as BDNF Val66Met and COMT Val158Met, have been attributed with implications on synaptic plasticity, neuroanatomy and functional brain activation within memory-related brain networks. Behavioral studies have found relative mnemonic advantages to associate with the alleles that reportedly promote brain plasticity, i.e. ValBDNF and MetCOMT. Moreover, homeostatic sleep drive is moderated by BDNF Val66Met and COMT Val158Met. However, the role of these polymorphisms in memory retention over sleep has been scarcely studied. In this thesis, overnight memory for verbal and visual material was studied. Specific focus was put on how sleep spindles and their phasic synchrony with slow oscillations associate with memory performance. Importantly, it was questioned whether genetic predisposition for neural plasticity (BDNF Val66Met and COMT Val158Met) interacts with overnight memory and the related consolidation mechanisms. The studies in this thesis were conducted either on an adolescent (~17 y) cohort or on a sample consisting of young adults. Sleep was recorded with an ambulatory polysomnography in all studies. It was found that memory outcome – both verbal cued recall and picture recognition – was strongly associated with fast sleep spindles and their accurate coupling with the depolarized ‘upstate’ of SOs. BDNF Val66Met moderated the associations between sleep oscillations and visual recognition memory: memory outcome was robustly predicted by fast sleep spindles and their SO-coupling only in ValBDNF homozygotes but not MetBDNF carriers. In addition, memory performance in the ValBDNF homozygote group was seen more vulnerable to extended wake during the retention period. COMT Val158Met did not moderate the associations between sleep variables and recognition accuracy. In conclusion, the relation between sleep and memory may depend on inheritance. Genetic propensity for synaptic plasticity possibly enhances the effect of events that promote sleep-dependent consolidation. The findings question whether the benefits of sleep on memory are constant and equal across individuals. en
dc.description.abstract Uni on välttämätöntä muistin toiminnalle. Uni ei ainoastaan suojaa muistoja valveajan sekoittumiselta, vaan se myös aktiivisesti siirtää niitä väliaikaisesta muistivarastosta pysyviksi edustuksiksi aivokuorelle. Tiettyjen NREM-unen (non-rapid eye movement) aikaisten aivoaaltojen, eli unisukkuloiden, hitaiden aaltojen sekä hippokampusväreiden, uskotaan aktiivisesti edistävän tätä muistojen konsolidoitumista. Tutkimukset ihmisillä ovat osoittaneet, että aaltojen välinen synkronia on oleellista muistojen säilymiselle. Ovatko unen muistihyödyt yhtäläiset yksilöiden välillä? Tietyt geenipolymorfismit, kuten BDNF Val66Met ja COMT Val158Met, on aiemmassa tutkimuksessa yhdistetty aivoyhteyksien muovautuvuuteen, aivoanatomiaan sekä -toimintaan niissä rakenteissa, jotka tukevat muistitoimintoja. Alleelien, joiden oletetaan edistävän aivojen plastisuutta (ValBDNF ja MetCOMT), on käyttäytymisen tasolla havaittu assosioituvan suhteelliseen etuun muistisuoriutumisessa. Tämän lisäksi on raportoitu, että BDNF Val66Met sekä COMT Val158Met vaikuttavat unipaineen säätelyyn. Tästä huolimatta näiden polymorfismien roolia unen ja muistamisen yhteydessä on tutkittu vain vähän. Tämä väitöskirja tutki kielellistä ja näönvaraista muistamista yön yli. Erityisesti keskityttiin siihen, kuinka unisukkulat sekä niiden vaihesynkronia hitaiden aaltojen kanssa assosioituvat muistisuoriutumiseen. Lisäksi tarkasteltiin, onko perinnöllinen taipumus aivojen plastisuuteen (BDNF Val66Met ja COMT Val158Met) yhteydessä yön yli muistamiseen (näönvarainen tunnistus) ja unen aikaisiin konsolidaatiomekanismeihin. Väitöskirjan tutkimukset toteutettiin joko nuorista (~17 v) koostuvassa kohortissa tai nuorten aikuisten otoksessa. Genotyyppiin liittyvät tutkimukset koskivat nuorten otosta. Kaikissa tutkimuksissa unta mitattiin polysomnografialla. Muistitulos – sekä kielellinen, vihjeenvarainen muistaminen että kuvien tunnistus – oli selvästi yhteydessä unisukkuloihin sekä siihen, kuinka tarkasti unisukkulat ajoittuivat hitaisiin aaltoihin. BDNF Val66Met vaikutti aivoaaltojen ja näönvaraisen tunnistusmuistin yhteyksiin: yhteys ilmeni ainoastaan ValBDNF-homotsygooteilla, mutta ei MetBDNF-alleelin kantajilla. Lisäksi ValBDNF-homotsygooteilla runsas valve näytti haittaavan muistisuoriutumista. COMT Val158Met ei vaikuttanut unimuuttujien ja tunnistustarkkuuden yhteyksiin. Tulokset viittaavat siihen, että unen ja muistin yhteys saattaa jossain määrin riippua perimästä. Geneettinen taipumus aivoplastisuuteen saattaa voimistaa unen aikaisten konsolidaatiomekanismien vaikutusta. Tämä kyseenalaistaa ajatuksen siitä, että unen hyödyt olisivat muuttumattomat sekä jokaiselle yhtäläiset. fi
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-951-51-8377-4
dc.relation.isformatof Unigrafia
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject psykologia
dc.title Sleep and its oscillatory characteristics in overnight learning - what is the role of plasticity genes BDNF and COMT? en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Pesonen, Anu-Katriina
dc.opn Rasch, Björn
dc.type.dcmitype Text
dc.type.okm 3112 Neurotieteet fi
dc.type.okm 3112 Neurovetenskaper sv
dc.type.okm 3112 Neurosciences en
dc.type.okm 515 Psykologia fi
dc.type.okm 515 Psykologi sv
dc.type.okm 515 Psychology en

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Halonen_Risto_dissertation_2022.pdf 1.911Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record