Sleep problems and emotional correlates in the EEG

Abstract

The need for sleep differs among people, with the average healthy adult needing about 7-9 hours of sleep every night in order to function in his/her day to day life. Research has shown a link between sleep and negative perception of angry facial expressions, suggesting that sleep is essential for emotional processing. We examine the research question, how sleep affects emotional correlates in the electroencephalogram (EEG). Motivated by the importance of sleep to people’s emotional stability, we examine the research question: How does sleep affect emotional correlates in the EEG. We hypothesize that sleep affects how people process emotional pictures. We expect that people who slept less than six hours will show a lower reactivity of the brain to pictures with emotional content. We recorded EEG from 119 participants, while they looked at emotional pictures from the OASIS database. The pictures were grouped into those of positive, neutral and negative valence. The BIS (Bergen Insomnia Scale) questionnaire was used to screen for potential sleep problems of the participants. We also asked how many hours the participants slept the night before. They answered six questions about their sleep habits and we calculated the BIS score. We defined participants who scored at least 3 on at least one of the first four questions of the BIS and at least 3 on at least one of the last two questions of the BIS as suffering from insomnia. We considered two groups; one with participants who slept 6 hours or less in the night before the testing and one where the participants slept 7 hours or more in the night before the testing. The Fast Fourier Transform (FFT) of the EEG was computed. We extracted band power in the alpha frequency range (8-12 Hz). The IBM SPSS statistics software was used for all statistical analysis. A generalized linear model for repeated measures was used with two within subject factors (for the variables “valence” and “region”), that each had 3 levels, and a between subject for the variable “hours of sleep” or “insomnia”. For insomnia and sleep deprivation the main effect of region, and the main effect of valence were found significant, but there was no significant effect for hours of sleep or insomnia. There was an interaction between region and valence, but no evidence of interactions between region and hours of sleep or insomnia, valence and hours of sleep or insomnia, and valence and hours of sleep or insomnia, and region. We did not manage to confirm our hypothesis, but foundthat emotional valence differently activates diverse brain regions. The main limitations of this research were the following: • We only measured hours of sleep for one night. • The hours of sleep were subjectively reported. • The research took place during the sunnier months of the year in Iceland. We hope that this thesis will stimulate more thorough research on this topic to gain a better understanding of the interaction of sleep and emotional state.Keywords: Sleep, EEG, Emotions, Insomnia, Emotional pictures

Þörf fyrir svefn er breytileg milli fólks. Heilbrigður, fullorðinn einstaklingur þarf að jafnaði að sofa í 7-9 klukkustundir til þess að geta lifað sínu daglega lífi. Rannsóknir hafa sýnt tengsl á milli svefns og hvernig við skynjum andlitsbrigði eins og t.d. reiði. Niðurstöðurnar sýna mikilvægi svefns fyrir úrvinslu tilfinninga. Í þessu rannsóknarverkefni beinum við sjónum að rannsóknarspurningunni um hvernig svefn hafi áhrif á úrvinnslu tilfinninga í EEG. Tilgáta okkar var að svefn hafi áhrif á hvernig fólk vinni úr tilfinningatengdum myndum. Við teljum að fólk sem sefur minna en sex klukkustundir á nóttu sýni minni viðbrögð við tilfinningalegum myndum. Okkur fannst mikilvægt að skoða rannsóknir á þessu sviði vegna þess að svefn hefur mikil áhrif á tilfinningalegt jafnvægi fólks. Við gerðum mælingar á 119 þátttakendum á meðan þeir horfðu á tilfinningamyndabanka OASIS. Myndirnar voru flokkaðar í jákvæðar, neikvæðar og hlutlausar. Notast var við sex spurningar úr BIS (Bergen Insomnia Scale) listanum til að skoða hugsanleg svefnvandamál hjá þátttakendunum og skilgreindum þátttakendur sem fengu a.m.k. 3 stig á a.m.k. einni af fjórum fyrstu spurningunum og a.m.k. 3 stig á a.m.k. annarri af tveimur síðustu spurningunum. Einnig spurðum við hversu langan svefn þeir hefðu fengið nóttina áður. Þátttakendum var skipt í tvo hópa; annar hópurinn samanstóð af þátttakendum sem sváfu minna en 6 klukkustundir nóttina fyrir mælingar en hinn svaf 7 klukkustundir eða meira nóttina fyrir mælingar. Við notuðum Fast Fourier greiningu (e.Fast Fourier Transform, FFT) og skoðuðum gögnin á Alpha tíðninni 8-12Hz. Tölfræðiforritið IBM SPSS var notað í tölfræðiúrvinnsluna og til að gera línulega greiningu á endurteknum mælingum (e. General linear model for repeated measures). Í greiningunni notuðum við tvo innanhópaþætti (fyrir breyturnar „gildi“ og „heilasvæði“), þar sem hvor þáttur hafði 3 stig, og millihópaþáttur var einnig notaður (fyrir breytunar „klukkustundir sem var eytt í svefn“ og „svefnleysi“. Fyrir svefnleysi (e.insomnia) og of lítinn svefn voru meginhrif á heilasvæðum og munur á gildum. Ekki var þó marktækur munur á klukkustundum í svefni né svefnleysi (e.insomnia). Tengsl voru á milli heilasvæða (e.brain regions) og gilda (e.valence) en engin tengsl voru á milli heilasvæða og fjölda klukkustunda sem var eytt í svefn. Það voru heldur engin tengsl á milli svefnleysis (e.insomnia), gilda (e. valence) og klukkustunda sem var eytt í svefn. Þá voru engin tengsl á milli gilda (e. valence) og klukkustunda sem var eytt í svefn og heldur ekki á milli svefnleysis og heilasvæða. Við náðum ekki að staðfesta tilgátu okkar en við komust að því að tilfinningagildi (e. emotional valence) hafa mismunandi áhrif á ákveðnar heilastöðvar. Á rannsókninni voru ákveðnar takmarkanir, þær helstar að einungis voru mældir tímarnir sem var varið í svefn yfir eina nótt, þátttakendurnir greindu svefntíma á huglægan hátt og rannsóknin var gerð sólríkustu mánuði ársins á Íslandi. Við vonumst til þess að þessi ritgerð verði hvatning fyrir frekari rannsóknir á þessu sviði til að öðlast aukinn skilning á áhrifum svefns á tilfinningalegt ástand fólks. Lykilorð: Svefn, EEG, Tilfinningar, Svefnleysi, Tilfinningatengdar myndir