从头皮脑电和颅内脑电实时检测 N2 和 N3 睡眠
Real-time detection of N2 and N3 sleep from scalp and intracranial EEG
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针对慢振荡和睡眠纺锤波的闭环刺激需要在线判断睡眠阶段，而常规 30 秒分期依赖前后数据，无法实时使用。研究在 6 名同时记录头皮脑电与立体脑电的耐药性癫痫患者中，用每 2 秒更新、只依赖前 10 秒数据的追踪器判别 N2+N3 睡眠，并模拟连续三次判为 N2+N3 后才允许刺激的规则。头皮脑电实时判别接近离线评分，丘脑通道单独使用 AUC 为 0.934，头皮加丘脑最高为 0.967；该规则在患者进入 N2+N3 后多数能在 5 分钟内开启刺激，但也会在 N2+N3 之外误开启，并在患者快速眼动睡眠中仍有 28-31% 的时间保持开启。
在 6 名耐药性癫痫患者中同步采集头皮脑电与立体脑电，用因果追踪器每 2 秒依据前 10 秒数据判别 N2+N3 睡眠，头皮脑电 AUC 0.953，丘脑通道 0.934，二者合用 0.967。
慢振荡和纺锤波等睡眠节律主要出现在N2和N3期睡眠（N2+N3）中。针对这些节律的闭环刺激是增强记忆的一种有前景的策略。此类刺激需要在线睡眠分期。传统分期方法利用过去和未来的数据为已完成的30秒时段打标签，无法支持在线分期。我们开发了一种因果追踪器，每2秒根据此前10秒的头皮或颅内脑电估计当前睡眠期。我们还评估了一条模拟规则，允许在连续三次估计均提示N2+N3睡眠后启动刺激。在六名同时接受头皮脑电和立体脑电（stereo-EEG）监测的耐药性癫痫成人中，实时N2+N3判别结果与同一记录数据的离线评分接近（头皮AUC 0.953对0.958）。仅丘脑通道即达到AUC 0.934，且在每名患者中均优于内侧颞叶通道，头皮加丘脑表现最佳（0.967）。在28名健康成人中重新训练的头皮追踪器达到0.976。当患者在刺激初始关闭的情况下转入N2+N3睡眠时，该规则在63-73%的转换中于5分钟内允许刺激，在已检测到的转换中中位延迟为42-64秒。离开N2+N3后，刺激在中位19-22秒后被关闭。该规则在N2+N3之外每小时还会错误开启1.4-1.8次，并且在患者的REM睡眠期间有28-31%的时间保持激活，而健康成人中这一比例为2%。这些发现表明，头皮脑电和丘脑脑电均可支持实时N2+N3检测，并为何时允许刺激提供依据。从转化角度看，越来越多用于癫痫神经调控的植入式丘脑电极或可在无需头皮脑电的情况下支持依赖睡眠期的刺激，而头皮脑电或可用于无创神经调控。闭环系统不仅应通过睡眠分期分类准确率来评估，还应通过其启用和停用刺激的可靠性与及时性来评估。
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来源：bioRxiv · Neuroscience · biorxiv.org