从睡眠脑电波中提取的个性化指纹为了解疾病提供了一个强大的新工具
由来自布里格姆妇女医院的研究人员领导的团队，是麻省总医院布里格姆医疗系统的创始成员之一，与麻省总医院和贝斯以色列女执事医疗中心的研究人员密切合作，开发了一种强大的计算工具，用于理解大脑健康和疾病，提供了一种增强的方式来表征大脑在睡眠中的活动。
研究人员设计了一种新方法，从一个睡觉的人的脑电波中提取数万个电子事件。来自这些波形的信息被用来创建一个图像大脑的活动这似乎就像每个人的指纹一样独一无二，而且从一个晚上到下一个晚上都是一样的。然后他们用他们的方法来识别新的潜在的生物标志物大脑精神分裂症患者的活动。他们的研究结果发表在杂志上，睡眠．
博士后Patrick Stokes博士是该研究的第一作者，资深作者是Michael Prerau博士，副神经科学家和布里格姆大学睡眠和昼夜节律失调部门神经生理信号处理核心主任。
普雷罗说:“这项研究拓展了我们观察睡眠时大脑活动的方式。”“通过超越将复杂的连续睡眠划分为特定类别和波形类别的传统概念，我们可以揭示新的信号类型和动态，这可能对理解很重要。大脑健康和疾病。”
科学家通常使用脑电图(EEG)来研究睡眠时的大脑活动，脑电图测量头皮上的脑电波。从20世纪30年代中期开始，人们首先通过观察机器画在纸带上的脑电波痕迹来研究睡眠脑电图。睡眠的许多重要特征仍然基于近一个世纪以前人们最容易观察到的复杂波形痕迹。
即使是检测睡眠波形的最新机器学习和信号处理算法，也要看它们重现人类观察的能力。在这项研究中，研究人员提出了这样一个问题:如果我们将睡眠脑电波的概念扩展到历史上很容易通过眼睛识别的范围之外，我们能学到什么?
一组特别重要的睡眠脑电波事件被称为睡眠纺锤波。这些纺锤波是短振荡波形，通常持续不到1-2秒，与我们将短期记忆转换为长期记忆的能力有关。纺锤体活动的变化与许多疾病有关，如精神分裂症、自闭症和阿尔茨海默病，以及与自然衰老有关。
在这项研究中，研究小组没有根据历史定义寻找纺锤波活动，而是开发了一种新方法，从整个晚上的脑电图数据中自动提取数万个短的纺锤波状波形事件。其次，他们没有像标准的睡眠研究那样，根据固定的睡眠阶段(如清醒、快速眼动和非快速眼动阶段1-3)来观察波形，而是描述了睡眠期间大脑中发生的渐进变化的完整连续统。
利用所有这些数据，研究小组创建了称为慢振荡功率和相位直方图的图形表示，它提供了一个强大的可视化的所有波形的活动作为连续睡眠深度和皮层同步活动的函数。“这进一步证明了传统的手工评分留下的丰富信息，”布里格姆精神病学系的合著者Shaun Purcell博士说。
当研究小组观察一组健康的参与者，每个人都有两个晚上的睡眠记录时，观察到的模式似乎就像指纹一样——对每个人都有高度特异性，而且在各个晚上都有很强的一致性。这些结果揭示了大脑活动因人而异的新方式，甚至在被选为对照组的健康人群中也是如此。
然后，研究人员比较了健康受试者和精神分裂症患者之间的活动，精神分裂症是一种会减少纺锤体活动的疾病。使用他们的方法，研究小组不仅看到了精神分裂症患者的已知差异，还发现了大脑中其他频率出现的其他纺锤状波形的差异。这表明，精神分裂症的脑电图生物标志物可能有助于更好地理解这种疾病的机制，并有助于开发有针对性的治疗方法。
“这种方法真的很令人兴奋，”马萨诸塞州总医院精神科的合著者Dara Manoach博士说。“我们期待着看到我们如何增强我们的理解，不仅是对精神分裂症的理解，而且是对其他神经发育障碍的理解睡眠比如自闭症和小儿癫痫。”
普雷罗说:“我们才刚刚开始了解存在于一般人群中的神经多样性的范围。”“如果我们能更准确地描述在神经健康和疾病中观察到的个体差异，我们就可以致力于改进诊断和治疗。”
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