基于EEG信号研究慢性失眠患者睡眠结构与认知损害的脑网络机制
发布时间：2020-06-10 16:43
【摘要】：第一部分基于EEG信号分析慢性失眠障碍患者NREM和REM期及睡眠转换期的结构特点目的:通过分析比较慢性失眠障碍患者(Chronic insomnia disorder,CID)和良好睡眠者(good sleeper,GS)在睡眠期的脑电频谱密度的特点来研究慢性失眠患者在NREM和REM期以及睡眠转换期间的睡眠结构特点,探索慢性失眠障碍患者的脑电信号的生物学特点。方法:我们对26例CID(15女/11男,47.0土6.0岁)和23例GS(15女/8男,46.3±4.3岁)进行3整夜的多导睡眠图(polysomnography,PSG)的检测,第1夜是适应实验室的睡眠环境,避免首夜效应,第2夜采集数据用于分析,第3夜的数据用于数据的校正。我们使用FFT转换分析睡眠起始阶段(第一个纺锤波前后5min)、睡眠维持阶段(第一个睡眠周期,稳定的1Omin的N2,N3,REM)和睡眠转换期间(第一个REM前后5min)的脑电频谱密度的特点。结果:1、CID组与GS组相比,CID组睡眠总时间缩短TST(t=4.682,P0.001),睡眠效率下降SE%(t=6.586,P0.001),入睡潜伏期SL延长(t=-6.46,P0.001),N2 期的比例增多(t=-4.0,P0.001),N3 期的比例减少(t=6.8,P0.001);N3 期的时间减少(t=-2.933,P=0.003),入睡后觉醒时间增多(t=-4.350,P0.001),觉醒指数增加(t=2.150,P=0.011)。2、CID 组与 GS 组相比,睡眠起始阶段 delta(1-4Hz),theta(4-8Hz),alpha(8-12Hz),sigma(12-16Hz),beta1(16-20Hz),beta2(20-32Hz)频带的EEG功率频谱密度没有显著差异,但theta频段在睡眠起始阶段的前5min上升速度明显低于GS组,sigma频段在睡眠起始的后5min上升速度低于GS组,beta1频段在睡眠起始阶段的后5min下降速度低于GS组。在睡眠维持阶段,N2期睡眠无显著统计学差异,N3期delta频带明显低于GS组,在REM睡眠alpha频带明显高于GS组。在睡眠转换期间,alpha,sigma,beta1,beta2频带明显高于GS组。结论:睡眠起始阶段,CID患者EEG中theta、beta-1和sigma频带频谱密度动力学的差异,说明失眠患者存在大脑皮质的高度觉醒。睡眠转换期间,CID患者EEG中sigma、alpha、beta-1和beta-2频带频谱密度增高,表明慢性失眠状态下唤醒和睡眠保护可同时激活,存在诱导睡眠转换的能量,其中,睡眠纺锤体中sigma频谱可能是诱导睡眠脑网络机制的关键点。第二部分慢性失眠障碍患者慢波睡眠及纺锤体与认知功能的相关性研究目的:研究分析慢性失眠障碍患者(Chronic insomnia disorder,CID)和良好睡眠者(good sleeper,GS)在整夜睡眠中的N2和N3期的睡眠纺锤体特征和慢波睡眠与认知功能之间的相关性,进一步探索CID认知功能损害的发生机制。方法:选取15例年龄从35-55岁CID患者(10女/5男)和15例GS(9女/6男),进行3整夜的多导睡眠图(polysomnographic,PSG)检测,第1夜是适应实验室的睡眠环境,避免首夜效应,第2夜采集数据用于分析,第3夜的数据用于数据的校正。首先分析CID组和GS组整夜的PSG睡眠结构。其次分析整夜睡眠中N2和N3期睡眠纺锤体数量和密度以及第1个睡眠周期中稳定睡眠中N2和N3期的纺锤体密度。采用九盒迷宫测定受试者的空间工作记忆和陈述性记忆;韦氏记忆量表测定长时记忆,短时记忆,瞬时记忆,注意力。最后分析慢波睡眠及纺锤体与认知功能之间的相关性。结果:1、与GS组相比较,CID组睡眠总时间TST(z=3.997,P0.001)缩短,睡眠效率SE%(t=-5.35,p0.001)下降,入睡潜伏期SL(z=-3.901,p0.001)延长,N3 期的时间(z=-3.1 3,p=0.002)减少,N2+N3 的时间(z=-3.15,p=0.003)减少,入睡后觉醒时间WASO(t=-3.629,p0.001),觉醒指数增加(t=-2.975,p=0.006)增多。2、与GS组相比较,整夜睡眠中CID组N2期纺锤体个数无明显差异(z=-1.742,p=0.081),N3期纺锤体个数明显减少(z=0.344,p=0.019),N2 和 N3 总数量无明显差异(z=-1.98,p=0.063);NREM期纺锤体密度无统计学差异;第1个NREM期稳定10分钟内N2、N3纺锤体密度明显降低(z=-2.24,p=0.025)。3、与GS相比,CID认知功能的损害主要表现在空间工作记忆、长时记忆、短时记忆和注意力方面。CID的空间工作记忆的损害主要表现在物体记忆(z=-3.151,p=0.002),空间记忆(z=-2.192,p=0.028)及物体再认(z=-2.19,p=0.028)降低;而长时记忆(z=-2.351,p=0.019),短时记忆(z=-2.10,p=0.04),注意力(z=-2.49,p=0.01)也存在明显的差异。4、在整夜PSG睡眠结构参数与认知的相关性研究中,我们发现N3期睡眠时间与空间工作记忆(r=-0.439,p=0.015)与物体再认(r=-0.433,p=0.017)成负相关,睡眠效率与物体记忆(r=-0.373,p=0.042)负相关,睡眠潜伏期与空间记忆(r=-0.393,p=0.032)正相关,R期的潜伏期与物体参考(r=0.508,p=0.004)成正相关,睡眠后觉醒时间与物体记忆(r=0.447,p=0.013)成正相关;睡眠效率与长时记忆(r=0.49,p=0.006),短时记忆(r=0.455,p=0.012),注意力(r=0.501,p=0.005),记忆商数(r=0.541,p=0.002)呈正相关,睡眠潜伏期与长时记忆(r=-0.371,p=0.043)、记忆商数(r=-0.383,p=0.037)呈负相关,睡眠后觉醒时间与长时记忆(r=-3.81,p=0.038),注意力(r=-0.435,p=0.016),记忆商数(r=-0.415,p=0.022)呈负相关。5、在纺锤体与认知功能相关性的研究中,我们发现整夜N3期纺锤体个数绝对值(r=-0.386,p=0.035)与物体工作记忆呈负相关,第1个NREM睡眠期稳定睡眠10分钟N2期纺锤体密度与物体再认(r=-0.509,p=0.004)、物体工作记忆(r=-0.520,p=0.003)呈负相关。结论:C1D患者认知功能损害尤其是空间工作记忆损害与睡眠期SWS和睡眠纺锤体的减少有关,这可能是大脑突触重塑性失平衡的标志,成为CID患者认知损害尤其是空间工作记忆与注意力减退的重要机制。第三部分基于静息态EEG功能连接分析慢性失眠障碍患者认知功能损害的脑网络机制目的:分析慢性失眠障碍患者(Chronic insomnia disorder,CID)和良好睡眠者(good sleeper,GS)的NREM睡眠期稳定睡眠的脑功能连接性与认知功能之间的相关性,进一步探索CID认知功能损害的脑网络机制。方法:我们对15例年龄从35-55岁慢性失眠患者(10女/5男)和15例良好睡眠健康者(9女/6男)进行3整夜的多导睡眠图(polysomnographic,PSG)检测,用 WPLI 分析 N2、N3 和 R 期的 Delta、Theta、Alpha、Sigma、Beta频段功能连接指数的拓扑分布特征。采用九盒迷宫和韦氏记忆量表测定受试者空间工作记忆、长时记忆、短时记忆、瞬时记忆、注意力,并进行wPLI与认知功能的相关性分析。结果:1、利用静息态EEG脑网络功能连接,对WPLI进行成对比较,进一步分析CID和GS之间的脑网络功能连接的差异。结果显示:在N2期,CID中各频谱功能连接显著增加,特别是Beta节律在两侧半球前额叶与顶中央之间连接显著增强,而GS组的Sigma频率最为突出,主要涉及额叶与顶叶连接;在N3期,CID中Theta频谱广泛性增强,GS中的Delta和Sigma频段连接增强,主要涉及左侧顶中央区域;在R睡眠期,两组中Beta和Sigma频谱变化也有类似现象。而Alpha频段连接明显增强只出现在CID组中,并且更加扩散,涉及两侧额顶与枕叶连接。2、静息态EEG脑网络功能连接与认知功能相关性研究:通过对两组15对电极对的WPLI与认知域的相关性研究显示,N2期sigma频段在F3-C3连接性(r=0.386,p0.05)与短时记忆呈正相关;F3-C3连接性(r=0.410,p0.05)与记忆商数呈正相关。N3期sigma频段在F3-C3连接性(r=-0.412,p0.05)与空间记忆中的物体再认错误数成负相关;F3-C3连接性(r=0.393,p0.05)与短时记忆呈正相关;F3-C3连接性(r=0.394,p0.05)与注意力正相关。REM期的alpha频段显示,双侧额、顶中央叶与双侧枕叶的连接性明显增强,在F3-01导联发现其连接性与物体记忆的错误数(r=0.42,p0.05)和空间记忆的错误数(r=0.497,p0.05)成正相关;在F3-02导联中发现其连接性与物体参考的错误数(r=0.40,p0.05)和空间记忆的错误数(r=0.389,p0.05)成正相关;在F4-02导联显示其连接性与空间记忆的错误数(r=0.518,p0.05)成正相关;在C3-02导联显示其连接性与物体参考的错误数(r=0.508,p0.05)成正相关;在C4-02导联显示其连接性与空间记忆的错误数(r=0.507,p0.05)成正相关,长时记忆(r=-0.514,p0.05),注意力(r=-0.384,p0.05)成负相关。结论:在CID患者整夜睡眠期间,第1个睡眠周期的NREM和REM的Sigma频段在额—顶中央区域的连接性减弱,提示失眠患者睡眠保护机制的受损,不利于失眠患者进入SWS睡眠,破坏SWS睡眠的稳定性,进而损害记忆的巩固,尤其是空间工作记忆、短时记忆和注意力;在REM期间的alpha频段,两侧额中央顶区与枕区的连接性增加,可能与患者临床主诉的多梦及频繁觉醒有关,提示REM期alpha频段的连接性明显增高,损害了注意力、空间工作记忆以及长时记忆。
【图文】：
段“Ｎ２”）为特征，在脑电图上，，主要是明显睡眠纺锤（图２）和Ｋ－复合波逡逑及少量的慢波。逡逑图１睡眠结构逡逑Ｓｌｅｅｐ邋ｓｔａｇｅｓ逡逑Ｉ逡逑Ｉ逡逑Ｗ１邋一＂藤逦—逡逑d叔危螅簦澹澹疱义希海徨澹掊澹桢澹睿铄义希危冲澹蹋叔澹保撸叔危眨赍危棋义希樱欤铮麇澹鳎幔觯邋澹螅簦澹澹疱危叔义希垮义希殄义希牛幔颍欤澹螅簦逵″巍跺危蹋幔簦邋澹螅欤澹澹疱义襄危危掊义希玻常埃板危埃埃板危保埃板危玻埃板危常埃板危矗埃板危担埃板危叮埃板危罚埃板澹桢义贤迹薄⑺叩奶卣魇强焖傺鄱ǎ遥牛停┧吆头强焖傺鄱叩闹芷谛苑⑸７强焖傺鄱义纤甙ㄋ撸郏樱祝樱荻杂τ冢危常约案岬乃呓锥危危焙停危病Ｒ辜涞牡谝徊糠郑ㄔ珏义纤┦怯桑樱祝又鞯迹遥牛退咴谙掳胍梗ㄍ硭┲姓加攀疲义希疲椋澹欤溴澹穑铮簦澹睿簦椋幔戾澹铮螅悖椋欤欤幔簦椋铮睿箦义洗厘义希慑义希樱欤铮麇澹铮螅悖椋欤欤幔簦椋铮铄危樱穑椋睿洌欤邋澹樱瑁幔颍疱澹鳎幔觯澹颍椋穑穑欤邋
本文编号：2706568
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