来自睡眠脑电波的个性化指纹为了解疾病提供了强大的新工具

然后，来自这些波形的信息被用来创建一幅大脑活动的图片，它就像指纹一样，对每个人来说都是独一无二的，而且从一个晚上到下一个晚上都是一致的。然后，他们用他们的方法来识别精神分裂症患者大脑活动中新的潜在生物标志物。他们的研究结果发表在杂志上，睡眠．博士后Patrick Stokes博士是这项研究的第一作者，资深作者是Michael Prerau博士，副神经科学家和布里格姆睡眠和昼夜节律障碍部门神经生理信号处理核心的主任。

普雷劳说:“这项工作拓展了我们观察睡眠时大脑活动的方式。”“通过超越传统观念，将复杂的睡眠连续体分解为特定的类别和波形类别，我们可以揭示新的信号和动态类型，这对理解大脑健康和疾病可能很重要。”

科学家通常使用脑电图(EEG)来研究睡眠时的大脑活动，EEG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在纸带上绘制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是基于近一个世纪前人们最容易观察到的复杂波形痕迹。即使是用于检测睡眠波形的最新机器学习和信号处理算法，也要根据它们再现人类观察的能力进行评判。在这项研究中，研究人员提出了这样的问题:如果我们扩大对睡眠脑电波的概念，超越历史上容易用眼睛识别的概念，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，以及自然衰老。在这项研究中，团队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纺锤波状波形事件。接下来，他们没有像标准睡眠研究那样，根据固定的睡眠阶段(即清醒、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整个连续渐进变化。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，它提供了所有波形活动作为连续睡眠深度和皮层同步活动的函数的强大可视化。“这进一步证明了传统手工评分留下的丰富信息，”布里格姆精神病学部门的合著者肖恩·珀塞尔博士说。

当研究小组观察一组健康的参与者时，每个人都有两个晚上的睡眠记录，观察到的模式几乎像指纹一样，对每个人都有很高的特异性，并且在晚上有很强的一致性。这些结果揭示了大脑活动在人与人之间存在差异的新方式，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降低纺锤体活动的疾病。利用他们的方法，研究小组不仅发现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。这表明新的潜在的精神分裂症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和开发靶向治疗。

“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达拉·马诺奇博士说。“我们期待看到如何增强我们的理解，不仅是对精神分裂症的理解，还有对其他以睡眠差异为特征的神经发育障碍的理解，比如自闭症和小儿癫痫。”

普雷劳说:“我们才刚刚开始了解一般人群中存在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，我们就可以努力改进诊断和治疗。”

合著者有Preetish Rath、Tom Possidente、Mingjian He、Shaun Purcell、Dara Manoach和Robert Stickgold。Michael Prerau是资深作者。

这项工作得到了国家神经疾病和中风研究所(R01NS096177)和国家老龄化研究所(R01AG054081 (MJP)的支持。