头皮与颅内脑电实时检测N2和N3睡眠的因果追踪器研究

慢振荡和纺锤波等睡眠节律主要出现在N2和N3睡眠期（N2+N3）。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。传统分期标签使用过去和未来的数据对完整的30秒epoch进行标注，无法支持在线分期。我们开发了一种因果追踪器，每2秒根据前10秒的头皮或颅内EEG估计当前睡眠期。我们还评估了一种模拟规则，该规则允许在连续三次估计均指示N2+N3睡眠后启动刺激。在六名同时接受头皮EEG和立体脑电图（stereo-EEG）监测的耐药性癫痫成人中，实时N2+N3判别与同一记录的离线评分保持接近（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，而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。当患者在刺激初始禁用的情况下转入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秒后被禁用。该规则还在N2+N3之外以每小时1.4-1.8次的频率错误开启，并在患者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，头皮和丘脑EEG均可支持实时N2+N3检测，并指示何时允许刺激。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可在无需头皮EEG的情况下支持睡眠期依赖性刺激，而头皮EEG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性来评估，还应通过其启用和禁用刺激的可靠性和及时性来评估。