基於EEG與fMRI的光誘發睡眠回響特性研究

《基於EEG與fMRI的光誘發睡眠回響特性研究》是依託南京航空航天大學，由陶玲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於EEG與fMRI的光誘發睡眠回響特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陶玲
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

本項目通過EEG和fMRI同步測量技術，研究基於θ頻率光誘發睡眠機制回響機理。主要研究技術是利用EEG研究由θ頻率外部光刺激引起的腦電θ、δ波的變化規律，同時利用fMRI研究睡眠相關的腦區，如丘腦束、視交叉上核(SCN)、腦幹中縫核、孤束核、藍斑等是否被光誘發激活，即從EEG測量腦電信號與fMRI測量血氧水平依賴信號相結合分析睡眠誘發機理，最後通過研究θ頻率外部光刺激引起的腦電θ、δ波的變化與fMRI測量的睡眠機制回響的血氧水平依賴信號的互相關性，給出綜合的睡眠評估模型，以此評價外部不同顏色光誘發睡眠機制回響的效果，為外部光刺激改善睡眠提供實驗依據。

結題摘要

睡眠是一種複雜的生理過程，正常成人睡眠時的腦電圖變化規律相對穩定，睡眠障礙則會引起大腦興奮和抑制的正常節律紊亂，從而引起腦電圖的特點和模式的改變。相關研究表明通過外部物理刺激可人為的改變大腦皮層的電位活動，本項目採用 頻率光模擬腦電節律誘發睡眠機制回響，利用腦電圖與功能磁共振技術，尋找相應的睡眠回響和激發區域，根據個體差異建立相應的誘發模型（刺雷射顏色及頻率），獲得低頻率光誘發腦電同步回響的最佳誘發因子，並提供一種方便、舒適有助於睡眠的輔助儀器。 項目採用4-7Hz的θ頻率光做誘發睡眠實驗，分別採集光誘發下的腦電數據、功能磁共振數據、以及腦電和磁共振同步數據，並對數據進行處理和分析。在對不同顏色光刺激下的腦電信號進行分期的基礎上，進行光刺激誘發腦電同步回響的研究，建立誘發大腦皮層腦電信號提取和分析的算法體系，開發基於腦電的睡眠機制回響模型；基於磁共振數據進行光誘發腦部激活區的定位和分析，研究不同刺激和回響程度、不同刺激和回響位置之間的關係，建立刺激和回響之間的數學模型，並通過腦功能網路構建技術研究光誘發過程傳輸通道；基於腦電和磁共振同步採集信號，進行腦功能激活區和腦電相關區域的關聯性研究，建立基於腦電和磁共振的誘發睡眠機制回響的比對微調系統，實現針對個體差異的頻率光刺激誘發睡眠機制回響模型。研究結果表明：光刺激可以誘發腦電同步回響，大多數人對5HZ紅光刺激有更高的敏感性，但存在個體差異；在θ頻率光刺激下，從覺醒到深睡眠的過程中, 腦電信號的頻率變化非常明顯, 首先α波逐漸消失,θ波及δ波逐漸增強，尤其在淺睡期低幅θ波大量增加，但在不同腦區上對θ波能量的影響不同，在前額、中央額、中央和頂部等區域有更顯著增高；光誘發的腦功能網路均具有小世界和無標度特性，光刺激狀態信息傳輸主要樞紐在島葉、後扣帶回功能區，丘腦、海馬兩處功能網路有較大聚合能力，光誘發過程是從額上回經顳中回傳輸到枕中回；光刺激下大腦從清醒到嗜睡階段，海馬、後扣帶回等功能區綜合作用誘發的大腦皮層的腦電波的變化與影像激活區血氧水平依賴信號有高度相關性。項目的研究成果可以為改善人的睡眠和緩解緊張情緒等提供科學依據和理論指導，相關的產品可以針對個體差異進行光刺激模式的調節，並通過腦電和功能磁共振聯合對睡眠回響機制進行評估，具有極大的現實意義和套用價值。