心脏与大脑之间的联系比想象的更深

　　南加州大学(University of Southern California)的计算机科学研究人员首次开发出一种方法，只需使用单导联超声心动图，就能达到专家评分的多导睡眠描记仪的性能。除了简化一个典型的昂贵和繁琐的过程，这一见解强调了心脏和大脑之间比以前理解的更深层次的联系。

　　

我们知道高质量的睡眠就像食物和水一样对生存至关重要。然而，尽管我们生命中有三分之一的时间是在睡眠中度过的，但这在很大程度上仍然是一个科学之谜。

并不是说专家们没有尝试过。

睡眠分析，也被称为多导睡眠图，是通过记录多种类型的数据来诊断睡眠障碍，包括大脑(脑电图或EEG)和心脏(心电图或ECG)。通常情况下，病人在诊所里被连接到几十个传感器和电线上，在睡眠时跟踪大脑、眼睛、肌肉、呼吸和心脏的活动。不是很容易让人打瞌睡。

但是，如果你可以在家里做同样的测试，同样准确和实时呢?

南加州大学(University of Southern California)的计算机科学研究人员首次开发出一种方法，只需使用单导联超声心动图，就能达到专家评分的多导睡眠描记仪的性能。这款软件是开源的，任何有基本编程经验的人都可以用它来制作自己的低成本DIY睡眠追踪设备。

最近在南加州大学获得博士学位的首席作者Adam Jones说:“几十年来，研究人员一直在努力寻找更简单、更便宜的方法来监测睡眠，尤其是没有尴尬的帽子。但到目前为止，即使在理想的条件下，这种糟糕的表现也导致了这样的结论:这是不可能的，测量大脑活动是必要的。我们的研究表明，这种假设不再正确。”

研究人员表示，该模型在最高水平上评估睡眠阶段，其表现也明显优于其他无脑电图模型，包括商业睡眠追踪设备。Jones说:“我们想开发一种系统，解决当前方法的局限性，以及睡眠分析更容易获得和负担得起的需求。”

这项研究发表在2024年6月的《Computers in Biology and Medicine》杂志上，由计算机科学教授、Jones的顾问Laurent Itti和Jones的长期合作者、南加州大学校友、休斯顿大学电气工程师Bhavin R. Sheth共同撰写。

是心在带领乐队吗?    

睡眠是一项关键的认知衰退预测指标，随着年龄的增长，睡眠时间会变得更短、更分散——这一发现得到了之前的研究和研究人员的神经网络的证实。但这种衰退发生得比你预期的要早。《Neurology》杂志最近的一项研究发现，在30多岁和40多岁时睡眠中断的人在10年后出现记忆问题的可能性是其他人的两倍多。

长期睡眠不足还会导致β -淀粉样斑块的积累，这是阿尔茨海默病的一个标志。

Jones说:“这有点可怕。”他承认，在2010年把这项研究作为一个爱好项目开始之前，他曾经参加过“死后睡觉”的夏令营。“这就是为什么我希望这些干预措施能够尽快到位，让尽可能多的人能够获得。这个软件可以帮助我们梳理每晚睡觉时发生的事情。”

研究人员在一个庞大而多样的数据集上训练了他们的模型，该数据集由4000个录音组成，从5岁到90岁不等，只使用心脏数据和深度学习神经网络。通过反复试验，跨越数百次迭代，他们发现自动化的只使用脑电图的网络可以像“黄金标准”的多导睡眠描记仪一样对睡眠进行评分。它成功地将睡眠分为五个阶段，包括快速眼动(REM)睡眠，这对记忆巩固和情绪稳定至关重要，以及非快速眼动睡眠，包括深度睡眠，这对身心恢复至关重要。

除了简化一个典型的昂贵和繁琐的过程，这一见解强调了心脏和大脑之间比以前理解的更深层次的联系。它还强调了连接大脑和心脏的自主神经系统的作用。

Jones说:“心脏和大脑之间的联系方式尚不清楚，这项研究旨在弥合这一差距。在我的论文中有很多证据表明，事实上，心脏可能是乐队的领导者。”

这项工作还可以帮助改善偏远地区人群的睡眠研究，帮助阐明睡眠的起源和功能。

在目前正在准备的后续论文中，Jones旨在进一步探索该网络在心电数据中的关注点。“我认为心脏里隐藏着很多我们还不知道的信息，”他说。