中国睡眠研究会官方指导

摘要

一些研究表明，脑电图信号产生的脑电波音乐会在情感上影响神经系统，并对睡眠产生积极影响。为探讨脑电波音乐对睡眠质量的神经机制，电子科技大学成都脑科学研究所的研究者招募了33名年轻参与者，随机分为三组（REM、SWS和WN组）。研究者生成两种类型的无标度脑电波音乐作为音乐刺激，一种来自REM阶段，另一种来自SWS阶段。研究者通过分析深度睡眠时脑电图的功率谱，并从脑电图的角度探讨了这两种脑电波音乐对睡眠促进的神经机制。

译自：SWS Brain-Wave Music May Improve the Quality of Sleep: An EEG Study. Front Neurosci. 2020 Feb 11.

实验与分析过程

（1）音乐刺激

研究者按图1所示范式将脑电图转换为脑电波音乐，在实验中使用了两段脑电波音乐。其中一首是REM脑电波音乐，它是由REM睡眠期间的脑电图产生的。另一首是SWS脑电波音乐，它是由SWS睡眠期间的脑电图产生的。每首音乐的一些音符如图2所示。

图1：将脑电图转换为脑电波音乐的范式

图2:实验的脑电波音乐插图[西贝柳斯印刷（2019）]。REM脑电波音乐开始时的音符如（A）所示，SWS脑电波音乐结束时的音符见（B）。

（2）脑电图数据采集

研究者总共选择了6个Ag/AgCl电极（F3、F4、C3、C4、O1和O2）用于EEG记录，这些电极从10/20系统获得与睡眠和其他生理信号相关的信号。本研究中使用的六个电极的分布如图3所示；选择这些电极覆盖大脑的主要部分，这样研究者就可以计算功率谱密度，并构建整个大脑网络来检查神经机制。连接双侧乳突作为参考，所有其他电极保持在10kΩ以下。以200Hz对EEG信号进行采样，并用带通滤波器在0.5Hz和30Hz之间进行滤波。

图3：脑电图电极布局

（3）实验程序

为了避免初始睡眠状态的组间差异的影响，参与者被随机分为三组。参与者持续六天在睡前听了20分钟的快速眼动REM脑电波音乐（第1组：13名受试者，平均年龄=21.69±2.31）、慢波睡眠SWS脑电波音乐（第2组：11名受试人，平均年龄=21.77±5.23）和白噪声（WN；对照组：9名受试人员，平均年龄=19.78±3.22岁）。用多导睡眠图记录第一天和最后一天的脑电图和其他生理信号。整个实验持续了8天（图4）。

图4：实验程序说明

（4）数据分析与统计

研究者根据AASM标准，从单独的N3阶段或从8组N2数据中提取EEG信号，作为深度睡眠数据，并计算了预处理后德尔塔频段的功率谱密度和脑网络连通性。通过总睡眠时间、睡眠效率、睡眠潜伏期、每个睡眠阶段的时间百分比和脑电图数据之间的相关性等统计分析，发现：

SWS组的睡眠潜伏期在听音乐后减少了38.45%[t（10）=2.441，p=0.031]。尽管干预后WN组和REM组受试者的睡眠潜伏期也有所下降，但差异并不显著。

睡眠效率()SWS组增加3.98%[t（10）=-1.943，p=0.076]，而其他两组的睡眠效率下降。N3阶段的睡眠时间百分比在所有三组中都有所增加，但没有达到统计学意义的程度（图5）。

图5：多导睡眠图（PSG）的睡眠变量。SWS组的睡眠潜伏期在听音乐后显著降低[t（10）=2.441，p=0.031]，SWS组睡眠效率显著提高[t（10=-1.943，p=0.076]。*意味着两组之间存在显著差异或边际显著差异。

单因素方差分析用于分析REM、SWS和WN组深睡眠脑电图德尔塔带测试前和测试后全脑功率谱密度之间的差异（图6）。SWS组的全脑功率谱密度降低，而其他两组的δ带增加[F（2，31）=7.909，p=0.005]。

图6：在深度睡眠阶段（测试后-测试前），每组脑电图德尔塔带的全脑功率谱密度的比较。对于脑电图的δ带，REM组和SWS组之间（p=0.005）以及SWS组和WN组之间（p=0.024）存在显著差异。*意味着两组之间存在显著差异或边际显著差异。

研究者进一步分析了三组患者在深度睡眠阶段德尔塔带的脑电图功率谱密度地形图。在REM组和WN组中，整个大脑在δ波段的功率谱密度增加，而在SWS组中观察到完全相反的效果（图7）。

图7：分别在δ带中的REM、SWS和WN组的深度睡眠阶段的脑电图功率谱密度地形图（后测-前测）。在REM组和WN组中，F4和C4通道的功率谱密度在听音乐后没有变化。O1、C3、F3和O2通道的功率谱密度在听音乐后都增加了，其中O1通道增加最少，O2增加最多。在SWS组中，F4通道的功率谱密度没有变化，F3、C3、C4、O1和O2通道的功率频谱密度在实验后下降，其中C4通道下降幅度最大。在慢波系统组中，F4的功率谱密度增加，但在其他通道中降低。

研究者通过图论研究了大脑不同区域的功能连接（FC），该理论由节点和边组成。在研究者的分析中，头皮电极被定义为节点，节点之间的Pearson相关系数被定义为边缘。研究者还计算了F3–C3和F3–O1连通性与睡眠潜伏期之间的相关系数（图8）。结果表明，睡眠潜伏期与F3–C3连接呈负相关（r=−0.527，p=0.064），这意味着F3–C3的连接增加越大，睡眠潜伏期越大。

图8：SWS组深度睡眠阶段的脑电图连接性与睡眠潜伏期之间的相关系数（后测-前测）。深度睡眠期间F3和C3（F3–C3）之间的连通性与睡眠潜伏期（红色三角形）略微显著相关（p=0.064），而深度睡眠期间F3-O1（F3–O1）之间的连接性与睡眠潜伏期没有显著相关（蓝色点）。

结论

研究者认为，SWS脑电波音乐可以降低德尔塔波段脑电图功率谱密度，缩短睡眠潜伏期，并使F3–C3连接和睡眠潜伏期显著相关，从而提高睡眠质量。然而，快速眼动脑电波音乐和WN可能不会改善睡眠质量。

参考文献：

Gao D, Long S, Yang H, Cheng Y, Guo S, Yu Y, Liu T, Dong L, Lu J, Yao D. SWS Brain-Wave Music May Improve the Quality of Sleep: An EEG Study. Front Neurosci. 2020 Feb 11;14:67. doi: 10.3389/fnins.2020.00067. PMID: 32116514; PMCID: PMC7026372.

原标题：《SWS脑电波音乐可提高睡眠质量的脑电图研究》

本文作者：般若，转载于微信公众号：全澜脑科学（ID：Quanlan2022），转载引用请注明原出处