Нам известно, что хороший сон так же необходим для выживания как пища и вода. И всё же, несмотря на то, что мы проводим во сне треть нашей жизни, он, по большому счёту, остаётся для науки загадкой.
Не то, чтобы специалисты не пытались.
Анализ сна, также известный как полисомнография, используется для диагностики нарушений сна фиксируя различные типы данных, включая данные мозга (электроэнцефалограмма или ЭЭГ) и сердца (электрокардиограмма или ЭКГ). Как правило, в клинике к пациентам прикрепляют десятки сенсоров и проводов, фиксирующих дыхание, деятельность глаз, мускулов и сердца во время сна. Это не особо способствует мирному посапыванию.
Но что, если бы вы могли проводить такой же тест на дому, с такой же точностью и в режиме реального времени?
Исследователи в области компьютерной науки из Университета Южной Калифорнии впервые разработали метод, сопоставимый по производительности с полисомнографией экспертного уровня, используя всего-навсего одноканальную электрокардиограмму. Программа с открытым кодом позволяет любому человеку с базовыми навыками программирования создать самодельное низкозатратное приспособление для регистрации сна.
«Учёные десятилетиями пытаются найти более простые и дешёвые методы для мониторинга сна, особенно без неуклюжих присосок», — говорит ведущий автор работы Адам Джонс, недавно получивший степень PhD в УЮК. — Но до сих пор плохие результаты, даже при идеальных условиях, приводили к заключению, что сделать это невозможно, и что необходим мониторинг деятельности мозга. Наше исследование показывает, что данное предположение больше не актуально».
Модель, которая оценивает стадии сна на самом высоком уровне, также существенно превзошла результатами другие модели без ЭЭГ, — говорят учёные, — включая коммерческие устройства для мониторинга сна. — Мы хотели разработать систему, которая снимает ограничения имеющихся методов и обеспечит простой и доступный способ анализа сна», — говорит Джонс.
Исследование было опубликовано в июне 2024 года в журнале Computers in Biology and Medicine.
А может это сердце дирижирует оркестром?
Сон, главный провозвестник ухудшения когнитивных способностей, с возрастом становится более коротким и фрагментированным — это подтверждается как предыдущими исследованиями, так и нейронной сетью учёных, участвовавших в исследовании. Но это ухудшение происходит раньше, чем можно было бы ожидать. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Neurology, было обнаружено, что люди с прерывистым сном в возрасте 30-40 лет имеют вдвое большие шансы получить проблемы с памятью спустя десятилетие.
Хронические нарушения сна также могут способствовать накоплению бета-амилоидных бляшек — характерной особенностью болезни Альцгеймера.
«Немного страшновато», — говорит Джонс, который признаётся, что раньше он был в лагере «отосплюсь в гробу», до того, как занялся этим исследованием как хобби в 2010 году. — Вот почему я хочу, чтобы такое вмешательство было быстрым, и чтобы оно было доступно как можно большему количеству людей. Эта программа может расшифровать что с нами происходит во время сна каждую ночь».
Исследователи обучили свою модель на большом, разнообразном массиве данных, состоящем из 4000 записей от пациентов в возрасте от 5 до 90 лет, используя только данные сердечной деятельности и нейросеть глубокого обучения. Методом проб и ошибок, пройдя сотни циклов, они обнаружили, что автоматизированная сеть, использовавшая только данные ЭКГ, могла оценивать сон так же хорошо, как и «золотой стандарт» полисомнографии. Она успешно классифицировала сон по всем пяти стадиям, включая фазу быстрого движения глаз (REM), которая необходима для упрочнения памяти и эмоциональной устойчивости, а также не-REM сон, включая фазу глубокого сна, которая необходима для физического и умственного восстановления.
Помимо упрощения, как правило дорогостоящего и трудозатратного процесса, эти данные показывают, что связь между сердцем и мозгом сильнее, чем считалось ранее. Также они акцентируют внимание на роли автономной нервной системы, которая связывает мозг и сердце.
«Сердце и мозг связаны механизмами, которые плохо изучены, и это исследование может восполнить этот пробел», — говорит Джонс. — В моей статье есть масса доказательств того, что сердце, так сказать, может дирижировать оркестром».
Работа также может помочь улучшить исследования сна в отдалённых популяциях и пролить свет на происхождение и функции сна.
В следующей статье, которая готовится в данный момент, Джонс намерен исследовать то, на каких данных ЭКГ концентрируется нейронная сеть. «Я думаю, в сердце запрятана масса информации, о которой нам пока ничего неизвестно», — говорит он.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Университетом Южной Калифорнии.
Вам также может быть интересно: