可穿戴多源生物信號(hào)測(cè)量?jī)x在兒童睡眠障礙的應(yīng)用
摘要
睡眠不足會(huì)影響情緒和行為調(diào)節(jié)，但其影響機(jī)制卻知之甚少。情緒、行為和睡眠理論強(qiáng)調(diào)自主神經(jīng)功能的差異是一種潛在的影響途徑，在典型人群中的研究得出睡眠不足和自主神經(jīng)失調(diào)(例如，交感神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)性增強(qiáng))之間的聯(lián)系。
在睡眠不足/問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)較高的人群(即自閉癥患者)中，睡眠和自主神經(jīng)/覺(jué)醒特征的更大變異性可能特別有用。利用皮膚電活動(dòng)(EDA)作為交感神經(jīng)系統(tǒng)激活的指標(biāo)，這項(xiàng)描述性的初步研究旨在記錄自閉癥兒童的日間EDA模式，并探討其與睡眠失調(diào)/缺乏的關(guān)系。
引言
高達(dá)80%的自閉癥譜系障礙(ASD)兒童經(jīng)歷了睡眠失調(diào)，相比之下，典型發(fā)育同齡人的這一比例為25.40%。盡管ASD兒童的睡眠問(wèn)題與一系列情緒和行為挑戰(zhàn)有關(guān)，但睡眠如何影響白天行為的機(jī)制尚不清楚。
行為理論，睡眠理論和先前的研究強(qiáng)調(diào)自主神經(jīng)功能障礙(即，以心率、皮質(zhì)醇或皮膚電導(dǎo)為指標(biāo)的交感神經(jīng)驅(qū)動(dòng)和生理喚醒增加)是潛在的影響途徑。
具體來(lái)說(shuō)，睡眠的兩過(guò)程模型在考慮睡眠調(diào)節(jié)和類似的晝夜節(jié)律理論時(shí)，提出注意活動(dòng)和生理喚醒的晝夜節(jié)律要素，并強(qiáng)調(diào)周期是如何出現(xiàn)在我們的白天行為和生理喚醒模式中的。在這些理論的基礎(chǔ)上，這項(xiàng)探索性的描述性研究為理解睡眠/晝夜節(jié)律模式和自閉癥患者的自主功能(如生理喚醒)之間的聯(lián)系提供了關(guān)鍵的一步。
1.1睡眠與EDA
睡眠的恢復(fù)理論認(rèn)為，睡眠是身體恢復(fù)的一個(gè)時(shí)期，有助于恢復(fù)白天消耗的資源(如能量)。這包括身體組織的修復(fù)(即肌肉修復(fù))、蛋白質(zhì)合成和神經(jīng)系統(tǒng)。神經(jīng)系統(tǒng)的恢復(fù)反映在副交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活增加(即休息和消化)和我們交感神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)(即戰(zhàn)斗或逃跑反應(yīng))。
具體來(lái)說(shuō)，睡眠為自主神經(jīng)系統(tǒng)的活躍和持續(xù)的交感神經(jīng)分支提供了緩解，降低交感神經(jīng)張力，同時(shí)增加副交感神經(jīng)迷走神經(jīng)張力以維持內(nèi)部穩(wěn)態(tài)。
EDA是對(duì)由交感神經(jīng)系統(tǒng)控制的小汗腺波動(dòng)引起的皮膚電導(dǎo)變化的連續(xù)測(cè)量。此后，我們使用更廣泛的術(shù)語(yǔ)“生理喚醒”來(lái)描述反映生理反應(yīng)的一般自主喚醒(與刺激誘導(dǎo)或行為喚醒相反)；具體來(lái)說(shuō)，我們使用這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述由EDA索引的SNS的變化。
當(dāng)考慮EDA的階段元素時(shí)，McCarthy和Waters (1997)指出睡眠剝奪的成年人的電正常定向反應(yīng)(注意力的階段EDA指數(shù))降低。然而，到目前為止，還沒(méi)有研究檢查日間睡眠障礙(緊張性或階段性)與自閉癥兒童睡眠模式的關(guān)系，自閉癥兒童是睡眠調(diào)節(jié)障礙風(fēng)險(xiǎn)較高的人群。
1.2自閉癥譜系障礙中的EDA
為了研究患有和不患有自閉癥譜系障礙的個(gè)體的生理喚醒，EDA的緊張和階段性元素都被利用。然而，患有自閉癥障礙的兒童和通常正在發(fā)展的同齡人之間在EDA測(cè)量方面的比較產(chǎn)生了不同的結(jié)果。這些差異可能反映了年齡、性別、傳感器放置/特征、范式細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)后處理協(xié)議方面的差異。具體來(lái)說(shuō)，在自閉癥障礙的背景下，EDA測(cè)量的可變性可能反映了不同的生理喚醒模式/特征，這在大群體比較中可能不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。大多數(shù)測(cè)量EDA的研究都在短期評(píng)估中檢查了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對(duì)嚴(yán)格控制的刺激的反應(yīng)。直到現(xiàn)在，很少有研究評(píng)估全天或自然環(huán)境中的生理喚醒模式。
在自閉癥兒童中，我們只能確定一項(xiàng)先前評(píng)估睡眠和EDA因素之間聯(lián)系的研究。雷諾茲、萊恩和薩克爾(2012)使用兒童行為檢查表評(píng)估了父母對(duì)孩子睡眠的擔(dān)憂，并報(bào)告說(shuō)睡眠不佳和強(qiáng)直性SCL之間沒(méi)有聯(lián)系，但確實(shí)注意到睡眠不佳與對(duì)特定感覺(jué)刺激的階段性EDA反應(yīng)升高有關(guān)?？傊?，對(duì)典型發(fā)育中人群和睡眠障礙或自閉癥患者的睡眠和EDA的研究，突出了睡眠和白天自主功能之間的潛在聯(lián)系。
研究方法
2.1被試和程序
被試包括13名兒童(平均年齡6.11，標(biāo)準(zhǔn)差2.04)，他們來(lái)自一項(xiàng)更大的研究，該研究調(diào)查了自閉癥兒童的睡眠和挑戰(zhàn)行為。兒童從五個(gè)行為治療中心招募，研究人員在兒童之家或行為治療中心完成了一次登記訪問(wèn)。在登記訪問(wèn)期間，父母/照顧者完成了一系列關(guān)于家庭人口統(tǒng)計(jì)、病史、兒童自閉癥癥狀以及最后他/她的適應(yīng)功能的問(wèn)卷調(diào)查。作為入學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，所有兒童都有自閉癥診斷(即醫(yī)學(xué)和/或教育診斷)，并在社會(huì)交流問(wèn)卷上有得分高于自閉癥閾值(> 11)。每個(gè)孩子每周至少參加20小時(shí)的基于中心的應(yīng)用行為分析(ABA)項(xiàng)目，并在08:00至17:00期間接受訓(xùn)練有素的ABA治療師的一對(duì)一干預(yù)服務(wù)(項(xiàng)目由委員會(huì)認(rèn)證的行為分析師編寫和監(jiān)督)，每個(gè)治療日最多9小時(shí)，每周5天。在本研究使用的子樣本中，五名兒童同時(shí)患有注意力缺陷/多動(dòng)障礙和焦慮等疾病。此外，六名兒童正在服用藥物來(lái)幫助他們睡眠(例如，褪黑激素；詳情見(jiàn)表1)。在研究過(guò)程中，沒(méi)有一個(gè)孩子被要求停止服藥，因?yàn)檫@項(xiàng)研究的主要目標(biāo)是在他們典型的每周常規(guī)和治療計(jì)劃的背景下評(píng)估孩子的睡眠模式。
睡眠和EDA數(shù)據(jù)是在同一治療周收集的，其中EDA是在兒童典型治療日的背景下收集的。
2.2測(cè)量睡眠
為了測(cè)量睡眠，每個(gè)孩子都在腳踝上佩戴了一個(gè)氯丁橡膠一個(gè)微型運(yùn)動(dòng)記錄儀來(lái)記錄他們連續(xù)五個(gè)24小時(shí)的睡眠模式。根據(jù)目前的指南，納入目前的研究至少需要72小時(shí)的有效活動(dòng)數(shù)據(jù)?；赟adeh算法分析睡眠-覺(jué)醒模式和時(shí)間(即，睡眠持續(xù)時(shí)間(以分鐘為單位的總睡眠時(shí)間)、覺(jué)醒頻率(睡眠開始后的覺(jué)醒發(fā)作次數(shù))和睡眠開始后的覺(jué)醒(WASO)持續(xù)時(shí)間(睡眠開始后被評(píng)分為清醒的總分鐘數(shù))。關(guān)于用于估計(jì)睡眠/覺(jué)醒活動(dòng)的判別函數(shù)的更多細(xì)節(jié)，參見(jiàn)Sadeh，Sharkey和Carskadon (1994)。根據(jù)兒科活動(dòng)成像建議，家長(zhǎng)報(bào)告睡眠日記也被用來(lái)幫助評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)。目前，沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)區(qū)分兒童的睡眠健康狀況是好是壞——尤其是在使用活動(dòng)圖測(cè)量睡眠時(shí)。然而，睡眠參數(shù)通常是以多維方式測(cè)量的，可以歸入更廣泛的睡眠健康類別。
2.3使用腕帶多傳感器記錄電正常活動(dòng)和加速度計(jì)數(shù)據(jù)、溫度、心率和運(yùn)動(dòng)。
腕帶多傳感器是一種交叉設(shè)備，旨在利用研究級(jí)開發(fā)進(jìn)行大眾市場(chǎng)傳播。先前的研究已經(jīng)成功地將其(或其前身)用于成人和兒童人口以及自閉癥兒童。EDA是本研究的目標(biāo)信號(hào)，溫度、心率和運(yùn)動(dòng)被用來(lái)評(píng)估EDA信號(hào)的質(zhì)量，并探索日間EDA和運(yùn)動(dòng)之間的模式。
收集期間EDA的相位和主音指數(shù)被分成1分鐘的間隔。每分鐘的相位指數(shù)包括非特異性皮膚電導(dǎo)反應(yīng)(NSSCR)的數(shù)量、NSSCR峰值振幅和NSSCR平均振幅。緊張指數(shù)是在沒(méi)有階段性神經(jīng)干細(xì)胞反應(yīng)的情況下通過(guò)皮膚電導(dǎo)水平來(lái)測(cè)量的。使用紅外熱電堆評(píng)估溫度。心率是用光電容積描記傳感器來(lái)估計(jì)的，以此來(lái)估計(jì)血容量脈搏，而運(yùn)動(dòng)則是用一個(gè)在三維空間上有重力的加速計(jì)來(lái)評(píng)估的。EDA、溫度、心率和加速度計(jì)是集成在一個(gè)腕帶傳感器中的組件。
EDA數(shù)據(jù)使用Ledalab進(jìn)行處理，Ledalab是一個(gè)用于分析皮膚電導(dǎo)數(shù)據(jù)的開源Matlab軟件。
一分鐘時(shí)段內(nèi)有效秒的百分比用于索引該1分鐘時(shí)段的有效性。一分鐘的歷元被認(rèn)為是有效的，它包含70%的有效數(shù)據(jù)，或每分鐘42秒。本研究使用了至少連續(xù)180分鐘有效數(shù)據(jù)的會(huì)議。這導(dǎo)致最終的可用數(shù)據(jù)集為10，102分鐘，涉及13名參與者的44個(gè)會(huì)話。關(guān)于每個(gè)孩子的詳細(xì)情況，見(jiàn)表2。
討論
這項(xiàng)探索性的描述性研究的目的是分享第一份關(guān)于自閉癥兒童EDA和睡眠的“野外”擴(kuò)展記錄。所描述的模式暗示了EDA中可能與睡眠或整體調(diào)節(jié)模式相關(guān)的晝夜模式或每日周期，但是需要進(jìn)一步的研究來(lái)建立在這些初步結(jié)果的基礎(chǔ)上。
結(jié)論
總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)表明，對(duì)于患有自閉癥的兒童來(lái)說(shuō)，生理喚醒水平可能遵循一種晝夜節(jié)律模式，并且可能受到睡眠失調(diào)或失調(diào)曲線的影響。睡眠不足會(huì)阻礙夜間的完全恢復(fù)，并可能導(dǎo)致第二天的生理反應(yīng)發(fā)生變化。然而，考慮到我們樣本的特點(diǎn)，這些發(fā)現(xiàn)可能反映了睡眠失調(diào)的總體失調(diào)情況、下午生理喚醒情況的減弱和房缺癥狀的增加。這項(xiàng)生理學(xué)研究的豐富性為未來(lái)在自然環(huán)境下檢查臨床人群的工作提供了一個(gè)有價(jià)值的起點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
Chong Pearlynne Li Hui, Abel Emily, Pao Ryan, McCormick Carolyn E B, & Schwichtenberg A J. (2021). Sleep Dysregulation and Daytime Electrodermal Patterns in Children With Autism: A Descriptive Study. The Journal of genetic psychology, 182(5), 335-347.
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