Спектральная оценка ЭЭГ сна у пациентов с хроническими нарушениями сознания посредством многооконного дискретного преобразования Фурье

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. В последние годы спектральный анализ электроэнцефалограммы (ЭЭГ) становится все более популярным в связи с развитием компьютерных технологий. Среди методов спектрального анализа наиболее часто используют различные варианты оконного преобразования Фурье, учитывающего нестационарную природу ЭЭГ-сигнала.

Цель исследования — изучение спектрального состава ЭЭГ сна у пациентов с хроническим нарушением сознания методом дискретного преобразования Фурье с окнами в виде вытянутых сфероидальных последовательностей.

Методы. В настоящей статье проведено исследование спектрального состава ЭЭГ сна 32 пациентов с нарушениями сознания. Для спектрального анализа ЭЭГ сна использовались данные полисомнографии, полученные в течение ночи. Для построения гипноспектрограмм, визуализации данных и результатов исследования использовалось программное обеспечение, написанное на языке программирования Python, с использованием библиотек NumPy, scipy, matplotlib, mne, yasa. Результаты. Выявлена корреляция характерных изменений спектрального состава ЭЭГ сна с уровнем сознания и этиологией заболевания.

Заключение. Консолидация сна и нормализация других циркадианных ритмов является важной составляющей как соматического здоровья пациентов в условиях реанимации, так и, возможно, станет терапевтической мишенью для восстановления когнитивности у пациентов с хроническим нарушением сознания.

Об авторах

Михаил Михайлович Канарский

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kanarmm@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7635-1048
SPIN-код: 1776-1160
Россия, 141534, Московская область, Солнечногорский район, д. Лыткино, д. 777

Юлия Юрьевна Некрасова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»; ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»

Email: nekrasova84@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4435-8501
SPIN-код: 8947-4230

к.т.н.

Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2; Москва; 125993, г. Москва, Волоколамское ш., 4

Илья Владимирович Борисов

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: realzel@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5707-118X
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Дмитрий Станиславович Янкевич

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: yanson_d@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5143-7366
SPIN-код: 6506-8058

к.м.н.

Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Дмитрий Львович Колесов

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: kolesov@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0002-8450-5211
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Олег Борисович Лукьянец

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: lucyanec@fnkcrr.ru
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Кирилл Михайлович Горшков

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: kolesov@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0002-5443-2330
SPIN-код: 5991-9705
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Надежда Павловна Шпичко

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: shpicko@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0003-3289-6107
SPIN-код: 5092-0536
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Татьяна Николаевна Крылова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: Krylova@fnkcrr.ru
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Надежда Юрьевна Ковалёва

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: kovalevanu@fnkcrr.ru
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Олег Юрьевич Люткин

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: lutkin@fnkcrr.ru
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Виталий Вячеславович Евстифеев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии»

Email: evstifeev@fnkcrr.ru
Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д.25, стр.2

Список литературы

  1. Kohlschütter EO. Messung der festigkeit des schlafes. Zeitschrift für rationelle Medicin. 1863;3(17): 209–253.
  2. Berger H. Das Elektrenkephalogramm des menschen. Nova Acta Leopoldina. 1929;6(38):173–309.
  3. Loomis AL, Harvey EN, Hobart GA. Cerebral states during sleep, as studied by human brain potentials. J Exp Psychol. 1937;21(2):127–144. doi: 10.1037/h0057431.
  4. Aserinsky E, Kleitman N. Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant phenomena, during sleep. Science. 1953;118(3062):273–274. doi: 10.1126/science.118.3062.273.
  5. Rechtschaffen A, Kales A. A manual of standardized terminology, techniques, and scoring systems for sleep stages of human subjects. Washington, DC: Public Health Service; 1968.
  6. Rossi Sebastiano D, Visani E, Panzica F, et al. Sleep patterns associated with the severity of impairment in a large cohort of patients with chronic disorders of consciousness. Clin Neurophysiol. 2018;129(3):687–693. doi: 10.1016/ j.clinph.2017.12.012.
  7. Malinowska U, Chatelle C, Bruno MA, et al. Electroencephalographic profiles for differentiation of disorders of consciousness. Biomed Eng Online. 2013;12:109. doi: 10.1186/1475-925X-12-109.
  8. Pavlov YG, Gais S, Müller F, et al. Night sleep in patients with vegetative state. J Sleep Res. 2017;26(5):629–640. doi: 10.1111/jsr.12524.
  9. Mertel I, Pavlov Y, Barner C, et al. Sleep in severe disorders of consciousness: 24-h behavioral and polysomnographic recording. ResearchGate GmbH; 2020. doi: 10.1101/ 2020.05.21.20106807.
  10. Александров М.В., Иванов Л.Б., Лытаев С.А., и др. Электроэнцефалография: руководство / Под ред. М.В. Александрова. 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СпецЛит, 2020. — 224 с. [Aleksandrov MV, Ivanov LB, Lytaev SA, et al. Ehlektroehntsefalografiya: rukovodstvo. Ed by M.V. Aleksandrov. 3rd revised and updated. Saint Petersburg: SpetsLit; 2020. 224 р. (In Russ.)]
  11. Slepian D. Prolate spheroidal wave functions, Fourier analysis, and uncertainty-V: the discrete case. Bell Sys Tech J. 1978; 57(5):1371–1430. doi: 10.1002/j.1538-7305.1978.tb02104.x.
  12. Thomson DJ. Spectrum estimation and harmonic analysis. Proc IEEE. 1982;70(9):1055–1096.
  13. Prerau MJ, Brown RE, Bianchi MT, et al. Sleep neurophysiological dynamics through the lens of multitaper spectral analysis. Physiology (Bethesda). 2017;32(1):60–92. doi: 10.1152/physiol.00062.2015
  14. Giacino JT, Kalmar K. CRS-R coma recovery scale-revised: administration and scoring guidelines. 2006. doi: 10.5281/zenodo.3818479
  15. Бакулин И.С., Кремнева Е.И., Кузнецов А.В., и др. Хронические нарушения сознания / Под ред. М.А. Пирадова. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Горячая линия — Телеком, 2020. — 288 с. [Bakulin IS, Kremneva EI, Kuznetsov AV, et al. Khronicheskie narusheniya soznaniya. Ed by M.A. Piradov. Moscow: Goryachaya liniya — Telekom; 2020. 288 p. (In Russ).]
  16. Vallat R, Jajcay N. [Raphael Vallat and Nikola Jajcay] raphaelvallat/yasa: v0.3.0 (Version v0.3.0). Zenodo; 2020. doi: 10.5281/zenodo.3818479
  17. Combrisson E, Vallat R, Baptiste EJ, et al. Sleep: an open-source python software for visualization, analysis, and staging of sleep data. Front Neuroinform. 2017;11:60. doi: 10.3389/fninf.2017.00060
  18. Avantaggiato P, Molteni E, Formica F, et al. Polysomnographic sleep patterns in children and adolescents in unresponsive wakefulness syndrome. J Head Trauma Rehabil. 2015;30(5): 334–346. doi: 10.1097/HTR.0000000000000122.
  19. Nekrasova J, Kanarski M, Yankevich D, et al. Retrospective analysis of sleep patterns in patients with chronic disorders of consciousness. Sleep Medicine: X. 2020;2:100024. doi: 10.1016/j.sleepx.2020.100024

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пример гипнограммы, построенной согласно методу R&K

Скачать (445KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектрограмма ночного сна (гипноспектрограмма) здорового добровольца

Скачать (540KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема применения дискретного преобразования Фурье с использованием последовательностей Слепяна

Скачать (405KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Демографические данные участников исследования: А — распределение пациентов по уровню сознания, Б — распределение пациентов по этиологии. Примечание. ВС — вегетативное состояние, СМС+/СМС- — состояние минимального сознания плюс/минус, ОНМК — острое нарушение мозгового кровообращения, ПОВ — последствия оперативного вмешательства, АПГМ — аноксическое поражение головного мозга, САК — субарахноидальное кровоизлияние.

Скачать (396KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Трехчасовой фрагмент гипноспектрограммы здорового добровольца

Скачать (566KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Шестичасовой фрагмент монофазного спектра пациента 3

Скачать (542KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Шестичасовой фрагмент двухфазного спектра пациента 13

Скачать (537KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Шестнадцатичасовой фрагмент трехфазного спектра пациента 18

Скачать (506KB)
Метаданные

© Канарский М.М., Некрасова Ю.Ю., Борисов И.В., Янкевич Д.С., Колесов Д.Л., Лукьянец О.Б., Горшков К.М., Шпичко Н.П., Крылова Т.Н., Ковалёва Н.Ю., Люткин О.Ю., Евстифеев В.В., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».