睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法与流程

本发明涉及睡眠分析，特别涉及一种睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法。

背景技术：

1、近年来据统计，全世界约有四分之一的人存在睡眠问题。然而，夜间睡眠对人类的重要性不言而喻，特别是在慢波睡眠期(sws)。研究表明，慢波睡眠期的时长和强度将直接影响人体的各项生理活动，以及认知、记忆功能的维持，因为在该阶段人体会进行自我修复和生长，对大脑的记忆力的巩固有着至关重要的意义。睡眠障碍人群或多或少存在深睡时间短、质量低下等一系列问题，这将对他们的学习能力、专注力、情绪控制能力等带来巨大的危害。

2、目前市场上存在多种促深睡的产品，如智能深睡卧室、软硬智控分区床垫等器具，以及一些天然补剂，如褪黑素、b族维生素片等，或多或少对睡眠障碍患者的睡眠质量和深度有所改善，但对睡眠过程的具体影响缺少研究。此外，现有的文献中，慢波睡眠增强刺激主要分为经颅直流电刺激(tdcs)、经颅磁刺激(tms)及声音刺激(as)，但前两种方式属于侵入性刺激，且成本昂贵；而声音(音乐)刺激也会对慢波睡眠产生一定的影响，但现有技术中，并没有全面地展现声音(音乐)刺激对慢波的影响，也没有研究慢波睡眠占比与记忆力的相关性。

3、因此，亟需提供一种能够系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。

2、本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，包括如下具体步骤：

3、步骤1)、招募受试者，让每一位受试者参与适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验；所有的受试者先进行适应夜实验，在进行适应夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激；

4、步骤2)、在完成适应夜实验后，随机选择半数的受试者先进行刺激夜实验后进行伪刺激夜实验，另一半受试者先进行伪刺激实验后进行刺激夜实验；

5、在进行刺激夜实验和伪刺激夜实验时，在睡前先对受试者进行睡前词组联想测试；在进行伪刺激夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激，并采集受试者在睡眠时的脑电数据；在进行刺激夜实验时，采集受试者在睡眠时的脑电数据，同时开启睡中音乐闭环控制系统，睡中音乐闭环控制系统对采集到的脑电信号进行实时睡眠分期；当检测到受试者处于深睡期时，控制音乐播放设备给予受试者音乐刺激；

6、受试者睡眠结束后，对受试者进行睡后词组联想测试，将睡后词组联想测试结果与睡前词组联想测试结果的差值作为受试者的记忆巩固测试结果；

7、步骤3)、通过训练好的深度学习模型，对受试者的脑电数据进行睡眠分期，分为清醒期、快速眼动睡眠期、浅睡期及深睡期四个睡眠期；并计算以下睡眠指标：nrem期总功率、纺锤波数量、慢波功率、慢波幅值和慢波斜率；其中，慢波斜率为每个慢波的波峰与波谷的纵坐标(即幅值)差值与波峰与波谷的横坐标的差值的比值；

8、步骤4)、将进行刺激夜实验的受试者归入刺激夜实验组中，将进行伪刺激夜实验的受试者归入伪刺激夜实验组中；比较刺激夜实验组和伪刺激夜实验组的各项睡眠指标，并进行显著性检验；并分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响以及睡眠记忆力与深睡期占比的相关性。

9、作为优选，步骤1)中，每次适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验的实验时长均为7天。

10、作为优选，步骤2)中，所述音乐播放设备为音乐枕头。

11、作为优选，步骤2)中，所述睡中音乐闭环控制系统包括数据质量检测、实时睡眠分期模块、睡眠深度计算模块、实时慢波检测模块；

12、睡中音乐闭环控制系统的调控方法如下：

13、s1：实时睡眠分期模块对采集到的脑电数据进行实时睡眠分期；

14、s2：当检测到受试者进入稳定的n3期后，数据质量检测模块对脑电数据进行检测，去除异常数据；然后通过睡眠深度计算模块计算睡眠深度；根据受试者的睡眠深度调控音乐刺激的音量；

15、其中，睡眠深度与δ波段与β波段脑电图功率(经过快速傅里叶变换的功率谱求得)对数比成正比例关系，计算公式为：

16、

17、其中，sleepdepth为睡眠深度，delta_power为δ波段的脑电图功率，beta_power为β波段脑电图功率；

18、音乐刺激的音量v和睡眠深度的关系如以下公式所示：

19、v＝v初始音量×sleepdepth/100

20、其中，v初始音量为预先设定的初始音量；

21、s3：同时实时慢波检测模块开始检测慢波上升沿，检测到慢波上升沿后，将在慢波上升沿的顶端附近对受试者给予粉噪声刺激；在给予连续2次粉噪声刺激后，冷却2.5秒；

22、其中，符合条件的慢波上升沿为：每次输入连续的15个点，若经平滑处理后，它们的排列呈单调上升趋势，且相对于基线发生拐点，该处为符合条件的慢波上升沿；

23、s4：重复步骤s3，直至受试者睡眠结束。

24、作为优选，在对慢波幅值和斜率进行差异显著性检验时，分别计算两个实验组内每一位受试者的原始脑电信号中的每个慢波的慢波幅值和慢波斜率，并计算实验组内所有慢波幅值和慢波斜率的中位数及四分位距；并检验两个实验组的慢波幅值和慢波斜率的分布是否存在显著性差异；

25、在对纺锤波数量进行差异显著性检验时，将每个实验组内检测到的纺锤波数量按照该实验组内的受试者人数取平均值，并检验两个实验组的纺锤波数量是否存在显著性差异；

26、在对nrem期总功率进行差异显著性检验时，提取每一个受试者的浅睡期和深睡期的脑电信号段，分别计算各个受试者的脑电信号段中的delta波段、theta波段、alpha波段、sigma波段和beta波段这五个波段的波段功率总和；两个实验组按照受试者人数计算各个波段功率总和的平均值和方差，并检验两个实验组的nrem期总功率是否存在显著性差异；

27、在分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响时，分别计算两个实验组记忆巩固测试结果的平均值、方差，并检验两个实验组的记忆巩固测试结果是否存在显著性差异；

28、在分析睡眠记忆力与深睡期占比的相关性时，使用皮尔逊相关系数法，计算每个实验组受试者的记忆巩固测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性，以及两组所有受试者的词组联想测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性。

29、作为优选，步骤4)中，对首次音乐刺激附近的波形变化进行差异显著性分析，具体方法如下：

30、提取两个实验组内每一位受试者脑电信号中首次音乐刺激时间点前4秒至后8秒的原始信号段，分别计算两个实验组的原始信号段的平均信号，并将两实验组的平均信号的相位对齐；其中，平均信号为各个原始信号的幅值取平均值；

31、取两个实验组的平均信号上首次刺激时间点前1秒至后5秒的平均信号段，将两个实验组的平均信号段对齐后，以点对点式的方式检验两个实验组的平均信号段之间是否存在显著性差异。

32、作为优选，在验证音乐刺激对深睡期功率的影响时，分别提取两个实验组中每一个受试者深睡期脑电信号段，将深睡期脑电信号段以固定频率宽度进行分箱，将每个受试者的深睡期脑电信号段分成若干个波段箱，并计算各个波段箱的功率占比；两个实验组分别按照受试者人数计算波段箱功率占比的平均值和方差，并在两个实验组之间进行差异显著性检验。

33、作为优选，深睡期脑电信号段的频率范围为0.25hz至20hz，所述固定频率宽度为0.25hz。

34、本发明的有益效果是：本发明系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。