Отправить статью по E-mail Алгоритм классификации фаз и стадий сна у пациентов с хроническими нарушениями сознания на основе логического искусственного интеллекта
- Авторы: Некрасова Ю.Ю.1, Борисов И.В.1, Канарский М.М.1, Прадхан П.1,2, Майорова Л.А.1,3, Редкин И.В.1, Сорокина В.С.1
-
Учреждения:
- Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии
- Российский университет дружбы народов (РУДН)
- Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук
- Выпуск: Том 25, № 4 (2022)
- Страницы: 259-270
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://rjmseer.com/1560-9537/article/view/114808
- DOI: https://doi.org/10.17816/MSER114808
- ID: 114808
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Обоснование. Анализ паттернов сна у пациентов с хроническими нарушениями сознания привлекает все большее внимание с точки зрения диагностики, прогноза и терапии тяжёлого повреждения головного мозга. В работе представлено описание программного комплекса на основе экспертной системы искусственного интеллекта, предназначенного для классификации фаз и стадий сна, с учётом особенностей нарушенной корковой ритмики у таких пациентов.
Цель. Разработка специализированного, ориентированного на пациентов с хроническим нарушением сознания, программного комплекса на основе искусственного интеллекта для автоматической классификации фаз и стадий сна с акцентом на выделение сонных веретён, фаз медленного и быстрого сна.
Материалы и методы. Для проверки корректности работы программного комплекса был выполнен анализ ROC-кривых в рамках бинарной классификации медленного сна, быстрого сна и бодрствования.
Результаты. Средняя чувствительность и специфичность алгоритма составляют 87,9 и 70,1 соответственно. Средняя площадь под ROC-кривой — 0,790. Низкую специфичность при высокой чувствительности демонстрирует алгоритм определения фазы быстрого сна, что связано с его графоэлементным сходством с фазой бодрствования, а также нерегулярностью наличия быстрых движений глаз в фазе REM-сна у пациентов с хроническими нарушениями сознания и в то же время с частым присутствием нистагма в состоянии бодрствования. Информация о наличии нистагма, вводимая на старте работы программы, позволила несколько повысить показатели эффективности алгоритма, однако, вероятно, этот аспект нуждается в дальнейшей доработке.
Заключение. Наличие программного комплекса, учитывающего особенности электроэнцефалографии пациентов с хроническими нарушениями сознания и проводящего анализ сна и бодрствования в автоматическом режиме, могло бы не только быть полезным в качестве диагностического инструмента для невролога и сомнолога, но и способствовать более широкому распространению этой методики в клинической практике.
Полный текст
Об авторах
Юлия Юрьевна Некрасова
Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии
Email: nekrasova84@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4435-8501
SPIN-код: 8947-4230
канд. техн. наук
Россия, 127051, г. Москва, Петровка ул., д. 25, стр. 2Илья Владимирович Борисов
Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии
Email: realzel@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5707-118X
SPIN-код: 7800-6446
научный сотрудник
Россия, 127051, г. Москва, Петровка ул., д. 25, стр. 2Михаил Михайлович Канарский
Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии
Email: kanarmm@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7635-1048
SPIN-код: 1776-1160
младший научный сотрудник
Россия, 127051, г. Москва, Петровка ул., д. 25, стр. 2Пранил Прадхан
Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии; Российский университет дружбы народов (РУДН)
Email: pranilpr@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3505-7504
SPIN-код: 8647-4329
научный сотрудник
Россия, 127051, г. Москва, Петровка ул., д. 25, стр. 2; 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6Лариса Алексеевна Майорова
Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии; Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук
Email: major_@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-5112-7878
SPIN-код: 7383-5144
канд. мед. наук
Россия, 127051, г. Москва, Петровка ул., д. 25, стр. 2; 117485, Москва, ул. Бутлерова, д. 5АИван Валерьевич Редкин
Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии
Email: iredkin@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0001-7008-2038
SPIN-код: 1854-9314
канд. мед. наук
Россия, 127051, г. Москва, Петровка ул., д. 25, стр. 2Виктория Сергеевна Сорокина
Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии
Автор, ответственный за переписку.
Email: vsorokina@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0002-1490-1331
SPIN-код: 3407-1625
младший научный сотрудник
Россия, 127051, г. Москва, Петровка ул., д. 25, стр. 2Список литературы
- Multi-Society Task Force on PVS. Medical aspects of the persistent vegetative state (1) // N. Engl. J. Med. 1994. Vol. 330, № 21. Р. 1499–1508. doi: 10.1056/NEJM199405263302107
- Jennett B., Plum F. Persistent vegetative state after brain damage // The Lancet. 1972. Vol. 299, № 7753. Р. 734–737. doi: 10.1016/S0140-6736(72)90242-5
- The European Task Force on Disorders of Consciousness, et al. Unresponsive wakefulness syndrome: a new name for the vegetative state or apallic syndrome // BMC Med. 2010. Vol. 8, № 1. Р. 68. doi: 10.1186/1741-7015-8-68
- Owen A.M. Detecting Consciousness: A Unique Role for Neuroimaging // Annu. Rev. Psychol. 2013. Vol. 64, № 1. Р. 109–133. doi: 10.1146/annurev-psych-113011-143729
- Giacino J.T., et al. Practice guideline update recommendations summary: Disorders of consciousness: Report of the Guideline Development, Dissemination, and Implementation Subcommittee of the American Academy of Neurology; the American Congress of Rehabilitation Medicine; and the National Institute on Disability, Independent Living, and Rehabilitation Research // Neurology. 2018. Vol. 91, № 10. Р. 450–460. doi: 10.1212/WNL.0000000000005926
- Giacino J.T., et al. The minimally conscious state: Definition and diagnostic criteria // Neurology. 2002. Vol. 58, № 3. Р. 349–353. doi: 10.1212/WNL.58.3.349
- Walker M.P. The role of sleep in cognition and emotion // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2009. Vol. 1156. Р. 168–197. doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.04416.x
- Diekelmann S., Born J. The memory function of sleep // Nat. Rev. Neurosci. 2010. Vol. 11, № 2. Р. 114–126. doi: 10.1038/nrn2762
- Van Cauter E., Spiegel K., Tasali E., Leproult R. Metabolic consequences of sleep and sleep loss // Sleep Med. 2008. Vol. 9, Suppl. 1. Р. S23-28. doi: 10.1016/S1389-9457(08)70013-3
- Besedovsky L., Lange T., Born J. Sleep and immune function // Pflugers Arch. 2012. Vol. 463, № 1. Р. 121–137. doi: 10.1007/s00424-011-1044-0
- Alekseeva E.V., Alasheev A.M., Belkin A.A., Kudrinskikh N.V., Nikov P.N. Prognostic evaluation of sleep in patients in a vegetative state // Anesteziol. Reanimatol. 2010. № 4. Р. 38–42.
- Cologan V., Schabus M., Ledoux D., Moonen G., Maquet P., Laureys S. Sleep in disorders of consciousness // Sleep Med. Rev. 2010. Vol. 14, № 2. Р. 97–105. doi: 10.1016/j.smrv.2009.04.003
- Kondziella D., et al. European Academy of Neurology guideline on the diagnosis of coma and other disorders of consciousness // Eur. J. Neurol. 2020. Vol. 27, № 5. Р. 741–756. doi: 10.1111/ene.14151
- D’Aleo G., Bramanti P., Silvestri R., Saltuari L., Gerstenbrand F., Di Perri R. Sleep spindles in the initial stages of the vegetative state // Ital. J. Neurol. Sci. 1994. Vol. 15, № 7. Р. 347–351. doi: 10.1007/BF02339931
- D’Aleo G., Saltuari L., Gerstenbrand F., Bramanti P. Sleep in the last remission stages of vegetative state of traumatic nature // Funct. Neurol. 1994. Vol. 9, № 4. Р. 189–192.
- Giubilei F., et al. Sleep abnormalities in traumatic apallic syndrome // J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 1995. Vol. 58, № 4. Р. 484–486. doi: 10.1136/jnnp.58.4.484
- Gordon C.R., Oksenberg A. Spontaneous nystagmus across the sleep-wake cycle in vegetative state patients // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1993. Vol. 86, № 2. Р. 132–137. doi: 10.1016/0013-4694(93)90085-a
- Isono M., Wakabayashi Y., Fujiki M., Kamida T., Kobayashi H. Sleep cycle in patients in a state of permanent unconsciousness // Brain Inj. 2002. Vol. 16, № 8. Р. 705–712. doi: 10.1080/02699050210127303
- Valente M., et al. Sleep organization pattern as a prognostic marker at the subacute stage of post-traumatic coma // Clin. Neurophysiol. Off. J. Int. Fed. Clin. Neurophysiol. 2002. Vol. 113, № 11. Р. 1798–1805. doi: 10.1016/s1388-2457(02)00218-3
- Oksenberg A., Arons E., Sazbon L., Mizrahi A., Radwan H. Sleep-related erections in vegetative state patients // Sleep. 2000. Vol. 23, № 7. Р. 953–957
- Oksenberg A., Gordon C., Arons E., Sazbon L. Phasic activities of rapid eye movement sleep in vegetative state patients // Sleep. 2001. Vol. 24, № 6. Р. 703–706. doi: 10.1093/sleep/24.6.703
- Pavlov Y.G., et al. Night sleep in patients with vegetative state // J. Sleep Res. 2017. Vol. 26, № 5. Р. 629–640. doi: 10.1111/jsr.12524
- Landsness E., et al. Electrophysiological correlates of behavioural changes in vigilance in vegetative state and minimally conscious state // Brain J. Neurol. 2011. Vol. 134, Pt 8. Р. 2222–2232. doi: 10.1093/brain/awr152
- Bedini G., et al. Is Period3 Genotype Associated With Sleep and Recovery in Patients With Disorders of Consciousness? // Neurorehabil. Neural Repair. 2016. Vol. 30, № 5. Р. 461–469. doi: 10.1177/1545968315604398
- Arnaldi D., et al. The prognostic value of sleep patterns in disorders of consciousness in the sub-acute phase // Clin. Neurophysiol. Off. J. Int. Fed. Clin. Neurophysiol. 2016. Vol. 127, № 2. Р. 1445–1451. doi: 10.1016/j.clinph.2015.10.042
- Rossi Sebastiano D., et al. Significance of multiple neurophysiological measures in patients with chronic disorders of consciousness // Clin. Neurophysiol. Off. J. Int. Fed. Clin. Neurophysiol. 2015. Vol. 126, № 3. Р. 558–564. doi: 10.1016/j.clinph.2014.07.004
- Rossi Sebastiano D., et al. Sleep patterns associated with the severity of impairment in a large cohort of patients with chronic disorders of consciousness // Clin. Neurophysiol. 2018. Vol. 129, № 3. Р. 687–693. doi: 10.1016/j.clinph.2017.12.012
- Avantaggiato P., et al. Polysomnographic Sleep Patterns in Children and Adolescents in Unresponsive Wakefulness Syndrome // J. Head Trauma Rehabil. 2015. Vol. 30, № 5. Р. 334–346. doi: 10.1097/HTR.0000000000000122
- Lacourse K., Delfrate J., Beaudry J., Peppard P., Warby S.C. A sleep spindle detection algorithm that emulates human expert spindle scoring // J. Neurosci. Methods. 2019. Vol. 316. Р. 3–11. doi: 10.1016/j.jneumeth.2018.08.014
- Purcell S.M., et al. Characterizing sleep spindles in 11,630 individuals from the National Sleep Research Resource // Nat. Commun. 2017. Vol. 8, № 1. Р. 15930. doi: 10.1038/ncomms15930
- Massimini M. The Sleep Slow Oscillation as a Traveling Wave // J. Neurosci. 2004. Vol. 24, № 31. Р. 6862–6870. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1318-04.2004
- Carrier J., et al. Sleep slow wave changes during the middle years of life // Eur. J. Neurosci. 2011. Vol. 33, № 4. Р. 758–766. doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07543.x
- Agarwal R., Takeuchi T., Laroche S., Gotman J. Detection of Rapid-Eye Movements in Sleep Studies // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2005. Vol. 52, № 8. Р. 1390–1396. doi: 10.1109/TBME.2005.851512
- Hori T., et al. Proposed supplements and amendments to “A Manual of Standardized Terminology, Techniques and Scoring System for Sleep Stages of Human Subjects”, the Rechtschaffen & Kales (1968) standard // Psychiatry Clin. Neurosci. 2001. Vol. 55, № 3. Р. 305–310. doi: 10.1046/j.1440-1819.2001.00810.x
Дополнительные файлы
