帕金森病中下丘脑核局部场电位（STN LFP）与睡眠片段化相关的神经生理特征

帕金森病(PD)是一种以多巴胺能神经元损伤为主的神经退行性疾病,除了引起运动障碍外,超过80%的帕金森病患者还会遭受睡眠障碍的困扰。睡眠破碎是帕金森病患者常见的一种睡眠障碍类型,它不仅与睡眠维持性失眠和白天过度嗜睡相关,还可能加重认知功能障碍和加速疾病进展。然而,造成帕金森病患者睡眠破碎的神经生理学机制尚不完全清楚,这成为开发针对性睡眠干预措施的障碍。

本研究的作者来自清华大学、北京大学天坛医院、山东大学齐鲁医院、北京清华长庚医院和牛津大学。他们在2024年发表于Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry的这篇原创研究中,通过同步记录13名接受巨脑深部脑刺激(DBS)术后的帕金森病患者的全脑多导睡眠图和丘脑底核局部场电位(LFP),探索了与睡眠破碎相关的丘脑底核LFP生物标记。

研究方法主要包括以下几个步骤:

a)研究对象:13名接受双侧丘脑底核DBS植入术后1个月的帕金森病患者,在关闭DBS刺激和停止服药状态下,进行一整夜的全脑多导睡眠监测和丘脑底核LFP无线实时记录。

b)睡眠评估:由两名睡眠专家根据美国睡眠医学会指南,对每30秒的脑电图数据进行清醒、快速眼运动睡眠(REM)、N1、N2或N3睡眠分期标记。

c)数据处理:对脑电图和LFP信号进行滤波和去噪处理,计算不同频段(δ、θ、α、β、低γ)的功率,检测出现的睡眠旋波和β爆发事件。

d)统计分析:分析不同睡眠阶段LFP各频段功率的差异;计算睡眠破碎指数(SFI)和觉醒指数(ARI),探讨LFP特征与SFI、ARI的相关性;分析睡眠旋波、β爆发与睡眠转阶的关系。

该研究的主要发现包括:

1)N2和REM睡眠转阶前,丘脑底核LFP低频(θ波)与高频(β、低γ波)功率比值(LHPR)可作为睡眠破碎的生物标记。LHPR越低,与SFI和ARI呈负相关。

2)NREM睡眠中丘脑底核LFP的β和低γ波功率与SFI和ARI呈正相关;REM睡眠中只有低γ波功率与SFI呈正相关。

3)NREM N2睡眠时,长β爆发(>0.25秒)更易出现在转向清醒/N1/REM等更浅睡眠阶段,而睡眠旋波则更多出现在转向N3更深睡眠阶段。长β爆发与睡眠旋波在时间上存在负相关。

4)丘脑底核旋波的峰频率(11.5Hz)与长β爆发(23.8Hz)有明显区分,表明两者为不同的生理学和病理生理学过程。

该研究阐明了丘脑底核LFP特征与帕金森病睡眠破碎的神经生理学机制,为进一步开发针对睡眠障碍的闭环DBS等干预措施提供了依据,对改善帕金森病患者的睡眠质量和生活质量具有重要意义。该研究还发现,在设计闭环DBS算法时,需要将多个频段的振荡活动以及与生理旋波的区分纳入考虑。

这项研究从神经电生理学角度深入探讨了引起帕金森病患者睡眠破碎的机制,填补了该领域的研究空白,研究结果极具临床转化价值。