连续多夜睡眠脑电数据库：揭示健康成人睡眠结构相似性与个体化特征

为解决现有睡眠数据库单夜记录和单一专家标注的局限性，电子科技大学团队构建了首个连续三夜多专家标注的开放睡眠数据库（含20名健康成人EEG/EOG/EMG数据）。该研究通过标准化采集流程（AASM标准）和技术验证（Kappa>0.6），揭示了睡眠宏观结构（N3/REM）的夜间差异性和微观特征（纺锤波/慢波）的个体内高度相似性（Pearson>0.8），为个体化睡眠诊疗和AI模型开发提供了重要资源。

　　

睡眠作为人类不可或缺的生理过程，其结构特征与身心健康密切相关。健康成人的睡眠由觉醒期（Wake）、非快速眼动睡眠（NREM，含N1、N2、N3阶段）和快速眼动睡眠（REM）组成，各阶段分别承担生理功能修复（如N3期促进生长激素分泌）、记忆巩固（N2期纺锤波活动）和情绪调节（REM期）等功能。尽管现有研究已建立部分开放睡眠数据库，但普遍存在单夜记录、缺乏连续监测或标注来源单一等问题，难以支撑睡眠结构相似性和个体化特征的研究需求。

针对这一空白，电子科技大学神经信息教育部重点实验室联合多家机构，构建了全球首个连续三夜、多专家标注的健康成人多模态睡眠数据库。该研究严格筛选20名健康受试者（15男/5女，24.95±1.53岁），在标准化环境（隔音室温24-26°C）下采集连续三夜的脑电（EEG）、眼电（EOG）和肌电（EMG）信号（采样率500Hz），并由三位睡眠中心医师独立完成AASM标准分期标注。通过多维技术验证，研究首次系统揭示了健康成人睡眠结构的夜间变异规律和个体化特征。

关键技术方法包括：1）采用ICSMS/actiCHamp放大器采集5导联EEG（F4-A1等）、双导EOG和下颌EMG；2）基于EEGLAB工具箱进行0.3-40Hz带通滤波预处理；3）三位专家盲法评分计算Cohen's Kappa一致性系数；4）Luna管道提取N2期纺锤波（11Hz/15Hz）和N3期慢波特征（共59个参数）；5）采用Kullback-Leibler散度和Pearson相关性分析个体内/间相似性。

睡眠图谱的夜间连续性分析
通过绘制连续三夜的睡眠分期图谱（图3），发现N3期集中在前半夜、REM期分布于后半夜的规律性模式，且所有受试者均呈现4-5个睡眠周期。宏观参数统计（图4）显示仅N3时长在第三夜显著减少（Day1 vs Day3 p=0.002，Day2 vs Day3 p<0.001），其他参数如总睡眠时间（TST）、睡眠效率（SE）等无显著差异，证实基础睡眠结构的夜间稳定性。

多专家标注一致性验证
三位专家的分期标签具有较高一致性（图5），两两间Cohen's Kappa系数达0.64-0.81，整体Fleiss' Kappa为0.69-0.78。这种多专家标注策略有效降低了单专家评分的主观偏差，为后续研究提供可靠金标准。

功率谱特征稳定性
基于Welch法的功率谱分析（图6）显示，个体内三夜的EEG频谱曲线在特征频段（δ波0.5-4Hz、θ波4-8Hz、纺锤波11-16Hz）高度重叠，尤其纺锤波频段峰值位置几乎一致，提示神经振荡模式的个体特异性。

睡眠微观结构的个体化特征
对N2期纺锤波和N3期慢波的59维特征分析（图7）发现，个体内三夜数据的Kullback-Leibler散度（3.63-5.27）显著低于个体间（17.17-18.83），而Pearson相关性（0.82±0.17）远高于个体间（0.16-0.22）。这种微观特征的强个体内相似性，为开发基于生物标志物的个体化睡眠干预提供了理论依据。

该研究创建的开放数据库（OSF平台可获取）突破了传统单夜数据的局限性，其价值体现在三方面：首先，连续多夜数据可探究睡眠周期动力学规律，例如发现N3时长的"首夜效应"；其次，多专家标注提高了分期可靠性，有助于开发鲁棒性更强的自动分期算法（如XSleepNet）；最后，微观特征的个体特异性为闭环睡眠调控（如靶向慢波增强）提供了参数优化模板。未来研究可基于此数据库开发个体化睡眠障碍诊断模型，或探索神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）的早期睡眠生物标志物。

这项发表于《Scientific Data》的工作由Shaofei Ying、Junze Fu等学者完成，标志着睡眠科学研究向个体化、精准化迈出重要一步。通过标准化采集流程、严格技术验证和开放共享机制，该数据库有望成为睡眠医学和神经科学研究的基准资源，推动从群体平均水平到个体化诊疗的范式转变。