在睡眠中使用可穿戴 EEG 设备进行低幅慢波同相听觉刺激实时算法的基准测试
信号处理
2022-04-01 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
在非快速眼动(NREM)睡眠期间对 EEG 慢波(SW)进行听觉刺激,当在 SW 的上相位递送时可改善认知功能。SW 增强在具有低幅 SW 的受试者中尤其可取,例如老年人或患有神经退行性疾病(如帕金森病(PD))的患者。然而,现有的用于估计上相位的算法在低 EEG 幅值以及 SW 频率不恒定时相位精度较差。我们介绍了两种用于自主可穿戴设备上实时 EEG 相位估计的新算法。这些算法基于锁相环(PLL),并且首次基于相位声码器(PV)。我们将这些相位跟踪算法与简单的幅值阈值方法进行比较。优化后的算法在来自健康老年人和 PD 患者的 324 段记录上,针对相位精度、在 20 至 60 微伏之间的 SW 幅值下估计相位的能力、以及高于 1 Hz 的 SW 频率进行了基准测试。此外,这些算法在可穿戴设备上实现,并在模拟睡眠 EEG 上以及在对 PD 患者记录期间前瞻性评估了计算效率和性能。所有三种算法在 SW 上相位期间递送了超过 70% 的刺激触发。PV 在 targeting 低幅 SW 和频率高于 1 Hz 的 SW 上表现出最高能力。在实时硬件上的测试显示,PV 和 PLL 对微控制器负载的影响都很小,而 PV 的效率比 PLL 低 4%。主动听觉刺激不影响相位跟踪。这项工作表明,基于家庭的睡眠干预中,使用可穿戴设备也可在具有低幅 SW 的人群中递送相位准确的听觉刺激。
引用
@article{arxiv.2203.02354,
title = {Benchmarking real-time algorithms for in-phase auditory stimulation of low amplitude slow waves with wearable EEG devices during sleep},
author = {Maria Laura Ferster and Giulia Da Poian and Kiran Menachery and Simon J. Schreiner and Caroline Lustenberger and Angelina Maric and Reto Huber and Christian Baumann and Walter Karlen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.02354},
year = {2022}
}