• 可穿戴多源生物信号测量仪在儿童睡眠障碍的应用

摘要

睡眠不足会影响情绪和行为调节，但其影响机制却知之甚少。情绪、行为和睡眠理论强调自主神经功能的差异是一种潜在的影响途径，在典型人群中的研究得出睡眠不足和自主神经失调(例如，交感神经系统内反应性增强)之间的联系。

在睡眠不足/问题风险较高的人群(即自闭症患者)中，睡眠和自主神经/觉醒特征的更大变异性可能特别有用。利用皮肤电活动(EDA)作为交感神经系统激活的指标，这项描述性的初步研究旨在记录自闭症儿童的日间EDA模式，并探讨其与睡眠失调/缺乏的关系。

引言

高达80%的自闭症谱系障碍(ASD)儿童经历了睡眠失调，相比之下，典型发育同龄人的这一比例为25.40%。尽管ASD儿童的睡眠问题与一系列情绪和行为挑战有关，但睡眠如何影响白天行为的机制尚不清楚。

行为理论，睡眠理论和先前的研究强调自主神经功能障碍(即，以心率、皮质醇或皮肤电导为指标的交感神经驱动和生理唤醒增加)是潜在的影响途径。

具体来说，睡眠的两过程模型在考虑睡眠调节和类似的昼夜节律理论时，提出注意活动和生理唤醒的昼夜节律要素，并强调周期是如何出现在我们的白天行为和生理唤醒模式中的。在这些理论的基础上，这项探索性的描述性研究为理解睡眠/昼夜节律模式和自闭症患者的自主功能(如生理唤醒)之间的联系提供了关键的一步。

1.1睡眠与EDA

睡眠的恢复理论认为，睡眠是身体恢复的一个时期，有助于恢复白天消耗的资源(如能量)。这包括身体组织的修复(即肌肉修复)、蛋白质合成和神经系统。神经系统的恢复反映在副交感神经系统的激活增加(即休息和消化)和我们交感神经系统的调节(即战斗或逃跑反应)。

具体来说，睡眠为自主神经系统的活跃和持续的交感神经分支提供了缓解，降低交感神经张力，同时增加副交感神经迷走神经张力以维持内部稳态。

EDA是对由交感神经系统控制的小汗腺波动引起的皮肤电导变化的连续测量。此后，我们使用更广泛的术语“生理唤醒”来描述反映生理反应的一般自主唤醒(与刺激诱导或行为唤醒相反)；具体来说，我们使用这个术语来描述由EDA索引的SNS的变化。

当考虑EDA的阶段元素时，McCarthy和Waters (1997)指出睡眠剥夺的成年人的电正常定向反应(注意力的阶段EDA指数)降低。然而，到目前为止，还没有研究检查日间睡眠障碍(紧张性或阶段性)与自闭症儿童睡眠模式的关系，自闭症儿童是睡眠调节障碍风险较高的人群。

1.2自闭症谱系障碍中的EDA

为了研究患有和不患有自闭症谱系障碍的个体的生理唤醒，EDA的紧张和阶段性元素都被利用。然而，患有自闭症障碍的儿童和通常正在发展的同龄人之间在EDA测量方面的比较产生了不同的结果。这些差异可能反映了年龄、性别、传感器放置/特征、范式细节和数据后处理协议方面的差异。具体来说，在自闭症障碍的背景下，EDA测量的可变性可能反映了不同的生理唤醒模式/特征，这在大群体比较中可能不会被发现。大多数测量EDA的研究都在短期评估中检查了实验室环境中对严格控制的刺激的反应。直到现在，很少有研究评估全天或自然环境中的生理唤醒模式。

在自闭症儿童中，我们只能确定一项先前评估睡眠和EDA因素之间联系的研究。雷诺兹、莱恩和萨克尔(2012)使用儿童行为检查表评估了父母对孩子睡眠的担忧，并报告说睡眠不佳和强直性SCL之间没有联系，但确实注意到睡眠不佳与对特定感觉刺激的阶段性EDA反应升高有关。总之，对典型发育中人群和睡眠障碍或自闭症患者的睡眠和EDA的研究，突出了睡眠和白天自主功能之间的潜在联系。

研究方法

2.1被试和程序

被试包括13名儿童(平均年龄6.11，标准差2.04)，他们来自一项更大的研究，该研究调查了自闭症儿童的睡眠和挑战行为。儿童从五个行为治疗中心招募，研究人员在儿童之家或行为治疗中心完成了一次登记访问。在登记访问期间，父母/照顾者完成了一系列关于家庭人口统计、病史、儿童自闭症症状以及最后他/她的适应功能的问卷调查。作为入学标准的一部分，所有儿童都有自闭症诊断(即医学和/或教育诊断)，并在社会交流问卷上有得分高于自闭症阈值(> 11)。每个孩子每周至少参加20小时的基于中心的应用行为分析(ABA)项目，并在08:00至17:00期间接受训练有素的ABA治疗师的一对一干预服务(项目由委员会认证的行为分析师编写和监督)，每个治疗日最多9小时，每周5天。在本研究使用的子样本中，五名儿童同时患有注意力缺陷/多动障碍和焦虑等疾病。此外，六名儿童正在服用药物来帮助他们睡眠(例如，褪黑激素；详情见表1)。在研究过程中，没有一个孩子被要求停止服药，因为这项研究的主要目标是在他们典型的每周常规和治疗计划的背景下评估孩子的睡眠模式。

睡眠和EDA数据是在同一治疗周收集的，其中EDA是在儿童典型治疗日的背景下收集的。

2.2测量睡眠

为了测量睡眠，每个孩子都在脚踝上佩戴了一个氯丁橡胶一个微型运动记录仪来记录他们连续五个24小时的睡眠模式。根据目前的指南，纳入目前的研究至少需要72小时的有效活动数据。基于Sadeh算法分析睡眠-觉醒模式和时间(即，睡眠持续时间(以分钟为单位的总睡眠时间)、觉醒频率(睡眠开始后的觉醒发作次数)和睡眠开始后的觉醒(WASO)持续时间(睡眠开始后被评分为清醒的总分钟数)。关于用于估计睡眠/觉醒活动的判别函数的更多细节，参见Sadeh，Sharkey和Carskadon (1994)。根据儿科活动成像建议，家长报告睡眠日记也被用来帮助评分数据。目前，没有明确的标准来区分儿童的睡眠健康状况是好是坏——尤其是在使用活动图测量睡眠时。然而，睡眠参数通常是以多维方式测量的，可以归入更广泛的睡眠健康类别。

2.3使用腕带多传感器记录电正常活动和加速度计数据、温度、心率和运动。

腕带多传感器是一种交叉设备，旨在利用研究级开发进行大众市场传播。先前的研究已经成功地将其(或其前身)用于成人和儿童人口以及自闭症儿童。EDA是本研究的目标信号，温度、心率和运动被用来评估EDA信号的质量，并探索日间EDA和运动之间的模式。

收集期间EDA的相位和主音指数被分成1分钟的间隔。每分钟的相位指数包括非特异性皮肤电导反应(NSSCR)的数量、NSSCR峰值振幅和NSSCR平均振幅。紧张指数是在没有阶段性神经干细胞反应的情况下通过皮肤电导水平来测量的。使用红外热电堆评估温度。心率是用光电容积描记传感器来估计的，以此来估计血容量脉搏，而运动则是用一个在三维空间上有重力的加速计来评估的。EDA、温度、心率和加速度计是集成在一个腕带传感器中的组件。

EDA数据使用Ledalab进行处理，Ledalab是一个用于分析皮肤电导数据的开源Matlab软件。

一分钟时段内有效秒的百分比用于索引该1分钟时段的有效性。一分钟的历元被认为是有效的，它包含70%的有效数据，或每分钟42秒。本研究使用了至少连续180分钟有效数据的会议。这导致最终的可用数据集为10，102分钟，涉及13名参与者的44个会话。关于每个孩子的详细情况，见表2。

讨论

这项探索性的描述性研究的目的是分享第一份关于自闭症儿童EDA和睡眠的“野外”扩展记录。所描述的模式暗示了EDA中可能与睡眠或整体调节模式相关的昼夜模式或每日周期，但是需要进一步的研究来建立在这些初步结果的基础上。

结论

总的来说，这项研究的发现表明，对于患有自闭症的儿童来说，生理唤醒水平可能遵循一种昼夜节律模式，并且可能受到睡眠失调或失调曲线的影响。睡眠不足会阻碍夜间的完全恢复，并可能导致第二天的生理反应发生变化。然而，考虑到我们样本的特点，这些发现可能反映了睡眠失调的总体失调情况、下午生理唤醒情况的减弱和房缺症状的增加。这项生理学研究的丰富性为未来在自然环境下检查临床人群的工作提供了一个有价值的起点。

参考文献

Chong Pearlynne Li Hui, Abel Emily, Pao Ryan, McCormick Carolyn E B, & Schwichtenberg A J. (2021). Sleep Dysregulation and Daytime Electrodermal Patterns in Children With Autism: A Descriptive Study. The Journal of genetic psychology, 182(5), 335-347.

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