수면상태와 뇌파의 연관성

수면상태와 뇌파의 연관성

https://github.com/rootofdata/AILAB_Sleep-Scoring-Modeling.git

GitHub - rootofdata/AILAB_Sleep-Scoring-Modeling

 

 수면이란 ‘피로가 누적된 뇌의 활동을 주기적으로 회복하는 생리적인 의식상실 상태’로 ‘비-REM수면(NREM)과 급속한 안구 운동을 동반하는 ‘REM(Rapid Eye Movement)수면’이 교대로 나타난다.

 

일반적으로 NREM수면 이후 REM수면이 진행되며, NREM수면은 4단계로 진행된다. (3단계로 나뉘기도 한다.)

이는 전체 수면의 75~80%를 차지한다.

수면의 단계

1단계 얕은 수면 (깨어있는 상태와 잠든 상태의 중간 단계, 아주 얕은 수면 상태)

2단계 얕은 수면 (심장박동 및 호흡이 느려지고 체온이 떨어지는 전체 수면 시간 중 절반 정도 차지)

3-4단계는 깊은 수면 (온 몸이 이완되는 상태)

REM수면 단계 (뇌 활동 증가 및 꿈을 꾸고 눈이 움직이는 상태) 총 5단계로 나뉜다.

 

그렇다면 이 단계로 나뉘게 되는 기준은 무엇이며, 뇌파도의 기준에 따라 어떻게 변할지에 대해 조사하였다.

NREM수면을 4단계로 나눔.

각 단계별 뇌파 기준점

뇌파양식에 따라 4가지의 비렘수면 단계들이 구분된다.

각성 단계에서 Calpa(8-13Hz), beta파(13-35Hz), 전체 수면의 5%이하를 차지하고 안구운동의 수의적 조절이 가능하다.

 

1단계 수면의 뇌파 양식은 비교적 낮은 전압, 혼합 주파수 활동(relatively low voltage, mixed frequency)으로 기술된다. 특히 밤의 초반부에 발생하기 때문에 두정부 예파 (vertex sharp waves)가 흔히 나타난다. 또한 1단계 수면 중에 비교적 가장 높은 전압을 보이는 뇌파 활동은 대개 세타(Theta) 범위이다. (4~7Hz) 느린 안구운동들이 각성에서 1단계 수면으로의 뇌파 이행에 흔히 선행하거나 1단계 수면에서 관찰된다. 느린 안구운동의 시작은 약 1-2분 정도 뇌파의 이행을 선도하지만 가끔 15분 이상 선도하기도 한다. 느린 안구운동은 2단계 비렘수면이나 렘수면 중에 발생하는 1단계 수면 이행기를 구분하는데 도움을 준다. 근육의 장력은 모든 비렘수면 단계 동안 유지되고 저진폭 근전도 활동으로 기록된다.

 

  2단계 수면의 배경 뇌파는 비교적 낮은 전압, 혼합주파수의 양식이다. 1단계 수면과 2단계 수면은 혼합 주파수의 배경 위에 산발적으로 발생하는 두 가지의 독특한 뇌파 양식에 따라 구분된다. 두 가지 양식은 수면 방추파(sleep spindles)와 K 복합체 (K complex)이다. 이러한 뇌파 양식들은 삽화적으로 발생하므로 표준교범에 의하면 뇌파가 비교적 낮은 전압과 혼합 주파수를 보일 때 3분 이내에 수면 방추파나 K복합체가 나타나지 않으면 1단계 수면으로 정의한다. (3분 규칙)

수면 방추파 (약 0.5초~1.5초 동안 Spindle(12-14 Hz) 범위의 파들로 이루어짐)들은 포유류 수면의 공통적인 특징으로 2단계 수면 중에 나타나며 정상 성인이나 불면증 환자에서 분당 약 3~8개의 방추파의 빈도로 나타난다. 방추파 비율은 꽤 안정적인 개인적인 특징으로 보인다.

 

1단계에서 2단계로 이행하는 초기에 ‘초기 방추파(incipient sleep slindles)’가 나타날 수 있지만 방추파는 최소 0.5초 이상 지속되어야 방추파로 정의된다. 즉 0.5초 이내에 6~7개의 분명한 파동들을 확인할 수 있어야 한다. 수면 방추파에 관한 내용은 아래 글에 첨부했다. 수면 방추파는 1단계 비렘수면에서는 등장하지 않으나 렘수면 중에는 나타날 수 있다. 2단계에서 K 복합체의 존재를 두렷하게 만든다. 반면 3,4단계에서는 일련의 고전압, 저주파수의 파 속에 파묻히기 때문에 2단계에서 관찰되는 K 복합체의 파형들에 비해 두드러지지 않는다.

 K 복합체도 2단계 수면을 특징짓는 또 다른 독특한 파형이다. 이 복합체의 총 지속 시간은 0.5초를 초과하며 대개 2단계 수면에서 K 복합체를 식별하는 것은 어렵지 않다.

 

3단계 수면의 뇌파는 고전압 서파 활동의 존재로 정의되며 3단계의 수면은 진폭이(최고점에서 최저점까지) 75uV 이상인 0.5~2Hz의 파가, Delta파 (2-4Hz,75mV) 최소 20%이상 50%미만을 차지한다. 수면 방추파들도 K 복합체와 마찬가지로 3,4단계 동안에 발생할 수 있지만 배경 뇌파 활동과 특히 4단계 수면에서 K 복합체는 거의 구별되지 않는다. 전체 수면의 3~8%를 차지한다.

 

4단계 수면의 뇌파는 고전압 서파 활동의 존재로 정의된다. 4단계의 수면은 Delta파가 50%(epoch)이상을 차지하며 전체 수면의 10~15%를 차지한다. 비록 안전도에는 고전압 서파 활동이 기록되지만 안구운동은 3,4단계에서는 발생하지 않는다.

3, 4 단계 동안 근전도는 가끔 렘수면과 거의 구분이 되지 않을 만큼 매우 낮은 수준으로 떨어지기도 하지만 근육들의 장력은 활성화 되어있다.

 

 

렘수면은 3가지 요소가 동시에 충족되어야 하는데, 활성화된(activated or desynchronous) 뇌파,급속 안구운동 그리고 근전도 활동의 억제가 만족되어야 한다. 렘수면은 Beta, Theta파, 전체 수면의 20~25%를 차지하고 빠른 안구운동을 특징으로 한다. 신체 근육이 무력한 상태에 놓이고 호흡, 맥박이 불규칙하고 자율신경계활동이 증가하며 면후반기에 주로 나타난다.

https://m.blog.naver.com/crewblossom/221613672349

안전도, 뇌파도, 근전도 분석을 통한 수면 단계 분류 19.12.22

* 수면 방추파 참고

 인간의 수면 방추파들은 대개 생후 3개월 이전에 발달한다. 정신지체 영아들은 정상 영아들보다 수면 방추파의 발달이 더디고 자주 나타나지 않는다. 노인에서는 다소 느린 주파수, 낮은 진폭, 짧은 지속기간 등을 보이는 경향이 있다.

 만약 한 개의 수면 방추파가 렘수면 삽화 중에 발생하면 수면 단계의 변화를 의미하는 것으로 보지 않는다. 그러나 2개의 수면 방추파가 급속 안구운동 없이 epoch의 반 이상의 간격으로 나타난다면, 방추파 사이의 간격은 렘 삽화의 2단계 수면 단속으로 본다.

뇌파도뿐만 아니라 안전도, 근전도에 따라 분류될 수 있다.

 

안전도(electro-oculogram)

안전도란 눈 주위의 피부에 부착한 전극으로 기록한 전위로서, 눈 움직임을 탐지하며 망막 전위를 측정하는 기술로 안구 운동을 기록한다. 안전도는 수면 단계 분류에 많이 활용된다.

 

근전도(Electromyography)

근전도란 전극을 이용하여 특정 근육 내부의 전기적 활동을 기록하거나 측정하는 신호이다. 보통 수면 측정을 위해서는 턱의 위치에 전극을 부착하여 얻어지는 턱 근전도를 사용한다.

 -> 턱의 움직임에 따라 수면 패턴을 파악한다면 수면상태를 영상을 통해 알 수 있지 않을까..

 

수면다원검사 (PSG, polysomnography)

수면다원검사는 수면에 의하여 영향을 받는 생체신호의 변화를 수면기간 동안 기록하는 검사이다.

환자에게 최소 22개 이상의 센서를 부착하여 12개 이상의 채널에 대하여 기록한다.

 

 

 

참고: 안전도, 뇌파도, 근전도 분석을 통한 수면 단계 분류  

참고 : 정상 수면생리 (동아대학교 수면장애클리닉 양창국 2001-12-03),

  https://www.sleep.or.kr/html/?pmode=sleep (대한수면의학회)