Corticothalamic modelling of sleep neurophysiology with applications to mobile EEG
Notice bibliographique
Résumé
A bstract Recent developments in mathematical modelling of EEG enable the tracking of otherwise-inaccessible neurophysiological parameters throughout sleep. Likewise, advancements in wearable electronics have enabled easy & affordable collection of sleep EEG at home. The convergence of these two advances, namely neurophysiological modelling for mobile sleep EEG, can boost preclinical and clinical assessments of sleep. However, this subject area has received limited attention in existing literature. To address this, we used an established model of the corticothalamic system to analyze EEG power spectra from 5 datasets, spanning from research-grade systems to at-home mobile EEG. In the present work, we compare the convergent and divergent features of the data and the estimated physiological model parameters. While data quality and characteristics differ considerably, key patterns consistent with previous theoretical and empirical work are observed. During the transition from lighter to deeper NREM, i) exponent of the aperiodic (1 /f ) spectral component is increased, ii) bottom-up thalamocortical drive is reduced, iii) corticocortical connection strengths are increased. This effect is observed in healthy subjects but is interestingly absent when taking SSRI antidepressants, suggesting possible effects of ascending neuromodulation on corticothalamic oscillations. We further show a month-long increase in REM% in one mobile EEG subject, associated with boosted high-frequency activity in spectra and higher thalamothalamic gains in the model, pointing to possible changes of thalamic inhibition in REM parasomnias. Our results provide a proof-of-principle for the utility and feasibility of this physiological modelling-based approach to analyzing mobile EEG data, providing a mechanistic measure of brain physiology during sleep. Statement of significance We employ a physiological model of the corticothalamic circuitry to model the EEG power spectra in sleep. We fit this model to 5 EEG datasets, and demonstrate that while mobile and non-mobile EEG recordings differ in their characteristics and quality, they can both robustly represent the changes along sleep stages using the aperiodic (1 /f ) component. We observe an increased corticocortical connection strength and decreased corticothalamic connection strength as the subject goes into deeper stages of NREM sleep; an effect that is, importantly, not observed in subjects taking SSRIs. This work provides a proof-of-concept for using mathematical modelling, working well for large mobile and non-mobile datasets providing valuable insight into the mechanisms generating sleep EEG.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».