eLife Assessment: Fractal cycles of sleep: a new aperiodic activity-based definition of sleep cycles
Notice bibliographique
Résumé
Nocturnal human sleep consists of 4 – 6 ninety-minute cycles defined as episodes of non-rapid eye movement (non-REM) sleep followed by an episode of REM sleep. While sleep cycles are considered fundamental components of sleep, their functional significance largely remains unclear. One of the reasons for a lack of research progress in this field is the absence of a “data-driven” definition of sleep cycles. Here, we proposed to base such a definition on fractal (aperiodic) neural activity, a well-established marker of arousal and sleep stages.We explored temporal dynamics of fractal activity during nocturnal sleep using electroencephalography in 205 healthy adults aged 18 – 75 years. Based on the observed pattern of fractal fluctuations, we introduced a new concept, the “fractal” cycle of sleep, defined as a time interval during which fractal activity descends from its local maximum to its local minimum and then leads back to the next local maximum. Then, we assessed correlations between “fractal” and “classical” (i.e., non-REM – REM) sleep cycle durations. We also studied cycles with skipped REM sleep, i.e., the cycles where the REM phase is replaced by “lightening” of sleep. Finally, we validated the fractal cycle concept in children and adolescents (range: 8 – 17 years, n = 21), the group characterized by deeper sleep and a higher frequency of cycles with skipped REM sleep, as well as in major depressive disorder (n = 111), the condition characterized by altered sleep structure (in addition to its clinical symptoms).We found that “fractal” and “classical” cycle durations (89 ± 34 min vs. 90 ± 25 min) correlated positively (r = 0.5, p < 0.001). Cycle-to-cycle overnight dynamics showed an inverted U-shape of both fractal and classical cycle durations and a gradual decrease in absolute amplitudes of the fractal descents and ascents from early to late cycles.In adults, the “fractal” cycle duration and participant’s age correlated negatively (r = -0.2, p = 0.006). Children and adolescents had shorter “fractal” cycles compared to young adults (76 ± 34 vs. 94 ± 32 min, p < 0.001). The fractal cycle algorithm detected cycles with skipped REM sleep in 53/55 (96%) cases.Medicated patients with depression showed longer “fractal” cycles compared to their own unmedicated state (107 ± 51 min vs. 92 ± 38 min, p < 0.001) and age-matched controls (104 ± 49 vs. 88 ± 31 min, p < 0.001).In conclusion, “fractal” cycles are an objective, quantifiable, continuous and biologically plausible way to display sleep neural activity and its cycling nature. They are useful in healthy, pediatric and clinical populations and should be extensively studied to advance theoretical research on sleep structure.
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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 | 0,001 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
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 ».