Dinâmica de grafoelementos do sono e seus impactos na neurofisiologia de pacientes com apneia obstrutiva através de sinais de eletroencefalografia

Abstract

O sono (do latim, somnus) é um período que apresenta uma atividade fisiológica característica, que pode ser registrada com o EEG. Algumas ondas em um sinal de EEG são vistas apenas durante o sono, como os fusos do sono e complexos K. O fuso é um dos elementos mais bem conhecidos no estudo do sono. No presente estudo serão estudados fusos globais e potenciais complexos K, os quais são observados simultaneamente em todos os canais de EEG. Para isto, um novo método de investigação foi proposto, que estuda tanto o envelope do sinal quanto a fase/frequência de cada fuso. Através da análise da fase do fuso global, foi mostrado que 90% dos fusos de indivíduos saudáveis sincronizam com um tempo de latência de 0,11s. O método também avalia a frequência de modulação (chirp) de fusos globais, e foi averiguado que não há correlação entre o chirp destes fusos e sua sincronização. Através do estudo do envelope do sinal juntamente com a implementação de um modelo de propagação isotrópico, foi possível estimar a origem do fuso e sua velocidade de propagação. Os resultados obtidos indicam que através desta abordagem simples e não invasiva é possível determinar, com uma precisão razoável, o local de origem dos fusos do sono, e sua velocidade estimada de propagação de 0,12m/s. Os potenciais complexos K detectados foram usados para avaliar a robustez do método desenvolvido, e apresentaram frequências, durações e amplitudes dentro das faixas esperadas para complexos K. A velocidade do propagação encontrada para os potenciais complexos K foi de 0,05m/s, menor do que a dos fusos do sono. Os potenciais complexos K mostraram ter uma tendência de sincronização parcial, propriedade esta descrita para os complexos K na literatura. O método desenvolvido também foi aplicado em indivíduos com Apneia Obstrutiva do Sono (AOS). A maioria dos parâmetros analisados não apresentaram diferenças significativas entre indivíduos saudáveis e com AOS; exceto que, em indivíduos com AOS, a duração da sincronização apresentou um valor 34,18% menor, e a posição de origem dos fusos apresentou dois focos diferentes. Desta maneira, conclui-se que o método desenvolvido foi aplicado com sucesso nos grafoelementos avaliados, pois consegue recuperar as informações esperadas, e pode ser útil como uma ferramenta diagnóstica não invasiva.

Sleep (derived from the Latim, somnus) is a brain state with distinct physiological activity that can be investigated by EEG evaluation. Some waves are unique in sleep EEG such as sleep spindles and K complexes. Spindles are one of the best known elements in sleep studies. In this work we considered global spindles and K complexes, which are spindles that are observed simultaneously in all EEG channels. We propose a method that investigates both the signal envelope and phase/frequency of each global spindle. By analysing the spindle phase we showed that 90% of spindles in healthy subjects synchronize with a median latency time of 0.11 s. The method also measured the frequency slope (chirp) of global spindles and found that global spindle chirp and synchronization are not correlated. By investigating the signal envelopes and implementing a homogeneous and isotropic propagation model, we could estimate both the signal origin and velocity in global spindles. Our results indicate that this simple and non-invasive approach could determine with reasonable precision the spindle origin, and allowed us to estimate a signal speed of 0.12 m/s. Potential K complexes are used to assess the robustness of developed method and shows that frequencies, durations and amplitudes within the K complex expected range. Propagation velocity in potential K complexes are around 0.05 m/s which is lower than spindles velocity. Partial synchronization tendencies were detected in potential K complex, a propriety described for K complex in the literature. Obstructive Sleep Apnea (OSA) subjects were also assessed by our method. The majority of analysed parameters do not present significant difference between healthy and OSA subjects except by synchronization duration (34.18% lower in OSA) and two distinct focal points in OSA spindle origin. The proposed methodology retrieved the expected results, obtained by EEG analysis and other more complex techniques and our results indicate that it can be used as a diagnosis tool and to explore other sleep phenomena, such as K complexes.