慢波睡眠增强系统及慢波睡眠监测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种慢波睡眠增强系统及慢波睡眠监测方法，该慢波睡眠增强系统包括：脑电采集部分、电刺激部分及控制主机；脑电采集部分包括：脑电信号采集电极及脑电信号检测模块；脑电信号检测模块用于对脑电信号采集电极采集的脑电信号分别进行放大、滤波及模数转换后输出至控制主机；控制主机根据接收到的脑电信号监测用户的睡眠状态，若用户处于慢波睡眠状态，输出刺激指令；电刺激部分包括：电刺激脉冲发生模块及电刺激电极；电刺激脉冲发生模块接收刺激指令，根据刺激指令输出刺激电流，电刺激电极将刺激电流传输至头皮进行大脑皮层的调控。本发明专利技术在检测到用户进入慢波睡眠时予以刺激，避免了在其他时间对用户刺激造成的大脑活动节律失调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及睡眠监测及调节技术，特别是关于一种慢波睡眠增强系统及慢波睡眠监测方法。
技术介绍
睡眠对于人或动物来说是基本的生存需求，如果睡眠不足，或者睡眠不规律，就会影响到正常的生活。大脑是机体中受睡眠的影响最大的器官，长期的睡眠不足会影响人的智力，使人出现抑郁、焦虑、健忘等症状。多项实验研究发现，睡眠对于记忆的巩固至关重要，目前，比较流行的观点主要有两种，一种观点认为睡眠改善记忆的方式是通过阻断正在进行的干扰活动，如精神活动和外部的感觉刺激；另一种观点认为，睡眠能够加强突触的连接从而巩固记忆。有关睡眠与记忆的动物实验研究中，例如，宾夕法尼亚大学的一项对小鼠的实验中，将小鼠放入环境中适应一段时间后，再次将小鼠放入环境中，由于正常小鼠对环境产生了记忆，因此会主动去寻找其中的物体，但在适应环境后进行睡眠剥夺的小鼠则不会寻找物体，因为它在适应之后的记忆被损坏了。日本科学家M.Murayama对此进行更深一步的研究，在小鼠对环境适应并产生记忆后，在小鼠深度睡眠期间，通过光遗传技术将次级运动皮层(secondary motor cortex)M1到初级感觉皮层(Primary Somatosensory Cortex)S1的投射关闭，发现小鼠的表现就像被睡眠剥夺了一样，对环境的记忆受到了损坏。深度期间，与动物感官体验相关的神经元的再激活，被认为对记忆的巩固具有至关重要的作用，与睡眠调控相关的腺苷也在这个时期与腺苷受体结合，调节机体的各种反应。上述提到的慢波睡眠(Slow Wave Sleep,SWS)是睡眠中的一个阶段，通常可以把睡眠分为清醒期、快速眼动睡眠期和非快速眼动睡眠期(Non-rapid eye movement,NREM)，非快速眼动睡眠又分为四个时期：第一期S1发生在睡眠开始阶段，眼球有缓慢运动；第二期S2开始进入无意识阶段，眼球不再运动，脑电波里开始出现较快的“纺锤波”；第三期S3，脑电信号减慢，δ波开始出现，频率为4-7Hz；第四期S4为睡眠最深。S3和S4合称慢波睡眠，也叫做深度睡眠，深度睡眠效率最高。根据上述科学研究的基础，通过睡眠来巩固、提高记忆的关键点在于通过人为的调控大脑回路中高层和低层大脑区域的同步激活，增加慢波睡眠的时间。目前常用的调控手段包括自然刺激、药物干预、基因操控以及电、磁、力刺激等。自然刺激的方法中，一种申请公布号为CN1899640 A的中国专利《一种提高右脑记忆的方法》，将右脑记忆工作状态脑电波频率相同的右脑记忆力诱导音频文件，失眠时，使用该装置发生模拟深度睡眠时的δ波，能产生催眠作用，以提高人们的睡眠质量，提高右脑记忆。基于脑电信号的神经反馈技术也被用于大脑记忆功能的改善，申请公布号为CN102319067 B的中国专利《用于大脑记忆功能改善的基于脑电信号的神经反馈训练仪》，可利用大脑活动过程采集下来的头皮脑电信号，对记忆力的即时状态进行定量检测，并将表征记忆力水平的脑电节律波呈现给用户，指导用户有意识地调节脑电节律波，达到改善记忆力水平的目的。药物干预的方法中，申请公布号为CN102845749 B的中国专利中提出一种具有改善睡眠和辅助改善记忆功能的保健组合物，该保健组合物的原料为几种中草药。申请公布号为CN101352233 A的中国专利《一种预防老年痴呆、改善记忆的保健品》，原料配方包括沙棘油60～90份、益智仁提取物8～20份及芡实提取物5～15份，应用于预防老年痴呆和改善记忆。电、磁、力刺激方法中，申请公布号为CN 101099670 A的中国专利《失眠的神经反馈治疗装置》，提出了一种由计算机与脑信息交互实现对失眠的神经反馈治疗装置，通过计算脑电波信号获取睡眠状况，并据此予以电刺激实现个性化治疗，提高睡眠质量。上述提到的通过调节睡眠来巩固、提高记忆力的技术和方法中，用与工作状态脑电波频率相同的右脑记忆力诱导音频文件的方法中，虽然提到没有副作用，其在睡眠时产生的δ波能够催眠，但是大脑在睡眠的不同时期，脑电的频率是不同的，如果没有对睡眠的状态进行监测，如果播放的音频信号与大脑此时的节律不同步，会适得其反。基于脑电信号的神经反馈训练仪对大脑即时状态进行定量检测，具有针对性的指导用户有意识地调节脑电节律波，仅仅通过用户本身，而没有外部刺激干预，很难达到脑电节律波的调节。利用保健品或药物在某种程度上能够治疗失眠，促使用户入睡，但是由于成分复杂，具体某种成分发挥的作用不得而知，使得效果不具有稳定性，并且还会伴随着副作用。利用电刺激治疗失眠的装置中，只是通过给予大脑一定强度的电刺激实现对失眠的治疗，并没有涉及到通过睡眠来巩固记忆的方面。
技术实现思路
本专利技术提供一种慢波睡眠增强系统及慢波睡眠监测方法，以准确的检测用户的慢波睡眠，并通过调节微弱直流电刺激频率，达到巩固、增强记忆的目的。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种慢波睡眠增强系统，该慢波睡眠增强系统包括：脑电采集部分、电刺激部分及控制主机；所述脑电采集部分包括：脑电信号采集电极及脑电信号检测模块；所述脑电信号采集电极由分布在头皮各个部位的多个电极组成，所述脑电信号检测模块用于对多个电极采集的脑电信号分别进行放大、滤波及模数转换后输出至所述控制主机；所述控制主机根据接收到的脑电信号监测用户的睡眠状态，若用户处于慢波睡眠状态，输出刺激指令；所述电刺激部分包括：电刺激脉冲发生模块及电刺激电极；所述电刺激脉冲发生模块接收所述刺激指令，根据所述刺激指令输出刺激电流，所述电刺激电极将所述刺激电流传输至头皮进行大脑皮层的调控。一实施例中，所述脑电信号检测模块包括：信号放大电路，与所述多个电极通过并行方式连接，用于对所述脑电信号分别进行放大处理；滤波电路，连接所述信号放大电路，用于对放大处理后的脑电信号进行滤波处理；隔离电路，连接所述滤波电路；模数转换电路，连接所述隔离电路，用于将滤波后的脑电信号转换为数字信号。一实施例中，所述电刺激脉冲发生模块包括：数模转换电路，用于将接收到的所述刺激指令转换为模拟信号；微电流控制器，连接所述数模转换电路，在所述刺激指令的控制下产生刺激电流；脉冲输出电路，连接所述微电流控制器及所述刺激电极，用于将所述刺激电流输出至所述刺激电极。一实施例中，所述控制主机具体用于：设置监测时间窗，根据所述脑电信号计算所述时间窗内的小波熵，与预先测量的多种睡眠状态下的平均小波熵进行比对，判断用户所处的睡眠状态是否为慢波睡眠。一实施例中，所述刺激电极设置在用户眼眶上侧的头皮上。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种慢波睡眠监测方法，该慢波睡眠监测方法包括：采集用户的原始脑电信号；根据预先设置的检测时间窗及检测周期提取采集的所述原始脑电信号；根据提取的所述原始脑电信号计算所述时间窗内的小波熵；将所述小波熵与预先测量的多种睡眠状态下的平均小波熵进行比对，判断用户所述的睡眠阶段。一实施例中，根据提取的所述原始脑电信号计算所述时间窗内的小波熵，包括：根据提取的所述原始脑电信号进行脑电信号序列的小波变换，得到小波变换表达式；将所述小波变换表达式中的尺度因子的高低频分量系数及位移因子的高低频分量系数进行单支重构，得到重建小波分量；根据单支重构结构计算所述时间窗内的小波熵。一实施例中，所述小波变换WTs(j,k)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种慢波睡眠增强系统，其特征在于，包括：脑电采集部分、电刺激部分及控制主机；所述脑电采集部分包括：脑电信号采集电极及脑电信号检测模块；所述脑电信号采集电极由分布在头皮各个部位的多个电极组成，所述脑电信号检测模块用于对多个电极采集的脑电信号分别进行放大、滤波及模数转换后输出至所述控制主机；所述控制主机根据接收到的脑电信号监测用户的睡眠状态，若用户处于慢波睡眠状态，输出刺激指令；所述电刺激部分包括：电刺激脉冲发生模块及电刺激电极；所述电刺激脉冲发生模块接收所述刺激指令，根据所述刺激指令输出刺激电流，所述电刺激电极将所述刺激电流传输至头皮进行大脑皮层的调控。

【技术特征摘要】
1.一种慢波睡眠增强系统，其特征在于，包括：脑电采集部分、电刺激部分及控制主机；所述脑电采集部分包括：脑电信号采集电极及脑电信号检测模块；所述脑电信号采集电极由分布在头皮各个部位的多个电极组成，所述脑电信号检测模块用于对多个电极采集的脑电信号分别进行放大、滤波及模数转换后输出至所述控制主机；所述控制主机根据接收到的脑电信号监测用户的睡眠状态，若用户处于慢波睡眠状态，输出刺激指令；所述电刺激部分包括：电刺激脉冲发生模块及电刺激电极；所述电刺激脉冲发生模块接收所述刺激指令，根据所述刺激指令输出刺激电流，所述电刺激电极将所述刺激电流传输至头皮进行大脑皮层的调控。2.根据权利要求1所述的慢波睡眠增强系统，其特征在于，所述脑电信号检测模块包括：信号放大电路，与所述多个电极通过并行方式连接，用于对所述脑电信号分别进行放大处理；滤波电路，连接所述信号放大电路，用于对放大处理后的脑电信号进行滤波处理；隔离电路，连接所述滤波电路；模数转换电路，连接所述隔离电路，用于将滤波后的脑电信号转换为数字信号。3.根据权利要求1所述的慢波睡眠增强系统，其特征在于，所述电刺激脉冲发生模块包括：数模转换电路，用于将接收到的所述刺激指令转换为模拟信号；微电流控制器，连接所述数模转换电路，在所述刺激指令的控制下产生刺激电流；脉冲输出电路，连接所述微电流控制器及所述刺激电极，用于将所述刺激电流输出至所述刺激电极。4.根据权利要求1所述的慢波睡眠增强系统，其特征在于，所述控制主机具体用于：设置监测时间窗，根据所述脑电信号计算所述时间窗内的小波熵，与预先测量的多种睡眠状态下的平均小波熵进行比对，判断用户所处的睡眠状态是否为慢波睡眠。5.根据权利要求1所述的慢波睡眠增强系统，其特征在于，所述刺激电极设置在用户眼眶上侧的头皮上。6.一种慢波睡眠监测方法，其特征在于，包括：采集用户的原始脑电信号；根据预先设置的检测时间窗及检测周期提取采集的所述原始脑电信号；根据提取的所述原始脑电信号计算所述时间窗内的小波熵；将所述小波熵与预先测量的多种睡眠状态下的平均小波熵进行比对，判断用户所述的睡眠阶段。7.根据权利要求6所述的慢波睡眠监测方法，其特征在于，根据提取的所述原始脑电信号计算所述时间窗内的小波熵，包括：根据提取的所述原始脑电信号进行脑电信号序列的小波变换，得到小波变换表达式；将所述小波变换表达式中的尺度因子的高低频分量系数及位移因子的高低频分量系数进行单支重构，得到重建小波分量；根据单支重构结构计算所述时间窗内的小波熵。8.根据权利要求7所述的慢波睡眠监测方法，其特征在于，所述小波变换WTs(j,k)的表达式为： WT s ( j , k ) = ∫ - ∞ ∞ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔚鹏飞，黄康，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44