ارزيابي عملكرد شناختي در محروميت از خواب 24 ساعته با تحليل سيگنال fNIRS

Evaluation of Cognitive Performance in 24-hour Sleep Deprivation utilizing fNIRS Signal Analysis

محروميت از خواب، شيوع بالايي در بين بزرگسالان 65-18 ساله دارد و تاثير قابل توجهي بر سلامت عمومي مي‌گذارد. خواب كوتاه مدت (كمتر از 7 ساعت)، به شدت با خستگي، اختلال در تمركز، افسردگي و كاهش عملكرد شناختي مرتبط است. علي‌رغم شيوع و اهميت باليني آن، مكانيسم‌هاي زيربنايي كاهش عملكرد شناختي ناشي از محروميت از خواب، به خوبي شناخته نشده است. فعاليت عصبي يك پاسخ هموديناميك موضعي با تغييرات غلظت هموگلوبين اكسيژن‌دار و دئوكسي‌هموگلوبين ايجاد مي‌كند كه مي‌تواند با طيف‌سنجي كاركردي مادون قرمز نزديك (fNIRS) شناسايي ‌شود. fNIRS يك تكنولوژي تصويربرداري كاركردي نوري است كه فعاليت عصبي و پاسخ‌هاي هموديناميك در مغز را اندازه‌گيري مي‌كند. در اين مطالعه پژوهشي به منظور تحليل سيگنال fNIRS در تفكيك عملكرد شناختي تحت تاثير كم‌خوابي از داده‌هاي قبل و بعد از محروميت از خواب، 10 بزرگسال سالم استفاده شد. با استفاده از پارامترهاي جورث، سيگنال كمي گرديد و سپس با انجام آزمون تي، به ويژگي‌هاي منتخب دست يافتيم و در نهايت دو كلاس قبل و بعد از بي‌خوابي را در بردار جديد طبقه‌بندي كرديم. با استفاده از اعتبارسنجي متقابل كي لايه با مقادير كي فولد 5 و 10 و همچنين اعتبارسنجي هولداوت، بالاترين درصد تفكيك 100% حاصل شد. روش پيشنهادي مي‌تواند تكنيك مفيدي براي تفكيك عملكرد شناختي تحت تاثير كم‌خوابي با سيگنال fNIRS باشد.

Sleep deprivation has a high prevalence among adults aged 18-65 and has a significant impact on public health. Short-term sleep (less than 7 hours) is strongly associated with fatigue, impaired concentration, depression, and decreased cognitive function. Despite its prevalence and clinical importance, the underlying mechanisms of sleep deprivation-induced cognitive decline are not well understood. Neural activity produces a local hemodynamic response with changes in oxygenated hemoglobin and deoxyhemoglobin concentrations that can be detected by functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). fNIRS is a functional optical imaging technology that measures neural activity and hemodynamic responses in the brain. In this research study, the data of 10 healthy adults before and after sleep deprivation were used to analyze the fNIRS signal in the separation of cognitive function under the influence of sleep deprivation. Using Jorth s parameters, the signal was quantified, and then by performing the t-test, we obtained the selected features and finally classified the two classes before and after insomnia in the new vector. By using crossvalidation of key-fold with key-fold values of 5 and 10, as well as holdout validation, the highest separation percentage of 100 was achieved. The proposed method can be a useful technique for distinguishing cognitive function under the influence of sleep deprivation with fNIRS signal.