11月6日，心理學(xué)部雷旭教授團(tuán)隊(duì)以《睡眠健康維度與大腦內(nèi)在功能連接之間的協(xié)變模式》（英文標(biāo)題“Covariance patterns between sleep health domains and distributed intrinsic functional connectivity”）為題，在《Nature》雜志子刊 《Nature Communications》上發(fā)表論文（見(jiàn)圖1）。該團(tuán)隊(duì)基于中國(guó)人的人格—行為—腦研究項(xiàng)目和多家醫(yī)院的共享數(shù)據(jù)，通過(guò)多變量機(jī)器學(xué)習(xí)方法，找到刻畫(huà)睡眠健康的腦網(wǎng)絡(luò)連接模式。該工作將個(gè)體內(nèi)在的腦功能連接和行為特征相結(jié)合，識(shí)別出睡眠健康的腦網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志物。相關(guān)分析方法在多個(gè)共享數(shù)據(jù)中進(jìn)行了驗(yàn)證，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)健性和廣泛的臨床應(yīng)用價(jià)值。

圖1. 論文標(biāo)題頁(yè)

睡眠不足、睡眠質(zhì)量下降以及睡眠相關(guān)疾病的激增已成為一項(xiàng)全球性的健康挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，對(duì)睡眠健康及其相關(guān)因素的深入探索顯得尤為重要。早在2013年，英國(guó)《Nature》雜志專(zhuān)題介紹了“人類(lèi)睡眠計(jì)劃”。該計(jì)劃的目標(biāo)是通過(guò)跨學(xué)科合作，探索創(chuàng)新的睡眠干預(yù)措施，以改善睡眠健康并提高生活質(zhì)量。我國(guó)于2019年發(fā)布了《健康中國(guó)行動(dòng)（2019-2030年）》，強(qiáng)調(diào)了成人每日平均睡眠時(shí)間應(yīng)達(dá)到7-8小時(shí)。保持良好的睡眠不僅有利于提高國(guó)民健康水平和社會(huì)生產(chǎn)力，對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展也起到重要推動(dòng)作用。因此，睡眠健康的維護(hù)和提升成為腦科學(xué)領(lǐng)域的前沿問(wèn)題，也是關(guān)系全民健康的重大問(wèn)題。課題組一直以來(lái)強(qiáng)調(diào)睡眠健康的多維度視角，即在理論模型和實(shí)踐應(yīng)用中，將睡眠健康視為一個(gè)包含多個(gè)維度的綜合概念。正是在這樣的背景下，本工作結(jié)合先進(jìn)的人工智能和神經(jīng)影像技術(shù)，將睡眠健康從傳統(tǒng)的基于類(lèi)別的研究，轉(zhuǎn)向基于維度的研究。

研究團(tuán)隊(duì)首先基于中國(guó)人的人格——行為——腦研究項(xiàng)目的大樣本（N=687）作為探索數(shù)據(jù)集，采用多變量機(jī)器學(xué)習(xí)方法，將睡眠健康的多維度和靜息態(tài)功能連接進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，得到刻畫(huà)睡眠健康的主要腦網(wǎng)絡(luò)功能連接模式（見(jiàn)圖2）。該工作的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是囊括了一系列廣義上的睡眠健康指標(biāo)，共有36個(gè)特征，并被進(jìn)一步劃分到七個(gè)維度：（1）睡眠的主觀滿(mǎn)意度；（2）清醒狀態(tài)下的警覺(jué)性；（3）睡眠的早晚時(shí)段偏好；（5）睡眠時(shí)長(zhǎng)；（6）睡眠缺乏的癥狀；（7）睡眠信念、態(tài)度和習(xí)慣。從四大研究問(wèn)題入手，層層遞進(jìn)以最終確定睡眠健康的腦網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志物。

圖2. 本研究使用了多種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，從四大研究問(wèn)題角度層層遞進(jìn)以最終確定睡眠健康的腦網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志物

多變量機(jī)器學(xué)習(xí)揭示了一個(gè)穩(wěn)健的將睡眠健康與大腦功能連接聯(lián)系起來(lái)的腦網(wǎng)絡(luò)功能連接模式（圖3）。該連接模式可以解釋腦網(wǎng)絡(luò)和行為兩者之間近30%的協(xié)變幅度。在七個(gè)維度中，睡眠的主觀滿(mǎn)意度具有最大的解釋量，說(shuō)明主觀滿(mǎn)意度對(duì)于睡眠健康的影響十分關(guān)鍵。該連接模式與皮層下網(wǎng)絡(luò)，尤其是丘腦的功能連接正相關(guān)。從腦網(wǎng)絡(luò)間的角度看，這一連接模式和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)-背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)的連接正相關(guān)，而與感覺(jué)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)-腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)的連接負(fù)相關(guān)。

圖3.腦網(wǎng)絡(luò)功能連接模式的提取過(guò)程和主要特征。機(jī)器學(xué)習(xí)方法識(shí)別出將睡眠健康與大腦功能連接聯(lián)系起來(lái)的腦網(wǎng)絡(luò)連接模式（a、b）。圖中展示了（c）該活動(dòng)模式和27個(gè)睡眠健康指標(biāo)間的相關(guān)性；

（d、e）和主要腦網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性以及（e）網(wǎng)絡(luò)連接的正負(fù)性

本研究識(shí)別出來(lái)的腦網(wǎng)絡(luò)連接模式具有廣闊的應(yīng)用前景。課題組在多個(gè)外部數(shù)據(jù)集上對(duì)連接模式進(jìn)行了驗(yàn)證。首先，在國(guó)際人腦連接組項(xiàng)目（Human Connectome Project https://www.humanconnectome.org/）的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)這一連接模式可以預(yù)測(cè)匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)。之后，進(jìn)一步應(yīng)用到失眠患者的識(shí)別任務(wù)，在兩個(gè)臨床數(shù)據(jù)集中獲得了很好的表現(xiàn)。第一個(gè)臨床數(shù)據(jù)由重慶市中醫(yī)院腦病科的李陳渝教授團(tuán)隊(duì)提供，第二個(gè)數(shù)據(jù)由西安電子科技大學(xué)袁凱教授和內(nèi)蒙古科技大學(xué)喻大華教授團(tuán)隊(duì)提供。發(fā)現(xiàn)腦網(wǎng)絡(luò)連接模式還可以用來(lái)區(qū)分失眠患者和健康受試者，正確率都接近80%。這些結(jié)果表明，該工作提取的腦網(wǎng)絡(luò)連接模式，即睡眠健康的腦連接組學(xué)指標(biāo)，在睡眠障礙的臨床轉(zhuǎn)化中具有極大的應(yīng)用潛力。

 心理學(xué)部雷旭教授為論文通訊作者，博士后汪玉林為論文第一作者。心理學(xué)部陳紅教授、邱江教授、馮廷勇教授和何清華教授共同實(shí)施了中國(guó)人的人格-行為-腦研究項(xiàng)目。德國(guó)于利希研究中心的Sarah Genon教授等為論文共同作者。本研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)課題 (2021YFC2501502)，國(guó)家自然基金（31971028; 82202247; 32300861）以及重慶市國(guó)際交流計(jì)劃聯(lián)合資助引進(jìn)項(xiàng)目等的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42945-5

論文信息：Yulin Wang, Sarah Genon, Debo Dong, Feng Zhou, Chenyu Li, Dahua Yu, Kai Yuan, Qinghua He, Jiang Qiu, Tingyong Feng, Hong Chen, Xu Lei. Covariance patterns between sleep health domains and distributed intrinsic functional connectivity. Nature Communications. 2023 14: 7133. doi: 10.1038/s41467-023-42945-5.

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