수면단계 자동분류를 위한 심박동변이도 분석

서지정보

· 발행기관 : 한국감성과학회
· 수록지 정보 : 감성과학 / 6권 / 4호
· 저자명 : 김원식, 김교헌, 박세진, 신재우, 윤영로

초록

수면단계는 수면감을 평가하는 데 있어서 중요한 생리지표로서 사용되어 왔다. 그러나 수면다원검사를 이용한 전통적 수면단계 분류방법은 뇌전도(electroencephalogram : EEG), 안전도(electrooculogram : EOG), 심전도(electrocardiogram : ECG), 근전도(electromyogram : EMG) 등을 종합적으로 측정하므로 수면단계를 비교적 정확히 분류할 수 있지만 피험자에게 심한 구속감을 주는 문제가 있다. 본 연구에서는, 각성상태에서 교감신경계가 지배적인 반면에 수면 중에는 부교감 신경계가 더 활동적인 점에 착안하여 수면단계를 간단히 분류할 수 있는 방법을 찾고자 수면단계에 따른 심박동변이도(heart rate variability : HRY)를 분석하였다. 이 실험에는 건강한 대학생 6명이 2일씩 전체 12회의 야간수면에 참여하였다. 수면다원검사 장치를 이용하여 피험자들이 수면을 취하고 있는 동안, EEG, EOG, ECG, EMG(턱 및 다리)를 측정하여 수면단계를 "Standard scoring system for sleep stage"에 따라 자동으로 분류하였다. 그런 뒤, 본 연구를 통하여 제작된 Sleep Data Acquisition/Analysis 시스템을 이용하여 수면다원검사 장치로부터 ECG신호만 추출하여 HRV의 전력스펙트럼을 3개의 영역[저주파수대역(low frequency : LF), 중간주파수대역(medium frequency : MF), 고주파수대역(high frequency : HF)]으로 나누어 분석하였다. 단일채널 ECG를 이용하여 수면단계별로 HRV의 LF/HF를 분석한 결과, W(wakefulness)단계가 2단계에 비하여 325%높게(p＜.05), 3단계에 비하여 628%높게(p＜.001), 4단계에 비하여 800%높게(p＜.001) 나타났으며, 4단계는 REM(rapid eye movement)단계에 비하여 427% 낮게(p＜.05), 1단계에 비하여 418% 낮게(p＜.05) 나타났다. 또한 LF/HF가 수면단계에 따라 변화하는 양상은 W, REM, 1, 2, 3, 4단계의 순으로 단조 감소하였다. 한편, 수면단계별 MF/(LF+HF)의 차이는 유의하지 않았으나 표본집단의 기술통계치를 살펴본 바 REM단계와 3단계의 평균치가 가장 높았다.치가 가장 높았다.

영어초록

Sleep stages have been useful indicator to check a person's comfortableness in a sleep, But the traditional method of scoring sleep stages with polysomnography based on the integrated analysis of the electroencephalogram(EEG), electrooculogram(EOG), electrocardiogram(ECG), and electromyogram(EMG) is too restrictive to take a comfortable sleep for the participants, While the sympathetic nervous system is predominant during a wakefulness, the parasympathetic nervous system is more active during a sleep, Cardiovascular function is controlled by this autonomic nervous system, So, we have interpreted the heart rate variability(HRV) among sleep stages to find a simple method of classifying sleep stages, Six healthy male college students participated, and 12 night sleeps were recorded in this research, Sleep stages based on the "Standard scoring system for sleep stage" were automatically classified with polysomnograph by measuring EEG, EOG, ECG, and EMG(chin and leg) for the six participants during sleeping, To extract only the ECG signals from the polysomnograph and to interpret the HRV, a Sleep Data Acquisition/Analysis System was devised in this research, The power spectrum of HRV was divided into three ranges; low frequency(LF), medium frequency(MF), and high frequency(HF), It showed that, the LF/HF ratio of the Stage W(Wakefulness) was 325% higher than that of the Stage 2(p＜.05), 628% higher than that of the Stage 3(p＜.001), and 800% higher than that of the Stage 4(p＜.001), Moreover, this ratio of the Stage 4 was 427% lower than that of the Stage REM (rapid eye movement) (p＜.05) and 418% lower than that of the Stage l(p＜.05), respectively, It was observed that the LF/HF ratio decreased monotonously as the sleep stage changes from the Stage W, Stage REM, Stage 1, Stage 2, Stage 3, to Stage 4, While the difference of the MF/(LF+HF) ratio among sleep Stages was not significant, it was higher in the Stage REM and Stage 3 than that of in the other sleep stages in view of descriptive statistic analysis for the sample group,

참고자료

· 없음