睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法与流程

1.本发明涉及睡眠分析技术领域，特别涉及一种睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法。


背景技术：

2.近年来据统计，全世界约有四分之一的人存在睡眠问题。然而，夜间睡眠对人类的重要性不言而喻，特别是在慢波睡眠期(sws)。研究表明，慢波睡眠期的时长和强度将直接影响人体的各项生理活动，以及认知、记忆功能的维持，因为在该阶段人体会进行自我修复和生长，对大脑的记忆力的巩固有着至关重要的意义。睡眠障碍人群或多或少存在深睡时间短、质量低下等一系列问题，这将对他们的学习能力、专注力、情绪控制能力等带来巨大的危害。
3.目前市场上存在多种促深睡的产品，如智能深睡卧室、软硬智控分区床垫等器具，以及一些天然补剂，如褪黑素、b族维生素片等，或多或少对睡眠障碍患者的睡眠质量和深度有所改善，但对睡眠过程的具体影响缺少研究。此外，现有的文献中，慢波睡眠增强刺激主要分为经颅直流电刺激(tdcs)、经颅磁刺激(tms)及声音刺激(as)，但前两种方式属于侵入性刺激，且成本昂贵；而声音(音乐)刺激也会对慢波睡眠产生一定的影响，但现有技术中，并没有全面地展现声音(音乐)刺激对慢波的影响，也没有研究慢波睡眠占比与记忆力的相关性。
4.因此，亟需提供一种能够系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种能够系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。
6.本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，包括如下具体步骤：
7.步骤1)、招募受试者，让每一位受试者参与适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验；所有的受试者先进行适应夜实验，在进行适应夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激；
8.步骤2)、在完成适应夜实验后，随机选择半数的受试者先进行刺激夜实验后进行伪刺激夜实验，另一半受试者先进行伪刺激实验后进行刺激夜实验；
9.在进行刺激夜实验和伪刺激夜实验时，在睡前先对受试者进行睡前词组联想测试；在进行伪刺激夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激，并采集受试者在睡眠时的脑电数据；在进行刺激夜实验时，采集受试者在睡眠时的脑电数据，同时开启睡中音乐闭环控制系统，睡中音乐闭环控制系统对采集到的脑电信号进行实时睡眠分期；当检测到受试者处于深睡期时，控制音乐播放设备给予受试者音乐刺激；
10.受试者睡眠结束后，对受试者进行睡后词组联想测试，将睡后词组联想测试结果与睡前词组联想测试结果的差值作为受试者的记忆巩固测试结果；
11.步骤3)、通过训练好的深度学习模型，对受试者的脑电数据进行睡眠分期，分为清醒期、快速眼动睡眠期、浅睡期及深睡期四个睡眠期；并计算以下睡眠指标：nrem期总功率、纺锤波数量、慢波功率、慢波幅值和慢波斜率；其中，慢波斜率为每个慢波的波峰与波谷的纵坐标(即幅值)差值与波峰与波谷的横坐标的差值的比值；
12.步骤4)、将进行刺激夜实验的受试者归入刺激夜实验组中，将进行伪刺激夜实验的受试者归入伪刺激夜实验组中；比较刺激夜实验组和伪刺激夜实验组的各项睡眠指标，并进行显著性检验；并分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响以及睡眠记忆力与深睡期占比的相关性。
13.作为优选，步骤1)中，每次适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验的实验时长均为7天。
14.作为优选，步骤2)中，所述音乐播放设备为音乐枕头。
15.作为优选，步骤2)中，所述睡中音乐闭环控制系统包括数据质量检测、实时睡眠分期模块、睡眠深度计算模块、实时慢波检测模块；
16.睡中音乐闭环控制系统的调控方法如下：
17.s1：实时睡眠分期模块对采集到的脑电数据进行实时睡眠分期；
18.s2：当检测到受试者进入稳定的n3期后，数据质量检测模块对脑电数据进行检测，去除异常数据；然后通过睡眠深度计算模块计算睡眠深度；根据受试者的睡眠深度调控音乐刺激的音量；
19.其中，睡眠深度与δ波段与β波段脑电图功率(经过快速傅里叶变换的功率谱求得)对数比成正比例关系，计算公式为：
[0020][0021]
其中，sleepdepth为睡眠深度，delta_power为δ波段的脑电图功率，beta_power为β波段脑电图功率；
[0022]
音乐刺激的音量v和睡眠深度的关系如以下公式所示：
[0023]
v＝v
初始音量
×
sleepdepth/100
[0024]
其中，v
初始音量
为预先设定的初始音量；
[0025]
s3：同时实时慢波检测模块开始检测慢波上升沿，检测到慢波上升沿后，将在慢波上升沿的顶端附近对受试者给予粉噪声刺激；在给予连续2次粉噪声刺激后，冷却2.5秒；
[0026]
其中，符合条件的慢波上升沿为：每次输入连续的15个点，若经平滑处理后，它们的排列呈单调上升趋势，且相对于基线发生拐点，该处为符合条件的慢波上升沿；
[0027]
s4：重复步骤s3，直至受试者睡眠结束。
[0028]
作为优选，在对慢波幅值和斜率进行差异显著性检验时，分别计算两个实验组内每一位受试者的原始脑电信号中的每个慢波的慢波幅值和慢波斜率，并计算实验组内所有慢波幅值和慢波斜率的中位数及四分位距；并检验两个实验组的慢波幅值和慢波斜率的分布是否存在显著性差异；
[0029]
在对纺锤波数量进行差异显著性检验时，将每个实验组内检测到的纺锤波数量按
照该实验组内的受试者人数取平均值，并检验两个实验组的纺锤波数量是否存在显著性差异；
[0030]
在对nrem期总功率进行差异显著性检验时，提取每一个受试者的浅睡期和深睡期的脑电信号段，分别计算各个受试者的脑电信号段中的delta波段、theta波段、alpha波段、sigma波段和beta波段这五个波段的波段功率总和；两个实验组按照受试者人数计算各个波段功率总和的平均值和方差，并检验两个实验组的nrem期总功率是否存在显著性差异；
[0031]
在分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响时，分别计算两个实验组记忆巩固测试结果的平均值、方差，并检验两个实验组的记忆巩固测试结果是否存在显著性差异；
[0032]
在分析睡眠记忆力与深睡期占比的相关性时，使用皮尔逊相关系数法，计算每个实验组受试者的记忆巩固测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性，以及两组所有受试者的词组联想测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性。
[0033]
作为优选，步骤4)中，对首次音乐刺激附近的波形变化进行差异显著性分析，具体方法如下：
[0034]
提取两个实验组内每一位受试者脑电信号中首次音乐刺激时间点前4秒至后8秒的原始信号段，分别计算两个实验组的原始信号段的平均信号，并将两实验组的平均信号的相位对齐；其中，平均信号为各个原始信号的幅值取平均值；
[0035]
取两个实验组的平均信号上首次刺激时间点前1秒至后5秒的平均信号段，将两个实验组的平均信号段对齐后，以点对点式的方式检验两个实验组的平均信号段之间是否存在显著性差异。
[0036]
作为优选，在验证音乐刺激对深睡期功率的影响时，分别提取两个实验组中每一个受试者深睡期脑电信号段，将深睡期脑电信号段以固定频率宽度进行分箱，将每个受试者的深睡期脑电信号段分成若干个波段箱，并计算各个波段箱的功率占比；两个实验组分别按照受试者人数计算波段箱功率占比的平均值和方差，并在两个实验组之间进行差异显著性检验。
[0037]
作为优选，深睡期脑电信号段的频率范围为0.25hz至20hz，所述固定频率宽度为0.25hz。
[0038]
本发明的有益效果是：本发明系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。
附图说明
[0039]
图1为本发明的流程示意图。
[0040]
图2为睡中音乐闭环控制系统的调控流程示意图。
[0041]
图3为两个实验组首次刺激时间点前1秒至后5秒平均信号段的变化与显著性对照图。
[0042]
图4为睡后睡前词组联想测试结果差值与慢波睡眠占比对比散点图。
[0043]
图5为两个实验组深睡期每个波段的相对功率占比的对比与显著性对照图。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
[0046]
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
[0047]
如图1-5所示，一种睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，包括如下具体步骤：
[0048]
步骤1)、招募受试者，让每一位受试者参与适应夜实验(adap)、刺激夜实验(stim)和伪刺激夜实验(sham)；所有的受试者先进行适应夜实验，在进行适应夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激。其中，每次适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验的实验时长均为7天。
[0049]
受试者在睡前提前布置好实验环境，告知他人请勿打扰，避免实验过程受到干扰。
[0050]
步骤2)、在完成适应夜实验后，随机选择半数的受试者先进行刺激夜实验后进行伪刺激夜实验，另一半受试者先进行伪刺激实验后进行刺激夜实验；
[0051]
在进行刺激夜实验和伪刺激夜实验时，在睡前先对受试者进行睡前词组联想测试；在进行伪刺激夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激，并采集受试者在睡眠时的脑电数据；在进行刺激夜实验时，采集受试者在睡眠时的脑电数据，同时开启睡中音乐闭环控制系统，睡中音乐闭环控制系统对采集到的脑电信号进行实时睡眠分期；当检测到受试者处于深睡期时，控制音乐播放设备给予受试者音乐刺激；
[0052]
受试者睡眠结束后，停止采集脑电数据和音乐刺激，然后对受试者进行睡后词组联想测试，睡后词组联想测试在实验结束后30-40分钟内进行，将睡后词组联想测试结果与睡前词组联想测试结果的差值作为受试者的记忆巩固测试结果。本发明中所用到词组联想测试为现有技术，测试结果的分值在0-100分之间，词组联想测试结果反映受试者的记忆力水平，测试结果的分值越高，则表明受试者的记忆水平越高。
[0053]
其中，睡中音乐闭环控制系统包括数据质量检测、实时睡眠分期模块、睡眠深度计算模块、实时慢波检测模块；
[0054]
如图2所示，睡中音乐闭环控制系统的调控方法如下：
[0055]
s1：实时睡眠分期模块对采集到的脑电数据进行实时睡眠分期；实时睡眠分期模块将受试者的睡眠分为清醒期、非快速眼动1期(n1期)、非快速眼动2期(n2期)、非快速眼动3期(n3期)、快速眼动期(rem期)；
[0056]
s2：当检测到受试者进入稳定的n3期后，数据质量检测模块对脑电数据进行检测，去除异常数据；然后通过睡眠深度计算模块计算睡眠深度；根据受试者的睡眠深度调控音乐刺激的音量；
[0057]
其中，睡眠深度与δ波段与β波段脑电图功率(经过快速傅里叶变换的功率谱求得)对数比成正比例关系，计算公式为：
[0058][0059]
其中，sleepdepth为睡眠深度，delta_power为δ波段的脑电图功率，beta_power为β波段脑电图功率；
[0060]
音乐刺激的音量v和睡眠深度的关系如以下公式所示：
[0061]
v＝v
初始音量
×
sleepdepth/100
[0062]
其中，v
初始音量
为预先设定的初始音量；
[0063]
s3：同时实时慢波检测模块开始检测慢波上升沿，检测到符合条件的慢波上升沿后，将在慢波上升沿的顶端附近对受试者给予粉噪声刺激；在给予连续2次粉噪声刺激后，冷却2.5秒；
[0064]
其中，符合条件的慢波上升沿为：每次输入连续的15个点，若经平滑处理后，它们的排列呈单调上升趋势，且相对于基线发生拐点，该处为符合条件的慢波上升沿；
[0065]
s4：重复步骤s3，直至受试者睡眠结束。
[0066]
该步骤中所用到的音乐播放设备为音乐枕头。音乐枕头通过蓝牙与电脑相连，在进行刺激夜实验前，实验操作人员需要根据受试者的个人爱好选择播放的音乐，并不断调整音乐的音量，直至音量使受试者达到舒适状态，以该音量作为预先设定的初始音量，记为v
初始音量
。
[0067]
步骤3)、通过训练好的深度学习模型，对受试者的脑电数据进行睡眠分期，分为清醒期(wk)、快速眼动睡眠期(rem)、浅睡期(light)及深睡期(deep)四个睡眠期，浅睡期(light)及深睡期(deep)这两个睡眠期总称为nrem期(非快速眼动睡眠期)；计算各个睡眠期占整个睡眠过程的占比，即清醒期占比、快速眼动睡眠期占比、浅睡期占比及深睡期占比，其中，深睡期占比也称慢波睡眠占比；并计算以下睡眠指标：nrem期总功率、纺锤波数量、慢波功率、慢波幅值和慢波斜率；其中，慢波斜率为每个慢波的波峰与波谷的纵坐标(即幅值)差值与波峰与波谷的横坐标的差值的比值。
[0068]
步骤4)、将进行刺激夜实验的受试者归入刺激夜实验组中，将进行伪刺激夜实验的受试者归入伪刺激夜实验组中；比较刺激夜实验组和伪刺激夜实验组的各项睡眠指标，并进行差异显著性检验；并分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响以及睡眠记忆力与深睡期占比的相关性。
[0069]
其中，在对慢波幅值和慢波斜率进行显著性检验时，分别计算两个实验组内每一位受试者的原始脑电信号中的每个慢波的慢波幅值和慢波斜率，并计算实验组内所有慢波幅值和慢波斜率的中位数及四分位距；并检验两个实验组的慢波幅值和慢波斜率是否存在显著性差异。若存在显著性差异，则表明睡眠过程中的音乐刺激会对睡眠者的慢波幅值和慢波斜率具有显著影响，并显著影响人的慢波睡眠(即深度睡眠)；否则，则表明睡眠过程中的音乐刺激会对睡眠者的慢波幅值和慢波斜率无显著影响。
[0070]
在对纺锤波数量进行显著性检验时，将每个实验组内检测到的纺锤波数量按照该实验组内的受试者人数取平均值，并检验两个实验组的纺锤波数量是否存在显著性差异。若存在显著性差异，则表明睡眠过程中的音乐刺激会对睡眠者的纺锤波数量具有显著影
响，否则，则表明睡眠过程中的音乐刺激会对睡眠者的纺锤波数量无显著影响。
[0071]
在对nrem期总功率进行差异显著性检验时，提取每一个受试者的浅睡期和深睡期的脑电信号段，分别计算各个受试者的脑电信号段中的delta波段、theta波段、alpha波段、sigma波段和beta波段这五个波段的波段功率总和；两个实验组按照受试者人数计算波段功率总和的平均值和方差，并在两个实验组之间进行显著性检验。其中，delta波段的频率在0.5-4hz之间，theta波段的频率在4-8hz之间，alpha波段的频率在8-12hz之间，sigma波段的频率在12-16hz之间，beta波段的频率在16-20hz之间。
[0072]
在分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响时，分别计算两个实验组的记忆巩固测试结果的平均值、方差，并检验两个实验组的记忆巩固测试结果是否存在显著性差异。若存在显著性差异，则表明睡眠过程中的音乐刺激对睡眠者的记忆力具有显著影响，否则，则表明睡眠过程中的音乐刺激对睡眠者的记忆力无显著影响。
[0073]
在分析睡眠记忆力与深睡期占比(慢波睡眠占比)的相关性时，使用皮尔逊相关系数法，计算每个实验组受试者的记忆巩固测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性，以及两组所有受试者的词组联想测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性。若相关性成立，则表明睡眠过程中深睡期占比与睡眠后的记忆力水平密切相关；否则，则表明睡眠过程中深睡期占比与睡眠后的记忆力水平无明显关系。
[0074]
在验证音乐刺激对深睡期功率的影响时，分别提取两个实验组中每一个受试者深睡期脑电信号段，将深睡期脑电信号段以固定频率宽度进行分箱，将每个受试者的深睡期脑电信号段分成若干个波段箱，并计算各个波段箱的功率占比(即各个波段箱的功率在整个深睡期脑电信号段中的占比)；两个实验组分别按照受试者人数计算波段箱功率占比的平均值和方差，并在两个实验组之间进行差异显著性检验。其中，深睡期脑电信号段的频率范围为0.25hz至20hz，所述固定频率宽度为0.25hz。
[0075]
步骤4)中，还对首次音乐刺激附近的波形变化进行差异显著性分析，具体方法如下：
[0076]
提取两个实验组内每一位受试者脑电信号中首次音乐刺激时间点前4秒至后8秒的原始信号段，分别计算两个实验组的原始信号段的平均信号，并将两实验组的平均信号的相位对齐；其中，平均信号为各个原始信号的幅值取平均值；
[0077]
取两个实验组的平均信号上首次刺激时间点前1秒至后5秒的平均信号段，将两个实验组的平均信号段对齐后，以点对点式的方式检验两个实验组的平均信号段之间是否存在显著性差异。具体结果如图3所示，图3显示两个实验组的平均信号段之间存在多处具有显著性差异的波段。
[0078]
其中，差异显著性检验方法如下：
[0079]
建立原假设h0和备择假设h1：h0：μ
对照组
＝μ
干预组
，h1：μ
对照组
≠μ
干预组
，μ为该组样本的平均值；本发明中，上述假设中的干预组为刺激实验组，上述假设中的对照组为伪刺激实验组；
[0080]
使用shapiro-wilk检验及levene检验两种检测手段检测对照组与不同音乐干预组的测试数据的正态性及方差齐性。其中，若shapiro-wilk检验及levene检验的输出值均大于0.05，则代表对照与不同音乐干预组的睡眠指标满足分布正态性及方差齐性；
[0081]
a：若对照组和干预组的测试数据满足分布正态性及方差齐性，进行t-检验，计算t统计量，t统计量的计算公式如下：
[0082][0083]
并计算自由度，自由度的大小为n1+n
2-2；其中，和分别为对照组、干预组的平均值，和分别为对照组和干预组的方差，n1和n2分别为对照组和干预组的样本容量；
[0084]
根据自由度及t统计量，查表得出原假设成立的概率p值；若概率p值《0.05，认为干预组与对照组之间的指标的差异具有统计意义；反之，则认为干预组与对照组之间的指标差异不具有显著性，不具备统计意义。
[0085]
b：若对照组和干预组的测试数据不满足正态分布及方差齐性，则进行mann-whitney u检验，检验方法如下：
[0086]
将对照组和干预组的测试数据进行混合并将测试数据从小到大进行排列形成一个数据组，最大的数据在数据组中的位序为n1+n2，其次为n1+n2-1，以此类推，最小的数据在数据组中的位序为1；若遇到相同大小的数据，则这批相同大小数据的位序统一确定为这批相同大小数据的位序的平均值；例如当数据从小到大排列后为0,1,1,1,2,3,3，则观察值1的位序为(2+3+4)/3＝3，观察值3的值为(6+7)/2＝6.5，则该数据组的最终为1,3,3,3,5,6.5,6.5；
[0087]
然后分别计算对照组和干预组这两组数据的秩的总和w1、w2,并计算数据组的mann-whitney u统计量u1、u2；u1、u2的计算公式如下：
[0088][0089][0090]
选择u1、u2者中的最小者，根据其样本容量及临界值u
α
，其中临界值u
α
的定义为：已知两组数据的容量时，拒绝h0假设时需要达到的最低u值。通过查表得出原假设成立的概率p值，若概率p值《0.05，则拒绝原假设，认为干预组和对照组的指标差异具有显著性并具备统计意义；反之，则认为干预组和对照组的指标差异不具有显著性，不具有统计意义。
[0091]
在利用皮尔逊相关系数法分析睡眠记忆力与深睡期占比(慢波睡眠占比)的相关性时，方法如下：
[0092]
(1)绘制自变量x(深睡占比％)与因变量y(睡后睡前词组联想测试结果差值，即记忆巩固测试结果)之间的散点图及相应趋势线，观察两个变量之间是否存在线性关系，散点图及相应趋势线如图4所示；
[0093]
(2)按照上文描述的差异显著性检验方法检验双变量(即深睡占比和睡后睡前词组联想测试结果差值)是否均符合或近似正态分布。
[0094]
(3)在满足(1)(2)的基础上，计算皮尔逊相关系数：
[0095]
[0096]
和分别自变量、因变量的平均值。
[0097]
(4)进行相关系数的假设检验：
[0098]
a.建立原假设h0和备择假设h1：
[0099]
h0：r＝0，h1：r≠0
[0100]
b.计算t统计量：
[0101][0102]
n为组内样例的容量；
[0103]
c.计算自由度(n-2)，根据自由度及t统计量，查表得出原假设成立的概率p值。若p《0.05，则我们有足够的把握拒绝原假设，认为自变量和因变量之间确实存在相关性；反之，我们认为该相关性不具有显著性，而是由于抽样误差等其他因素造成。
[0104]
本发明系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。
[0105]
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1)、招募受试者，让每一位受试者参与适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验；所有的受试者先进行适应夜实验，在进行适应夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激；步骤2)、在完成适应夜实验后，随机选择半数的受试者先进行刺激夜实验后进行伪刺激夜实验，另一半受试者先进行伪刺激实验后进行刺激夜实验；在进行刺激夜实验和伪刺激夜实验时，在睡前先对受试者进行睡前词组联想测试；在进行伪刺激夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激，并采集受试者在睡眠时的脑电数据；在进行刺激夜实验时，采集受试者在睡眠时的脑电数据，同时开启睡中音乐闭环控制系统，睡中音乐闭环控制系统对采集到的脑电信号进行实时睡眠分期；当检测到受试者处于深睡期时，控制音乐播放设备给予受试者音乐刺激；受试者睡眠结束后，对受试者进行睡后词组联想测试，将睡后词组联想测试结果与睡前词组联想测试结果的差值作为受试者的记忆巩固测试结果；步骤3)、通过训练好的深度学习模型，对受试者的脑电数据进行睡眠分期，分为清醒期、快速眼动睡眠期、浅睡期及深睡期四个睡眠期；并计算以下睡眠指标：nrem期总功率、纺锤波数量、慢波功率、慢波幅值和慢波斜率；步骤4)、将进行刺激夜实验的受试者归入刺激夜实验组中，将进行伪刺激夜实验的受试者归入伪刺激夜实验组中；比较刺激夜实验组和伪刺激夜实验组的各项睡眠指标，并进行差异显著性检验；并分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响以及睡眠记忆力与深睡期占比的相关性。2.根据权利要求1所述的睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，步骤1)中，每次适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验的实验时长均为7天。3.根据权利要求1所述的睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，步骤2)中，所述音乐播放设备为音乐枕头。4.根据权利要求1所述的睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，步骤2)中，所述睡中音乐闭环控制系统包括数据质量检测、实时睡眠分期模块、睡眠深度计算模块、实时慢波检测模块；睡中音乐闭环控制系统的调控方法如下：s1：实时睡眠分期模块对采集到的脑电数据进行实时睡眠分期；s2：当检测到受试者进入稳定的n3期后，数据质量检测模块对脑电数据进行检测，去除异常数据；然后通过睡眠深度计算模块计算睡眠深度；根据受试者的睡眠深度调控音乐刺激的音量；其中，睡眠深度的计算公式为：其中，sleepdepth为睡眠深度，delta_power为δ波段的脑电图功率，beta_power为β波段脑电图功率；
音乐刺激的音量v和睡眠深度的关系如以下公式所示：v＝v
初始音量
×
sleepdepth/100其中，v
初始音量
为预先设定的初始音量；s3：同时实时慢波检测模块开始检测慢波上升沿，检测到慢波上升沿后，将在慢波上升沿的顶端附近对受试者给予粉噪声刺激；在给予连续2次粉噪声刺激后，冷却2.5秒；其中，符合条件的慢波上升沿为：每次输入连续的15个点，若经平滑处理后，它们的排列呈单调上升趋势，且相对于基线发生拐点，该处为符合条件的慢波上升沿；s4：重复步骤s3，直至受试者睡眠结束。5.根据权利要求1所述的睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，在对慢波幅值和斜率进行差异显著性检验时，分别计算两个实验组内每一位受试者的原始脑电信号中的每个慢波的慢波幅值和慢波斜率，并计算实验组内所有慢波幅值和慢波斜率的中位数及四分位距；并检验两个实验组的慢波幅值和慢波斜率的分布是否存在显著性差异；在对纺锤波数量进行差异显著性检验时，将每个实验组内检测到的纺锤波数量按照该实验组内的受试者人数取平均值，并检验两个实验组的纺锤波数量是否存在显著性差异；在对nrem期总功率进行差异显著性检验时，提取每一个受试者的浅睡期和深睡期的脑电信号段，分别计算各个受试者的脑电信号段中的delta波段、theta波段、alpha波段、sigma波段和beta波段这五个波段的波段功率总和；两个实验组按照受试者人数计算各个波段功率总和的平均值和方差，并检验两个实验组的nrem期总功率是否存在显著性差异；在分析音乐刺激对睡眠记忆力的影响时，分别计算两个实验组记忆巩固测试结果的平均值、方差，并检验两个实验组的记忆巩固测试结果是否存在显著性差异；在分析睡眠记忆力与深睡期占比的相关性时，使用皮尔逊相关系数法，计算每个实验组受试者的记忆巩固测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性，以及两组所有受试者的词组联想测试结果与对应的深睡期占比之间的相关性。6.根据权利要求1所述的睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，步骤4)中，对首次音乐刺激附近的波形变化进行差异显著性分析，具体方法如下：提取两个实验组内每一位受试者脑电信号中首次音乐刺激时间点前4秒至后8秒的原始信号段，分别计算两个实验组的原始信号段的平均信号，并将两实验组的平均信号的相位对齐；取两个实验组的平均信号上首次刺激时间点前1秒至后5秒的平均信号段，将两个实验组的平均信号段对齐后，以点对点式的方式检验两个实验组的平均信号段之间是否存在显著性差异。7.根据权利要求1所述的睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，在验证音乐刺激对深睡期功率的影响时，分别提取两个实验组中每一个受试者深睡期脑电信号段，将深睡期脑电信号段以固定频率宽度进行分箱，将每个受试者的深睡期脑电信号段分成若干个波段箱，并计算各个波段箱的功率占比；两个实验组分别按照受试者人数计算波段箱功率占比的平均值和方差，并在两个实验组之间进行差异显著性检验。
8.根据权利要求1所述的睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，其特征在于，深睡期脑电信号段的频率范围为0.25hz至20hz，所述固定频率宽度为0.25hz。

技术总结
本发明公开了一种睡中音乐闭环干预对慢波及记忆力的影响的验证方法，包括如下具体步骤：步骤1)、招募受试者，让每一位受试者参与适应夜实验、刺激夜实验和伪刺激夜实验；步骤2)、在完成适应夜实验后，进行刺激夜实验和伪刺激夜实验；在进行伪刺激夜实验时，受试者在睡眠过程中不给予音乐刺激，在进行刺激夜实验时，开启睡中音乐闭环控制系统，并给予音乐刺激；步骤3)、通过训练好的深度学习模型，对受试者的脑电数据进行睡眠分期，并计算睡眠指标；步骤4)、比较分析刺激夜实验组和伪刺激夜实验组的各项睡眠指标。本发明系统地分析音乐刺激对慢波睡眠的影响以及慢波睡眠与记忆力的关系的验证方法，以促进对人体睡眠的深入研究。以促进对人体睡眠的深入研究。以促进对人体睡眠的深入研究。


技术研发人员：李世辰 郑潜 刘冰
受保护的技术使用者：浙江柔灵科技有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/21