睡眠中の乾式と湿式の脳波電極を比較するためのプロトコル

A Protocol for Comparing Dry and Wet EEG Electrodes During Sleep.

• Sven Leach
• Ku-Young Chung
• Laura Tüshaus
• Reto Huber
• Walter Karlen

抄録

研究の背景:

睡眠の評価は、睡眠中の脳波（EEG）を記録することで行うのが一般的である。実験室環境での睡眠評価は、参加者と研究者の双方にとって煩雑であるため、使い勝手の良いモバイル機器を用いて睡眠脳波を記録することが望まれる。このような装置には、再利用可能で低コスト、簡単に装着できる乾式電極が不可欠である。本研究では、新規なフラット型乾式電極を用いて、自由行動下での睡眠時脳波記録の性能を調べるための試験プロトコルを開発した。

Background: Sleep is commonly assessed by recording the electroencephalogram (EEG) of the sleeping brain. As sleep assessments in a lab environment are cumbersome for both the participant and researcher, it would be highly desirable to record sleep EEG with a user-friendly and mobile device. Dry electrodes that are reusable, low-cost, and easy to apply would be an essential component of such a device. In this study, we developed a testing protocol to investigate the performance of novel flat-type dry electrodes for sleep EEG recordings in free-living conditions.

方法:

若くて健康な4人の参加者の一晩の睡眠時脳波、電気電図、筋電図を自宅で記録した。新しいフラットタイプの乾式電極を使用した2つの同一の外来記録装置と、自己接着性のプレゲル化電極を使用したもう1つの装置で、睡眠時脳波を同時に記録した。次に、両電極タイプの間で、信号品質、アーチファクトの発生率、睡眠ステージングの感度、特異性、スコア間信頼性（コーエンのカッパ）、睡眠特有の脳波微細構造の重要な特徴、例えば遅波（0.5-4Hz）や睡眠スピンドル（10-16Hz）などの一致を比較した。

Methods: Overnight sleep EEG, electrooculogram and electromyogram of four young and healthy participants were recorded at home. Two identical ambulatory recording devices, one using novel flat-type dry electrodes, the other using self-adhesive pre-gelled electrodes, simultaneously recorded sleep EEG. Between both electrode types, we then compared the signal quality, the incidence of artifacts, the sensitivity, specificity and inter-scoring reliability (Cohen's kappa) of sleep staging, as well as the agreement of important characteristics of sleep-specific EEG microstructure features, such as slow waves (0.5-4 Hz) and sleep spindles (10-16 Hz).

結果:

私たちの試験プロトコルは、睡眠のマクロおよびミクロ構造レベルで2つの電極タイプを包括的に比較しました。乾式と事前ゲル化した電極はどちらも同等の信号品質を持ち、睡眠時のステージングはどちらの電極でも可能であった。また、遅波特性と紡錘特性は類似していた。しかし、フラットタイプの乾式電極では、汗のアーチファクトがより多く見られた。

Results: Our testing protocol comprehensively compared the two electrode types on a macro- and microstructure level of sleep. The dry and pre-gelled electrodes both had comparable signal quality and sleep staging was feasible with both electrodes. Also, slow-wave and spindle characteristics were similar. However, sweat artifacts were more prevalent in the flat-type dry electrodes.

結論:

信頼性の高い試験プロトコルにより、乾式電極の性能を参照技術と比較し、自由に生きている条件でも客観的に評価することができます。

Conclusion: With a reliable testing protocol, the performance of dry electrodes can be compared to reference technologies and objectively assessed also in free-living conditions.

Copyright © 2020 Leach, Chung, Tüshaus, Huber and Karlen.