Modern lifestyles contribute to insufficient sleep, impairing cognitive function and weakening the immune system. Sleep quality (SQ) is vital for physiological and mental health, making its understanding and accurate assessment critical. However, its multifaceted nature, shaped by neurological and environmental factors, makes precise quantification challenging. Here, we address this challenge by utilizing electroencephalography (EEG) for phase-amplitude coupling (PAC) analysis to elucidate the neurological basis of SQ, examining both states of sleep and wakefulness, including resting state (RS) and working memory. Our results revealed distinct patterns in beta power and delta connectivity in sleep and RS, together with the reaction time of working memory. A notable finding was the pronounced delta-beta PAC, a feature markedly stronger in individuals with good SQ. We further observed that SQ was positively correlated with increased delta-beta PAC. Leveraging these insights, we applied machine learning models to classify SQ at an individual level, demonstrating that the delta-beta PAC outperformed other EEG characteristics. These findings establish delta-beta PAC as a robust electrophysiological marker to quantify SQ and elucidate its neurological determinants.


翻译:现代生活方式导致睡眠不足,损害认知功能并削弱免疫系统。睡眠质量(SQ)对生理和心理健康至关重要,因此对其理解和准确评估极为关键。然而,睡眠质量受神经和环境因素共同塑造的多维特性使其精确量化具有挑战性。本研究通过利用脑电图(EEG)进行相位-振幅耦合(PAC)分析,以阐明睡眠质量的神经基础,同时考察睡眠和清醒状态,包括静息态(RS)和工作记忆。我们的研究结果揭示了睡眠和静息态中β功率与δ连接性的显著模式,以及工作记忆的反应时间。一个值得注意的发现是显著的δ-β相位-振幅耦合,这一特征在睡眠质量良好的个体中尤为突出。我们进一步观察到睡眠质量与增强的δ-β相位-振幅耦合呈正相关。基于这些发现,我们应用机器学习模型在个体水平上对睡眠质量进行分类,结果表明δ-β相位-振幅耦合优于其他脑电图特征。这些发现确立了δ-β相位-振幅耦合作为一种稳健的电生理标志物,可用于量化睡眠质量并阐明其神经学决定因素。

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