Reliable automation of the labor-intensive manual task of scoring animal sleep can facilitate the analysis of long-term sleep studies. In recent years, deep-learning-based systems, which learn optimal features from the data, increased scoring accuracies for the classical sleep stages of Wake, REM, and Non-REM. Meanwhile, it has been recognized that the statistics of transitional stages such as pre-REM, found between Non-REM and REM, may hold additional insight into the physiology of sleep and are now under vivid investigation. We propose a classification system based on a simple neural network architecture that scores the classical stages as well as pre-REM sleep in mice. When restricted to the classical stages, the optimized network showed state-of-the-art classification performance with an out-of-sample F1 score of 0.95 in male C57BL/6J mice. When unrestricted, the network showed lower F1 scores on pre-REM (0.5) compared to the classical stages. The result is comparable to previous attempts to score transitional stages in other species such as transition sleep in rats or N1 sleep in humans. Nevertheless, we observed that the sequence of predictions including pre-REM typically transitioned from Non-REM to REM reflecting sleep dynamics observed by human scorers. Our findings provide further evidence for the difficulty of scoring transitional sleep stages, likely because such stages of sleep are under-represented in typical data sets or show large inter-scorer variability. We further provide our source code and an online platform to run predictions with our trained network.


翻译:动物睡眠评分的劳动密集型人工手工任务的可靠自动化有助于分析长期睡眠研究。近年来,基于深层次学习的系统能够从数据中学习最佳特征,提高典型睡眠阶段的觉醒、REM和非REM等典型睡眠阶段的评分。与此同时,人们已经认识到,在非REM和REEM之间发现的诸如REM前的过渡阶段(如非REM和REM)的统计,可能会对睡眠的生理特征产生更多的洞察力,并且目前正在进行生动的调查。我们提议了一个基于简单的神经网络结构的分类系统,该结构从数据中可以分到经典阶段的经典阶段以及老鼠的REM前睡眠。当局限于古典阶段时,优化的网络显示最先进的分类表现,而男性的C57BL/6J鼠的F1分为0.95分。当不受限制时,网络显示REM(0.5)前的F1分比经典阶段(0.5)要低。结果与以往尝试在其他物种的过渡阶段(如老鼠过渡性睡眠阶段或人类睡眠前的典型睡眠阶段)中达到过渡阶段的过渡阶段,我们观察到了典型的M级的预测,因为典型的模型显示我们通常的睡眠阶段的睡眠变化的顺序是正常的。

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