[论文] DyssomniaNN: Multi-Scale Spiking Neural Modeling of Human Sleep Disord...

论文概要

研究领域: ML
作者: Daniel Szelogowski
发布时间: 2026-10-09
arXiv: 2610.13918

中文摘要

临床睡眠医学反复记录了客观睡眠时长与主观日间功能损害之间的深刻分歧，矛盾性失眠中的睡眠状态误感知和 1 型嗜睡症中的睡眠-觉醒边界不稳定是典型例证。本文提出 DyssomniaNN：一个多尺度生物物理计算框架，将 Borbély 的睡眠稳态-昼夜节律双过程调节模型、Saper 的下丘脑互易翻转开关环路，以及循环皮层-丘脑漏积分放电脉冲神经网络耦合在一起。我们在相同的 72 小时光周期下构建了五个临床队列：健康对照、昼夜节律睡眠-觉醒障碍（延迟相位型）、慢性失眠、矛盾性失眠和 1 型嗜睡症。合成局部场电位在所有典型频带上与 PhysioNet Sleep-EDF 数据库的实证人脑电频谱高度吻合（频谱平均绝对误差 0.33–0.35）。此外，我们引入了「休息充足指数」（Well-Rested Index）来量化恢复性睡眠的效力。模拟揭示：睡眠时长无法预测恢复效果——矛盾性失眠者的总睡眠时间正常（21.15 小时），但因皮层 beta 频段入侵未受抑制而恢复率仅为 37.6%；而嗜睡症中的下丘脑分泌素缺乏导致严重的夜间睡眠碎片化（睡眠后觉醒达 781 分钟）和 35 次睡眠起始快速眼动期。DyssomniaNN 为睡眠机制研究和虚拟神经药理学提供了一个计算平台。

原文摘要

Clinical sleep medicine repeatedly documents profound divergences between objective sleep duration and subjective daytime impairment, notably exemplified by sleep state misperception in paradoxical insomnia and boundary instability in narcolepsy type 1. Here, we present DyssomniaNN: a multi-scale biophysical computational framework coupling Borbély's two-process regulation of sleep homeostasis and circadian drive with Saper's hypothalamic reciprocal flip-flop circuit and a recurrent corticothalamic leaky integrate-and-fire spiking neural network. We formalize five clinical cohorts across an identical 72-hour photoperiod: healthy control, circadian rhythm sleep-wake disorder (delayed-phase), chronic insomnia, paradoxical insomnia, and narcolepsy type 1. The synthetic local field potential c...

自动采集于 2026-10-14

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