Brain water dynamics across sleep stages measured by near-infrared spectroscopy: Implications for glymphatic function
Yoon, Jee-Eun
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Ji, Minsu
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Hwang, Inha
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Lee, Woo-Jin
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Yu, Seongkwon
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Kim, Jaemyoung
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Lee, Chanhyung
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Lee, Haeil
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Koh, Bumjun
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Bae, Hyeonmin
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Yun, Chang-Ho
초록
This study investigates brain water dynamics across the sleep-wake cycle using near-infrared spectroscopy (NIRS) and linear mixed-effects modeling, motivated by prior observations that glymphatic activity increases during non-rapid eye movement (NREM) and decreases during REM sleep. Forty-one healthy volunteers underwent polysomnography with concurrent cerebral NIRS, with measurements taken 30 minutes before sleep, throughout the night, and for 60 minutes after waking. Brain water content (arbitrary unit, A.U.) was block-averaged for 5-minute epochs and analyzed across WAKE -> NREM, NREM -> WAKE, NREM -> REM, and REM -> NREM transitions. Water content significantly increased during WAKE -> NREM (0.57 A.U., d = 0.77, p < 0.001) and decreased during NREM -> WAKE (-0.93 A.U., d = -1.25, p < 0.001). Decreases during NREM -> REM (-0.40 A.U., d = -0.53, p < 0.05) were followed by increases during REM -> NREM (0.62 A.U., d = 1.10, p < 0.001). Brain water accumulation was significantly greater during the first compared to the last NREM cycle (0.70 A.U., d = 0.86, p < 0.01). These findings reveal robust, state-dependent fluctuations in brain water content that parallel established glymphatic physiology. Water-sensitive NIRS may offer a promising non-invasive approach to monitoring sleep-related brain fluid dynamics in humans, though further multimodal studies are needed to determine its specificity for glymphatic activity.
서지사항
JOURNAL OF CEREBRAL BLOOD FLOW AND METABOLISM, v.45, no.11, pp.2203 - 2216, 2025-11
Alteration of prefrontal functional connectivity in preclinical Alzheimer's disease: an fNIRS study
Kim, Minhee
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Lee, Jang Jae
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Choi, Kyu Yeong
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Kim, Byeong C.
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Gwak, Jeonghwan
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Lee, Kun Ho
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Kim, Jae Gwan
근적외선 분광분석법 기반의 조직 검사 적합도 판단 장치 및 방법이 개시되며, 본원의 일 실시예에 따른 근적외선 분광분석법 기반의 조직 검사 적합도 판단 장치는, 근적외선 대역의 광을 방출하는 광원을 포함하는 광 공급부, 상기 근적외선 대역의 광을 검사 대상체로 조사하는 광 조사부, 상기 조사된 근적외선 대역의 광이 상기 검사 대상체에 의해 투과된 광을 획득하는 광 획득부 및 상기 투과된 광의 특성에 기초하여 상기 검사 대상체의 조직 검사를 위한 적합도를 평가하는 분석부를 포함할 수 있다.
본 발명은 근적외선 분광신호의 노이즈 제거방법에 관한 것으로서, 근적외선 분광촬영장치로부터 측정된 근적외선 분광신호에서 노이즈를 제거하기 위한 근적외선 분광신호의 노이즈 제거방법에 있어서, (A) 근적외선 분광촬영장치로부터 측정된 근적외선 분광신호에 대해서 독립성분분석을 실시하는 단계; (B) 근적외선 분광신호에 존재하는 독립성분을 추출하는 단계; (C) 추출된 각 독립성분에 대한 선형 회귀분석을 통해 결정계수를 획득하는 단계; (D) 선형 회귀분석을 통해 획득한 결정계수와 임계치를 비교하여 독립성분을 선택 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 독립성분분석과 회귀분석을 동시에 이용함으로써 측정되는 근적외선 분광신호로부터 노이즈 성분을 일관된 기준으로 선택 제거할 수 있고, 측정된 근적외선 분광신호에 대해 동잡음뿐만 아니라 온도와 빛 또는 습도 등의 주변 환경여건과 근적외선을 송수신하는 하드웨어의 특성으로 인해 발생할 수밖에 없는 노이즈까지 효과적으로 제거할 수 있으며, 특히 뇌 신호 측정에 활용시 노이즈를 제거하여주므로 고충실의 뇌 혈류 신호를 얻을 수 있는 등 매우 우수한 근적외선 분광신호를 획득할 수 있다.
AI-assisted high density near-infrared spectroscopy system for cerebral oxygen saturation measurement
YU, SEONGKWON
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Kim, Jaemyoung
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Tae Jung Kim
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Sang-Bae Ko
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Bae, Hyeon-Min
초록
학술대회명
fNIRS 2024 - VIII Biennial Meeting of the Society for functional near-infrared spectroscopy (SfNIRS)