치매의 인지 기능 저하를 예측하는 비침습적 지표로서의 수면 EEG 신호 임계성

신경 퇴행 (Neurodegeneration)의 조기 발견은 여전히 중요한 임상적 과제로 남아 있습니다. 본 연구는 다중 프랙탈 디트렌드 변동 분석 (Multifractal Detrended Fluctuation Analysis, MFDFA)을 통해 정량화된 수면 EEG 신호 임계성 (Criticality)이 향후 인지 기능 저하를 예측하는 비침습적 바이오마커 (Biomarker) 역할을 할 수 있는지 조사합니다. 우리는 National Sleep Research Resource (NSRR)의 골다공증 골절 (Study of Osteoporotic Fractures, SOF) 코호트로부터 얻은 종단적 데이터를 분석하여, 인지 기능이 정상으로 유지된 여성과 이후 치매 관련 손상($3MS < 78$)으로 진행된 여성 간의 기초 수면 EEG 역학 (Dynamics)을 비교하였습니다.

연구 결과, 특히 비-REM (non-REM) 단계인 N2 및 N3 단계에서 Hurst 지수 $H(q)$ 분포의 유의미한 그룹 간 차이가 나타났습니다. 인지적으로 건강한 개인은 모든 전극 위치에서 신호 역학이 최적의 임계 상태 (Optimally critical state)에 유의미하게 더 가깝게 나타났으며 ($p extstyle ext{⩽} 0.001$), 이는 뇌 임계성 가설 (Brain Criticality Hypothesis)을 뒷받침합니다. 지도 학습 기반의 UMAP 투영 (Supervised UMAP projections)을 통해 밤샘 수면 구조 전반에 걸쳐 그룹 간의 명확한 공간적 분리가 확인되었습니다.

치매 그룹은 DFA 지수가 $1.0$을 향해 이동하는 양상을 보였으며, 이는 수면 중 척도 없는 (Scale-free) 신경 역학의 재구성이 임상적 증상보다 먼저 발생함을 시사합니다. 이러한 발견은 MFDFA 유도 측정값이 자동화된 수면 기반 선별 도구에 통합될 수 있는 잠재력을 강조하며, 이를 통해 치매의 전구기 (Prodromal window) 동안 더 조기적인 예방적 개입을 가능하게 할 수 있습니다.