Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin hebben een zachte, draagbare pleister ontwikkeld die specifiek de REM-slaap kan beïnvloeden. Het apparaat, NEUSLeeP genaamd, combineert zachte, gerichte ultrasone stimulatie met elektroden die tegelijkertijd de elektrische activiteit van de hersenen registreren. Wat het apparaat uniek maakt, is dat de pleister direct op de huid wordt gedragen en zo is ontworpen dat het tijdens de natuurlijke slaap diepere delen van de hersenen bereikt. Tegelijkertijd kan het de hersenactiviteit monitoren.

In een eerste onderzoek met 28 deelnemers kwamen de deelnemers na stimulatie gemiddeld ongeveer 43 minuten eerder in de REM-slaapfase terecht en verbleven ze ongeveer 16 minuten langer in die fase. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications. De onderzoekers zien de technologie in de eerste plaats als een mogelijke nieuwe benadering om slaapprocessen beter te bestuderen en, op de lange termijn, mogelijk mensen met bepaalde slaap- of psychische stoornissen te helpen. Voor medische toepassing zijn echter nog aanzienlijk grotere studies nodig.

Wat maakt de slaappatch zo bijzonder?

NEUSLeeP is een niet-invasief systeem dat elektrofysiologische metingen en gerichte ultrageluidsgolven combineert in een draagbare patch. Terwijl conventionele systemen voor het onderzoeken of beïnvloeden van diepe hersengebieden vaak grote apparaten vereisen, is NEUSLeeP ontworpen om tijdens de slaap direct op de huid te worden gedragen.

De patch is voorzien van elektroden die onder andere EEG-signalen registreren. Hierdoor kunnen onderzoekers vaststellen in welke slaapfase iemand zich bevindt. Tegelijkertijd genereert een speciaal ontwikkelde ultrasone module gerichte geluidsgolven die kunnen worden gebruikt om een dieper gelegen hersengebied specifiek te stimuleren.

Het onderzoek richtte zich op de subthalamische kern (STN), een structuur die diep in de hersenen ligt, deel uitmaakt van complexe netwerken en onder andere verband houdt met motorische controle en diverse functies van de basale ganglia. De onderzoekers vermoeden dat gerichte stimulatie van dit gebied invloed kan hebben op netwerken die betrokken zijn bij de regulering van de REM-slaap.

Volgens de onderzoekers weegt het apparaat ongeveer 103 gram en is het speciaal ontworpen voor gebruik ’s nachts. Het flexibele ontwerp is bedoeld om zich aan te passen aan de huid, zodat het zelfs tijdens het slapen gedragen kan worden.

REM-slaap begint aanzienlijk eerder

Aan het eerste onderzoek namen 28 deelnemers deel. Op basis van een gestandaardiseerde slaapvragenlijst werden 16 deelnemers ingedeeld als gezonde slapers, terwijl 12 deelnemers verhoogde scores vertoonden voor slaapstoornissen. De deelnemers waren tussen de 19 en 38 jaar oud.

Het onderzoek werd uitgevoerd gedurende twee opeenvolgende nachten. Tijdens de eerste nacht werd een schijnbehandeling toegediend; tijdens de tweede nacht werd ultrasone stimulatie toegepast. Hierdoor konden de onderzoekers veranderingen bij dezelfde personen vergelijken.

De resultaten waren met name opvallend wat betreft de REM-slaap. De tijd tot het eerste optreden van de REM-fase werd met in totaal ongeveer 43 minuten verkort. Tegelijkertijd nam het aandeel REM-slaap ten opzichte van de totale slaaptijd toe met ongeveer 4,6 procent, ofwel zo’n 16 minuten. Deze veranderingen werden zowel bij de gezonde deelnemers als bij de groep met slaapstoornissen waargenomen.

Volgens de onderzoekers heeft de stimulatie de algehele slaaparchitectuur niet fundamenteel veranderd. Slaapfasen zoals N1, N2 en N3, evenals de algehele slaapefficiëntie, vertoonden geen significante veranderingen. Ook het aantal nachtelijke ontwakingen bleef grotendeels ongewijzigd. De resultaten suggereren daarom dat de stimulatie de REM-slaap op een relatief gerichte manier kan beïnvloeden zonder het algehele slaapritme significant te veranderen.

Waarom is REM-slaap zo belangrijk?

REM-slaap is de slaapfase waarin bijzonder vaak levendige dromen voorkomen. Tegelijkertijd is het veel meer dan alleen de fase waarin we dromen. Tijdens de REM-slaap is de hersenen op vele manieren actief. Onderzoek brengt deze slaapfase onder andere in verband met de verwerking van emotionele ervaringen, geheugenprocessen en aanpassing aan stress.

Daarom zijn wetenschappers steeds meer geïnteresseerd in de vraag of veranderingen in de REM-slaap ook verband houden met de geestelijke gezondheid. Verstoringen in de REM-slaap worden waargenomen bij aandoeningen zoals depressie, angststoornissen en posttraumatische stressstoornis (PTSS).

De nieuwe studie toont echter niet aan dat het verlengen van de REM-slaap automatisch een behandeling is voor depressie, angststoornissen of PTSS. Het levert veeleer eerste technisch bewijs dat deze slaapfase specifiek kan worden beïnvloed met behulp van een niet-invasief, draagbaar systeem.

Bewijs van effecten op stress en emotionele verwerking

De onderzoekers beperkten hun onderzoek daarom niet tot de slaap zelf. Bij gezonde deelnemers constateerden ze na stimulatie ook veranderingen in de hartslagvariabiliteit (HRV). Hartslagvariabiliteit beschrijft de temporele schommelingen tussen afzonderlijke hartslagen. Deze wordt vaak gebruikt als maatstaf voor de mate waarin het autonome zenuwstelsel flexibel kan reageren op verschillende eisen. In de gezonde groep nam de HRV toe na stimulatie. Bij deelnemers met slaapstoornissen was dit effect daarentegen niet duidelijk waarneembaar. Daarnaast voerden de onderzoekers na het slaaponderzoek hersenscans uit. Deze brachten veranderingen in de activiteit aan het licht in specifieke hersengebieden die betrokken zijn bij de verwerking van emotionele prikkels.

Deze resultaten zijn interessant, maar moeten met de nodige voorzichtigheid worden geïnterpreteerd. Het onderzoek was kleinschalig en niet opgezet om aan te tonen dat NEUSLeeP psychische stoornissen kan behandelen. Gregory Fonzo, een van de mede-hoofdonderzoekers, beschreef de REM-slaap als een belangrijk onderdeel van emotionele verwerking en stressaanpassing. De onderzoekers hopen daarom dat het specifiek beïnvloeden van deze slaapfase in de toekomst nieuwe mogelijkheden zou kunnen bieden voor de behandeling van bepaalde aandoeningen.

Geen medicatie en geen operatie

Een mogelijk voordeel van de technologie is dat er geen medicatie of operatie voor nodig is. Bij conventionele methoden voor het gericht stimuleren van diepe hersengebieden worden soms geïmplanteerde elektroden gebruikt. Dergelijke ingrepen kunnen zeer nauwkeurig zijn, maar vereisen een operatie. NEUSLeeP daarentegen hanteert een niet-invasieve aanpak: de ultrasone energie wordt van buitenaf op een specifiek hersengebied gericht.

Op de lange termijn zou dit met name interessant kunnen zijn voor toepassingen waarbij herhaalde behandelingen nodig zijn. Tegelijkertijd is juist deze niet-invasieve stimulatie een van de punten die in toekomstige studies nader onderzocht moeten worden.

In het huidige onderzoek gaven de deelnemers aan dat de pleister comfortabel zat en werden er slechts enkele bijwerkingen waargenomen. Het onderzoek was echter kleinschalig en duurde slechts twee nachten. Hieruit kunnen nog geen conclusies worden getrokken over de veiligheid van langdurig of regelmatig gebruik.

Wat de onderzoekers nog moeten achterhalen

De resultaten moeten daarom in de eerste plaats worden gezien als een eerste proof of concept. De onderzoekers moeten nu nagaan of de waargenomen effecten kunnen worden bevestigd bij grotere en meer diverse patiëntengroepen. Van bijzonder belang is de vraag of een gerichte verbetering van de REM-slaap daadwerkelijk leidt tot gezondheidsvoordelen op de lange termijn. Om dit te beantwoorden, volstaat het niet om alleen aan te tonen dat mensen sneller in de REM-fase komen of er iets langer in blijven.

Toekomstige studies moeten daarom ook onderzoeken of dit leidt tot verbeteringen in bijvoorbeeld de slaapkwaliteit, het welzijn overdag, de omgang met stress of bepaalde symptomen van psychische stoornissen. Het team plant verdere onderzoeken, onder meer bij mensen met chronische slapeloosheid, depressie en PTSS. De wetenschappers zien ook mogelijke toepassingen in slaapmonitoring thuis, neurowetenschappelijk onderzoek en gepersonaliseerde slaapbehandelingen.

Nog geen kant-en-klaar slaapmiddel in de vorm van een pleister

Hoe veelbelovend de eerste resultaten ook zijn, NEUSLeeP mag op dit moment niet worden gezien als een kant-en-klare behandeling voor slaapstoornissen. Aan het onderzoek namen slechts 28 deelnemers deel, en de daadwerkelijke slaapinterventie werd gedurende één nacht getest met behulp van ultrasone stimulatie, vergeleken met een placeboconditie. Ook is nog niet volledig duidelijk waarom de stimulatie de REM-slaap beïnvloedt. De onderzoekers gaan ervan uit dat het effect tot stand komt via complexe netwerken in de hersenen. Het exacte mechanisme is echter nog onderwerp van verder onderzoek.

Niettemin toont het onderzoek aan dat moderne draagbare technologieën steeds verder gaan dan alleen het meten van slaap. In de toekomst zouden ze mogelijk ook kunnen worden gebruikt om bepaalde hersenactiviteiten tijdens de slaap specifiek te beïnvloeden. Voor mensen met slaapstoornissen is het apparaat nog geen beschikbare behandeling. Voor slaaponderzoek vertegenwoordigt NEUSLeeP echter een interessante nieuwe benadering – met name omdat het meting en gerichte stimulatie combineert in één enkel draagbaar systeem. Toekomstige studies moeten nu uitwijzen of deze technische doorbraak inderdaad kan leiden tot een veilige en effectieve behandeling voor mensen met slaapstoornissen of psychische aandoeningen.