Forskare vid University of Texas i Austin har utvecklat ett mjukt, bärbart plåster som specifikt kan påverka REM-sömnen. Enheten, som kallas NEUSLeeP, kombinerar mild, riktad ultraljudsstimulering med elektroder som samtidigt registrerar hjärnans elektriska aktivitet. Det som gör den unik är att plåstret bärs direkt på huden och är utformat för att nå djupare delar av hjärnan under den naturliga sömnen. Samtidigt kan den övervaka hjärnaktiviteten.

I en inledande studie med 28 deltagare gick deltagarna in i REM-sömnfasen i genomsnitt cirka 43 minuter tidigare efter stimulering och tillbringade cirka 16 minuter längre i den fasen. Resultaten publicerades i tidskriften Nature Communications. Forskarna ser tekniken främst som en potentiell ny metod för att bättre studera sömnprocesser och, på lång sikt, eventuellt hjälpa personer med vissa sömn- eller psykiska störningar. Det krävs dock betydligt större studier för medicinsk tillämpning

Vad gör sömnplåstret så speciellt?

NEUSLeeP är ett icke-invasivt system som kombinerar elektrofysiologiska mätningar och fokuserat ultraljud i ett bärbart plåster. Medan konventionella system för att undersöka eller påverka djupa hjärnregioner ofta kräver stora apparater, har NEUSLeeP utformats för att bäras direkt på huden under sömnen.

Plåstret är försett med elektroder som bland annat registrerar EEG-signaler. Detta gör det möjligt för forskarna att avgöra vilket sömnstadium en person befinner sig i. Samtidigt genererar en specialutvecklad ultraljudsmodul fokuserade ljudvågor som kan användas för att specifikt stimulera en djupare hjärnregion.

Studien fokuserade på den subthalamiska kärnan (STN), en struktur belägen djupt inne i hjärnan som ingår i komplexa nätverk och som bland annat är kopplad till motorisk kontroll och olika funktioner i basala ganglierna. Forskarna misstänker att riktad stimulering av detta område kan påverka nätverk som är involverade i regleringen av REM-sömn.

Enligt forskarna väger enheten cirka 103 gram och har utformats särskilt för användning under natten. Den flexibla utformningen är avsedd att anpassa sig efter huden och göra det möjligt att bära den även under sömnen.

REM-sömnen börjar betydligt tidigare

Den första studien omfattade 28 deltagare. Baserat på ett standardiserat sömnfrågeformulär klassificerades 16 deltagare som personer med normal sömn, medan 12 deltagare uppvisade förhöjda poäng för sömnproblem. Deltagarna var mellan 19 och 38 år gamla.

Studien genomfördes under två på varandra följande nätter. Den första natten gavs en skenbehandling; den andra natten användes ultraljudsstimulering. Detta gjorde det möjligt för forskarna att jämföra förändringar hos samma individer.

Resultaten var särskilt slående när det gällde REM-sömnen. Tiden fram till det första inträdet av REM-fasen förkortades med totalt cirka 43 minuter. Samtidigt ökade andelen REM-sömn i förhållande till den totala sömntiden med cirka 4,6 procent, vilket motsvarar ungefär 16 minuter. Dessa förändringar observerades både hos de friska deltagarna och hos gruppen med sömnproblem.

Enligt forskarna förändrade stimuleringen inte den övergripande sömnarkitekturen i grunden. Sömnstadier som N1, N2 och N3, liksom den totala sömneffektiviteten, visade inga signifikanta förändringar. Antalet nattliga uppvaknanden förblev också i stort sett oförändrat. Resultaten tyder därför på att stimuleringen kan påverka REM-sömnen på ett relativt målinriktat sätt utan att väsentligt förändra den övergripande sömnrytmen.

Varför är REM-sömnen så viktig?

REM-sömn är den sömnfas under vilken livfulla drömmar förekommer särskilt ofta. Samtidigt är den mycket mer än bara den fas då vi drömmer. Under REM-sömnen är hjärnan aktiv på många sätt. Forskning kopplar bland annat denna sömnfas till bearbetningen av känslomässiga upplevelser, minnesprocesser och anpassning till stress.

Därför är forskare alltmer intresserade av om förändringar i REM-sömnen också har samband med psykisk hälsa. Störningar i REM-sömnen observeras vid tillstånd som depression, ångeststörningar och posttraumatiskt stressyndrom (PTSD).

Den nya studien visar dock inte att en förlängning av REM-sömnen automatiskt behandlar depression, ångeststörningar eller PTSD. Den ger snarare initiala tekniska belägg för att denna sömnfas specifikt kan påverkas med hjälp av ett icke-invasivt, bärbart system.

Bevis för effekter på stress och emotionell bearbetning

Forskarna begränsade därför inte sin undersökning till själva sömnen. Hos friska deltagare observerade de även förändringar i hjärtfrekvensvariabiliteten (HRV) efter stimulering. Hjärtfrekvensvariabiliteten beskriver de tidsmässiga fluktuationerna mellan enskilda hjärtslag. Den används ofta som ett mått på hur flexibelt det autonoma nervsystemet kan reagera på olika krav. I den friska gruppen ökade HRV efter stimuleringen. Däremot var denna effekt inte tydligt märkbar hos deltagare med sömnproblem. Dessutom genomförde forskarna hjärnavbildningsstudier efter sömnstudien. Dessa visade på förändringar i aktiviteten i specifika hjärnregioner som är involverade i bearbetningen av emotionella stimuli.

Dessa resultat är intressanta men måste tolkas med försiktighet. Studien var liten och utformad för att inte bevisa att NEUSLeeP kan behandla psykiska hälsostörningar. Gregory Fonzo, en av de huvudansvariga forskarna, beskrev REM-sömnen som en viktig del av den emotionella bearbetningen och stressanpassningen. Forskarna hoppas därför att en specifik påverkan av denna sömnfas i framtiden kan öppna upp nya möjligheter för behandling av vissa tillstånd.

Ingen medicinering och ingen operation

En potentiell fördel med tekniken är att den inte kräver medicinering eller kirurgi. Konventionella metoder för målinriktad stimulering av djupa hjärnregioner innebär ibland användning av implanterade elektroder. Sådana ingrepp kan vara mycket precisa men kräver kirurgi. NEUSLeeP använder däremot en icke-invasiv metod: ultraljudsenergin riktas utifrån mot en specifik hjärnregion.

På lång sikt kan detta vara särskilt intressant för tillämpningar som kräver upprepad behandling. Samtidigt är just denna icke-invasiva stimulering en av de frågor som behöver undersökas närmare i framtida studier.

I den aktuella studien uppgav deltagarna att plåstret var bekvämt, och endast ett fåtal biverkningar observerades. Studien var dock liten och pågick endast under två nätter. Det går ännu inte att dra några slutsatser om säkerheten vid långvarig eller regelbunden användning.

Vad forskarna fortfarande behöver ta reda på

Resultaten bör därför främst ses som ett första bevis på att konceptet fungerar. Forskarna måste nu undersöka om de observerade effekterna kan bekräftas i större och mer varierade patientgrupper. Av särskilt intresse är frågan om en målinriktad förbättring av REM-sömnen faktiskt leder till långsiktiga hälsofördelar. För att besvara detta räcker det inte att bara visa att människor går in i REM-fasen snabbare eller stannar kvar i den något längre.

Framtida studier måste därför också undersöka om detta leder till förbättringar av exempelvis sömnkvalitet, välbefinnande under dagen , stresshantering eller vissa symtom på psykiska hälsostörningar. Forskargruppen planerar ytterligare studier, bland annat bland personer med kronisk sömnlöshet, depression och PTSD. Forskarna ser också potentiella tillämpningar inom sömnövervakning i hemmet, neurovetenskaplig forskning och individanpassade sömnbehandlingar.

Inget färdigt sömnhjälpmedel från plåstret ännu

Hur lovande de initiala resultaten än är bör NEUSLeeP för närvarande inte betraktas som en färdig behandling för sömnstörningar. Studien omfattade endast 28 deltagare, och den faktiska sömninterventionen testades under en enda natt med hjälp av ultraljudsstimulering jämfört med en placebokontroll. Det är heller ännu inte helt klarlagt varför stimuleringen påverkar REM-sömnen. Forskarna antar att effekten förmedlas via komplexa nätverk i hjärnan. Den exakta mekanismen är dock fortfarande föremål för vidare undersökning.

Studien visar dock att modern bärbar teknik i allt högre grad går bortom att bara mäta sömnen. I framtiden skulle den potentiellt också kunna användas för att specifikt påverka vissa hjärnaktiviteter under sömnen. För personer med sömnproblem är enheten ännu inte en tillgänglig behandling. För sömnforskningen representerar NEUSLeeP dock ett intressant nytt tillvägagångssätt – särskilt eftersom den kombinerar mätning och målinriktad stimulering i ett enda bärbart system. Framtida studier måste nu avgöra om detta tekniska genombrott verkligen kan leda till en säker och effektiv behandling för personer med sömnstörningar eller psykiska hälsoproblem.