Vědci z Texaské univerzity v Austinu vyvinuli měkkou náplast, kterou lze nosit na těle a která dokáže cíleně ovlivňovat REM spánek. Zařízení s názvem NEUSLeeP kombinuje jemnou, cílenou ultrazvukovou stimulaci s elektrodami, které současně zaznamenávají elektrickou aktivitu mozku. Jedinečnost tohoto zařízení spočívá v tom, že se náplast nosí přímo na kůži a je navržena tak, aby během přirozeného spánku zasahovala do hlubších oblastí mozku. Zároveň dokáže monitorovat mozkovou aktivitu.

V úvodní studii, do které se zapojilo 28 účastníků, vstoupili účastníci po stimulaci do fáze REM spánku v průměru o 43 minut dříve a v této fázi strávili o 16 minut déle. Výsledky byly publikovány v časopise Nature Communications. Výzkumníci v této technologii vidí především potenciální nový přístup k lepšímu studiu spánkových procesů a v dlouhodobém horizontu možná i pomoc lidem s určitými poruchami spánku nebo duševního zdraví. Pro lékařské využití jsou však stále zapotřebí výrazně rozsáhlejší studie.

V čem je náplast NEUSLeeP výjimečná?

NEUSLeeP je neinvazivní systém, který kombinuje elektrofyziologická měření a fokuzovaný ultrazvuk v náplasti, kterou lze nosit na těle. Zatímco konvenční systémy pro vyšetřování nebo ovlivňování hlubokých oblastí mozku často vyžadují velká zařízení, NEUSLeeP byl navržen tak, aby se nosil přímo na kůži během spánku.

Náplast je vybavena elektrodami, které mimo jiné zaznamenávají signály EEG. To umožňuje výzkumníkům určit, v jaké fázi spánku se daná osoba nachází. Současně speciálně vyvinutý ultrazvukový modul generuje fokuzované zvukové vlny, které lze použít ke specifické stimulaci hlubších oblastí mozku.

Studie se zaměřila na subthalamické jádro (STN), strukturu umístěnou hluboko v mozku, která je součástí komplexních sítí a je mimo jiné spojena s motorickou kontrolou a různými funkcemi bazálních ganglií. Vědci se domnívají, že cílená stimulace této oblasti může ovlivnit sítě podílející se na regulaci REM spánku.

Podle výzkumníků váží zařízení přibližně 103 gramů a bylo speciálně navrženo pro noční použití. Jeho flexibilní konstrukce je navržena tak, aby se přizpůsobila pokožce a umožnila nošení i během spánku.

REM spánek začíná výrazně dříve

První studie zahrnovala 28 účastníků. Na základě standardizovaného dotazníku o spánku bylo 16 účastníků zařazeno do skupiny osob se zdravým spánkem, zatímco 12 účastníků vykázalo zvýšené skóre v oblasti spánkových problémů. Věk účastníků se pohyboval mezi 19 a 38 lety.

Studie byla prováděna během dvou po sobě jdoucích nocí. První noc byla aplikována placebová léčba; druhou noc byla použita ultrazvuková stimulace. To umožnilo výzkumníkům porovnat změny u stejných jedinců.

Výsledky byly obzvláště pozoruhodné, pokud jde o REM spánek. Doba do prvního nástupu REM fáze se zkrátila celkem o přibližně 43 minut. Zároveň se podíl REM spánku na celkové době spánku zvýšil o přibližně 4,6 procenta, což odpovídá zhruba 16 minutám. Tyto změny byly pozorovány jak u zdravých účastníků, tak u skupiny s poruchami spánku.

Podle výzkumníků stimulace zásadně neovlivnila celkovou architekturu spánku. Fáze spánku, jako jsou N1, N2 a N3, stejně jako celková účinnost spánku, nevykazovaly žádné významné změny. Počet nočních probuzení rovněž zůstal z velké části nezměněn. Výsledky tedy naznačují, že stimulace může být schopna relativně cíleně ovlivnit REM spánek, aniž by významně změnila celkový spánkový rytmus.

Proč je REM spánek tak důležitý?

REM spánek je fáze spánku, během níž se obzvláště často vyskytují živé sny. Zároveň je to však mnohem více než jen fáze, ve které sníme. Během REM spánku je mozek aktivní v mnoha ohledech. Výzkum spojuje tuto fázi spánku mimo jiné se zpracováním emocionálních zážitků, paměťovými procesy a přizpůsobením se stresu.

Proto se vědci stále více zajímají o to, zda změny ve spánku REM souvisejí také s duševním zdravím. Poruchy spánku REM jsou pozorovány u stavů, jako je deprese, úzkostné poruchy a posttraumatická stresová porucha (PTSD).

Nová studie však neprokazuje, že prodloužení REM spánku automaticky léčí depresi, úzkostné poruchy nebo PTSD. Spíše poskytuje první technické důkazy o tom, že tuto fázi spánku lze cíleně ovlivnit pomocí neinvazivního nositelného systému.

Důkazy o účincích na stres a emoční zpracování

Výzkumníci proto své zkoumání neomezili pouze na samotný spánek. U zdravých účastníků také po stimulaci pozorovali změny v variabilitě srdeční frekvence (HRV). Variabilita srdeční frekvence popisuje časové výkyvy mezi jednotlivými srdečními údery. Často se používá jako měřítko toho, jak flexibilně dokáže autonomní nervový systém reagovat na různé požadavky. Ve skupině zdravých účastníků se HRV po stimulaci zvýšila. Naopak u účastníků s poruchami spánku nebyl tento účinek jasně patrný. Kromě toho vědci po studii spánku provedli také zobrazovací vyšetření mozku. Ta odhalila změny v aktivitě konkrétních oblastí mozku zapojených do zpracování emocionálních podnětů.

Tyto výsledky jsou zajímavé, je však třeba je interpretovat s opatrností. Studie byla malého rozsahu a nebyla navržena tak, aby prokázala, že program NEUSLeeP dokáže léčit duševní poruchy. Gregory Fonzo, jeden ze spoluzodpovědných vedoucích výzkumu, popsal REM spánek jako důležitou složku emočního zpracování a adaptace na stres. Vědci proto doufají, že cílené ovlivňování této fáze spánku by v budoucnu mohlo otevřít nové možnosti léčby určitých onemocnění.

Bez léků a bez chirurgického zákroku

Jednou z potenciálních výhod této technologie je, že nevyžaduje léky ani chirurgický zákrok. Konvenční metody cílené stimulace hlubokých oblastí mozku někdy zahrnují použití implantovaných elektrod. Takové postupy mohou být velmi přesné, ale vyžadují chirurgický zákrok. NEUSLeeP naproti tomu využívá neinvazivní přístup: ultrazvuková energie je z vnějšku zaměřena na konkrétní oblast mozku.

Z dlouhodobého hlediska by to mohlo být obzvláště zajímavé pro aplikace vyžadující opakovanou léčbu. Zároveň je právě tato neinvazivní stimulace jednou z otázek, které je třeba v budoucích studiích podrobněji prozkoumat.

V současné studii účastníci uvedli, že náplast byla pohodlná, a bylo pozorováno pouze několik vedlejších účinků. Studie však byla malého rozsahu a trvala pouze dvě noci. Z toho zatím nelze vyvodit žádné závěry ohledně bezpečnosti dlouhodobého nebo pravidelného používání.

Co musí výzkumníci ještě zjistit

Výsledky by proto měly být chápány především jako počáteční ověření koncepce. Vědci nyní musí prozkoumat, zda lze pozorované účinky potvrdit u větších a rozmanitějších skupin pacientů. Zvláštní zájem vzbuzuje otázka, zda cílené zlepšení REM spánku skutečně vede k dlouhodobým přínosům pro zdraví. K zodpovězení této otázky nestačí pouze prokázat, že lidé vstupují do fáze REM rychleji nebo v ní setrvávají o něco déle.

Budoucí studie proto musí také zkoumat, zda to vede ke zlepšení například kvality spánku, denní pohody , zvládání stresu nebo určitých příznaků duševních poruch. Tým plánuje další studie, mimo jiné u lidí s chronickou nespavostí, depresí a posttraumatickou stresovou poruchou (PTSD). Vědci také vidí potenciální uplatnění v domácím monitorování spánku, neurovědeckém výzkumu a personalizované léčbě poruch spánku.

Zatím neexistuje hotové řešení pro zlepšení spánku v podobě náplasti

Ačkoli jsou počáteční výsledky slibné, NEUSLeeP by v současné době neměl být považován za hotovou léčbu poruch spánku. Studie zahrnovala pouze 28 účastníků a samotná intervence do spánku byla testována během jedné noci pomocí ultrazvukové stimulace ve srovnání s placebem. Dosud také není zcela jasné, proč stimulace mění REM spánek. Vědci předpokládají, že tento účinek je zprostředkován komplexními sítěmi v mozku. Přesný mechanismus je však stále předmětem dalšího výzkumu.

Studie nicméně ukazuje, že moderní nositelné technologie se stále více posouvají za hranice pouhého měření spánku. V budoucnu by mohly být potenciálně využity i k cílenému ovlivňování určitých mozkových aktivit během spánku. Pro lidi s poruchami spánku zatím toto zařízení není dostupnou léčbou. Pro výzkum spánku však NEUSLeeP představuje zajímavý nový přístup – zejména proto, že kombinuje měření a cílenou stimulaci v jediném nositelném systému. Budoucí studie nyní musí zjistit, zda tento technický průlom skutečně může vést k bezpečné a účinné léčbě lidí s poruchami spánku nebo duševními poruchami.