Naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin opracowali miękki, noszony na ciele plaster, który może w sposób ukierunkowany wpływać na fazę REM snu. Urządzenie, nazwane NEUSLeeP, łączy delikatną, ukierunkowaną stymulację ultradźwiękową z elektrodami, które jednocześnie rejestrują aktywność elektryczną mózgu. To, co czyni ją wyjątkową, to fakt, że plaster nosi się bezpośrednio na skórze i jest on zaprojektowany tak, aby podczas naturalnego snu docierać do głębszych obszarów mózgu. Jednocześnie może monitorować aktywność mózgu.

W wstępnym badaniu z udziałem 28 uczestników osoby te wchodziły w fazę snu REM średnio o około 43 minuty wcześniej po stymulacji i spędzały w tej fazie o około 16 minut dłużej. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Nature Communications”. Naukowcy postrzegają tę technologię przede wszystkim jako potencjalne nowe podejście do lepszego badania procesów snu, a w dłuższej perspektywie – jako potencjalną pomoc dla osób z pewnymi zaburzeniami snu lub zdrowia psychicznego. Jednak do zastosowań medycznych nadal potrzebne są znacznie większe badania.

Co wyróżnia plaster do monitorowania snu?

NEUSLeeP to nieinwazyjny system łączący pomiary elektrofizjologiczne i skupione ultradźwięki w postaci plastra do noszenia na ciele. Podczas gdy konwencjonalne systemy służące do badania lub oddziaływania na głębokie obszary mózgu często wymagają dużych urządzeń, NEUSLeeP został zaprojektowany tak, aby można go było nosić bezpośrednio na skórze podczas snu.

Plaster wyposażony jest w elektrody, które między innymi rejestrują sygnały EEG. Pozwala to badaczom określić, w której fazie snu znajduje się dana osoba. Jednocześnie specjalnie opracowany moduł ultradźwiękowy generuje skupione fale dźwiękowe, które można wykorzystać do precyzyjnej stymulacji głębszych obszarów mózgu.

Badanie skupiało się na jądrze podwzgórzowym (STN) – strukturze położonej głęboko w mózgu, która stanowi część złożonych sieci i jest związana między innymi z kontrolą motoryczną oraz różnymi funkcjami zwojów podstawy mózgu. Naukowcy podejrzewają, że ukierunkowana stymulacja tego obszaru może wpływać na sieci zaangażowane w regulację snu REM.

Według naukowców urządzenie waży około 103 gramów i zostało zaprojektowane specjalnie do stosowania w nocy. Jego elastyczna konstrukcja ma dopasowywać się do skóry i umożliwiać noszenie nawet podczas snu.

Faza REM rozpoczyna się znacznie wcześniej

W pierwszym badaniu wzięło udział 28 uczestników. Na podstawie standardowego kwestionariusza dotyczącego snu 16 uczestników zaklasyfikowano jako osoby o zdrowym śnie, natomiast 12 uczestników uzyskało podwyższone wyniki wskazujące na problemy ze snem. Wiek uczestników wynosił od 19 do 38 lat.

Badanie przeprowadzono w ciągu dwóch kolejnych nocy. Pierwszej nocy zastosowano zabieg pozorowany, a drugiej nocy zastosowano stymulację ultradźwiękową. Pozwoliło to naukowcom porównać zmiany u tych samych osób.

Wyniki były szczególnie uderzające w odniesieniu do snu REM. Czas do pierwszego wystąpienia fazy REM skrócił się łącznie o około 43 minuty. Jednocześnie udział snu REM w całkowitym czasie snu wzrósł o około 4,6 procent, czyli mniej więcej o 16 minut. Zmiany te zaobserwowano zarówno u zdrowych uczestników, jak i w grupie osób z problemami ze snem.

Według naukowców stymulacja nie zmieniła zasadniczo ogólnej struktury snu. Fazy snu, takie jak N1, N2 i N3, a także ogólna efektywność snu, nie wykazały żadnych znaczących zmian. Liczba nocnych wybudzeń również pozostała w dużej mierze niezmieniona. Wyniki sugerują zatem, że stymulacja może wpływać na fazę REM w stosunkowo ukierunkowany sposób, nie zmieniając znacząco ogólnego rytmu snu.

Dlaczego sen REM jest tak ważny?

Sen REM to faza snu, podczas której szczególnie często pojawiają się żywe sny. Jednocześnie jest to znacznie więcej niż tylko faza, w której śnimy. Podczas snu REM mózg wykazuje aktywność na wiele sposobów. Badania łączą tę fazę snu między innymi z przetwarzaniem doświadczeń emocjonalnych, procesami pamięciowymi oraz adaptacją do stresu.

Dlatego naukowcy coraz bardziej interesują się tym, czy zmiany w fazie REM są również powiązane ze zdrowiem psychicznym. Zaburzenia fazy REM obserwuje się w takich schorzeniach, jak depresja, zaburzenia lękowe oraz zespół stresu pourazowego (PTSD).

Nowe badanie nie wykazuje jednak, że przedłużenie snu REM automatycznie leczy depresję, zaburzenia lękowe czy PTSD. Dostarcza ono raczej wstępnych dowodów technicznych na to, że na tę fazę snu można wywierać ukierunkowany wpływ za pomocą nieinwazyjnego systemu noszonego na ciele.

Dowody na wpływ na stres i przetwarzanie emocji

Naukowcy nie ograniczyli zatem swoich badań wyłącznie do samego snu. U zdrowych uczestników zaobserwowali również zmiany zmienności rytmu serca (HRV) po stymulacji. Zmienność rytmu serca opisuje wahania czasowe między poszczególnymi uderzeniami serca. Jest ona często wykorzystywana jako miara elastyczności, z jaką autonomiczny układ nerwowy może reagować na różne wymagania. W grupie osób zdrowych HRV wzrosła po stymulacji. Natomiast u uczestników z problemami ze snem efekt ten nie był wyraźnie widoczny. Ponadto po zakończeniu badania snu naukowcy przeprowadzili badania obrazowania mózgu. Ujawniły one zmiany aktywności w określonych obszarach mózgu zaangażowanych w przetwarzanie bodźców emocjonalnych.

Wyniki te są interesujące, ale należy je interpretować z ostrożnością. Badanie miało niewielką skalę i nie miało na celu udowodnienia, że NEUSLeeP może leczyć zaburzenia zdrowia psychicznego. Gregory Fonzo, jeden ze współkierowników badania, opisał fazę REM jako ważny element przetwarzania emocji i adaptacji do stresu. Naukowcy mają zatem nadzieję, że celowe oddziaływanie na tę fazę snu może w przyszłości otworzyć nowe możliwości leczenia niektórych schorzeń.

Bez leków i bez operacji

Potencjalną zaletą tej technologii jest to, że nie wymaga ona stosowania leków ani zabiegów chirurgicznych. Konwencjonalne metody ukierunkowanej stymulacji głębokich obszarów mózgu czasami wiążą się z zastosowaniem wszczepionych elektrod. Zabiegi takie mogą być bardzo precyzyjne, ale wymagają operacji. Natomiast NEUSLeeP opiera się na podejściu nieinwazyjnym: energia ultradźwiękowa jest skupiana z zewnątrz na konkretnym obszarze mózgu.

W dłuższej perspektywie może to być szczególnie interesujące w przypadku zastosowań wymagających powtarzanych zabiegów. Jednocześnie ta bardzo nieinwazyjna stymulacja jest jedną z kwestii, które należy dokładniej zbadać w przyszłych badaniach.

W obecnym badaniu uczestnicy zgłaszali, że plaster był wygodny, a zaobserwowano jedynie nieliczne skutki uboczne. Badanie miało jednak niewielką skalę i trwało zaledwie dwie noce. Nie można na tej podstawie wyciągać żadnych wniosków dotyczących bezpieczeństwa długotrwałego lub regularnego stosowania.

Co naukowcy muszą jeszcze ustalić

Wyniki należy zatem traktować przede wszystkim jako wstępne potwierdzenie słuszności koncepcji. Naukowcy muszą teraz zbadać, czy zaobserwowane efekty da się potwierdzić w większych i bardziej zróżnicowanych grupach pacjentów. Szczególnie interesujące jest pytanie, czy ukierunkowana poprawa snu REM faktycznie prowadzi do długoterminowych korzyści zdrowotnych. Aby na to odpowiedzieć, nie wystarczy po prostu wykazać, że ludzie szybciej wchodzą w fazę REM lub pozostają w niej nieco dłużej.

Dlatego przyszłe badania muszą również zbadać, czy prowadzi to do poprawy np. jakości snu, samopoczucia w ciągu dnia , radzenia sobie ze stresem lub złagodzenia niektórych objawów zaburzeń zdrowia psychicznego. Zespół planuje dalsze badania, w tym wśród osób cierpiących na przewlekłą bezsenność, depresję i zespół stresu pourazowego (PTSD). Naukowcy dostrzegają również potencjalne zastosowania w domowym monitorowaniu snu, badaniach neurobiologicznych oraz spersonalizowanych metodach leczenia zaburzeń snu.

Na razie nie ma gotowego środka wspomagającego sen w postaci plastra

Choć wstępne wyniki są obiecujące, NEUSLeeP nie powinno być obecnie postrzegane jako gotowa metoda leczenia zaburzeń snu. W badaniu wzięło udział zaledwie 28 uczestników, a rzeczywistą interwencję dotyczącą snu przetestowano w ciągu jednej nocy, stosując stymulację ultradźwiękową w porównaniu z grupą placebo. Nie jest również w pełni zrozumiałe, dlaczego stymulacja ta wpływa na sen REM. Naukowcy zakładają, że efekt ten jest wywoływany przez złożone sieci w mózgu. Jednak dokładny mechanizm działania jest nadal przedmiotem dalszych badań.

Niemniej jednak badanie pokazuje, że nowoczesne technologie noszone coraz częściej wykraczają poza zwykłe mierzenie snu. W przyszłości mogłyby one potencjalnie służyć również do celowego wpływania na określone procesy mózgowe zachodzące podczas snu. Dla osób z problemami ze snem urządzenie to nie stanowi jeszcze dostępnej metody leczenia. Jednak dla badań nad snem NEUSLeeP stanowi interesujące nowe podejście – zwłaszcza dlatego, że łączy pomiary i ukierunkowaną stymulację w jednym systemie noszonym na ciele. Przyszłe badania muszą teraz ustalić, czy ten przełom techniczny rzeczywiście może doprowadzić do bezpiecznego i skutecznego leczenia osób z zaburzeniami snu lub problemami ze zdrowiem psychicznym.