Výskumníci z Texaskej univerzity v Austine vyvinuli mäkkú náplasť, ktorú je možné nosiť na tele a ktorá dokáže špecificky ovplyvňovať REM spánok. Toto zariadenie s názvom NEUSLeeP kombinuje jemnú, cielenú ultrazvukovú stimuláciu s elektródami, ktoré súčasne zaznamenávajú elektrickú aktivitu mozgu. Jedinečnosťou tohto zariadenia je, že sa nosí priamo na koži a je navrhnuté tak, aby počas prirodzeného spánku dosiahlo do hlbších oblastí mozgu. Zároveň dokáže monitorovať mozgovú aktivitu.

V počiatočnej štúdii, do ktorej sa zapojilo 28 účastníkov, účastníci po stimulácii vstúpili do fázy REM spánku v priemere o približne 43 minút skôr a v tejto fáze strávili o približne 16 minút viac. Výsledky boli uverejnené v časopise Nature Communications. Výskumníci vnímajú túto technológiu predovšetkým ako potenciálny nový prístup k lepšiemu štúdiu spánkových procesov a v dlhodobom horizonte možno aj ako pomoc ľuďom s určitými poruchami spánku alebo duševného zdravia. Pre medicínske využitie sú však stále potrebné podstatne rozsiahlejšie štúdie.

Čím je náplasť na spanie výnimočná?

NEUSLeeP je neinvazívny systém, ktorý kombinuje elektrofyziologické merania a zameraný ultrazvuk v náplasti, ktorú možno nosiť na tele. Kým bežné systémy na vyšetrovanie alebo ovplyvňovanie hlbokých oblastí mozgu často vyžadujú veľké zariadenia, systém NEUSLeeP bol navrhnutý tak, aby sa nosil priamo na koži počas spánku.

Náplasť je vybavená elektródami, ktoré okrem iného zaznamenávajú signály EEG. To umožňuje výskumníkom určiť, v akej fáze spánku sa daná osoba nachádza. Zároveň špeciálne vyvinutý ultrazvukový modul generuje zamerané zvukové vlny, ktoré možno použiť na cielenú stimuláciu hlbších oblastí mozgu.

Štúdia sa zamerala na subthalamické jadro (STN), štruktúru umiestnenú hlboko v mozgu, ktorá je súčasťou komplexných sietí a súvisí okrem iného s motorickou kontrolou a rôznymi funkciami bazálnych ganglií. Výskumníci predpokladajú, že cielená stimulácia tejto oblasti môže ovplyvňovať siete podieľajúce sa na regulácii REM spánku.

Podľa výskumníkov zariadenie váži približne 103 gramov a bolo špeciálne navrhnuté na nočné použitie. Jeho flexibilná konštrukcia je navrhnutá tak, aby sa prispôsobila pokožke a umožnila nosenie aj počas spánku.

REM spánok začína výrazne skôr

Do prvej štúdie bolo zaradených 28 účastníkov. Na základe štandardizovaného dotazníka o spánku bolo 16 účastníkov klasifikovaných ako osoby so zdravým spánkom, zatiaľ čo 12 účastníkov vykazovalo zvýšené skóre v súvislosti s problémami so spánkom. Vek účastníkov sa pohyboval v rozmedzí od 19 do 38 rokov.

Štúdia prebiehala počas dvoch po sebe nasledujúcich nocí. Prvú noc bola podaná placebová liečba; druhú noc bola použitá ultrazvuková stimulácia. To umožnilo výskumníkom porovnať zmeny u tých istých jedincov.

Výsledky boli obzvlášť pozoruhodné, pokiaľ ide o REM spánok. Čas do prvého nástupu REM fázy sa skrátil celkovo o približne 43 minút. Zároveň sa podiel REM spánku v pomere k celkovej dĺžke spánku zvýšil o približne 4,6 percenta, čo predstavuje zhruba 16 minút. Tieto zmeny boli pozorované tak u zdravých účastníkov, ako aj u skupiny s poruchami spánku.

Podľa výskumníkov stimulácia zásadným spôsobom nezmenila celkovú architektúru spánku. Fázy spánku, ako sú N1, N2 a N3, ako aj celková efektívnosť spánku, nevykazovali žiadne významné zmeny. Počet nočných prebudení tiež zostal z veľkej časti nezmenený. Výsledky preto naznačujú, že stimulácia môže byť schopná ovplyvňovať REM spánok relatívne cieleným spôsobom bez toho, aby výrazne menila celkový spánkový rytmus.

Prečo je REM spánok taký dôležitý?

REM spánok je fáza spánku, počas ktorej sa obzvlášť často vyskytujú živé sny. Zároveň je to oveľa viac než len fáza, v ktorej snívame. Počas REM spánku je mozog aktívny v mnohých ohľadoch. Výskum spája túto fázu spánku okrem iného so spracovaním emocionálnych zážitkov, pamäťovými procesmi a adaptáciou na stres.

Preto vedci prejavujú čoraz väčší záujem o to, či sú zmeny v REM spánku spojené aj s duševným zdravím. Poruchy REM spánku sa pozorujú pri stavoch, ako sú depresia, úzkostné poruchy a posttraumatická stresová porucha (PTSD).

Nová štúdia však nepreukazuje, že predĺženie REM spánku automaticky lieči depresiu, úzkostné poruchy alebo PTSD. Skôr poskytuje počiatočné technické dôkazy o tom, že túto fázu spánku je možné špecificky ovplyvňovať pomocou neinvazívneho nositeľného systému.

Dôkazy o vplyve na stres a spracovanie emócií

Výskumníci preto neobmedzili svoje skúmanie len na samotný spánok. U zdravých účastníkov pozorovali po stimulácii aj zmeny v variabilite srdcovej frekvencie (HRV). Variabilita srdcovej frekvencie opisuje časové kolísania medzi jednotlivými srdcovými údermi. Často sa používa ako meradlo toho, ako flexibilne dokáže autonómny nervový systém reagovať na rôzne požiadavky. V skupine zdravých účastníkov sa HRV po stimulácii zvýšila. Naopak, u účastníkov s poruchami spánku nebol tento účinok jasne zreteľný. Okrem toho výskumníci po štúdii spánku vykonali aj zobrazovacie vyšetrenia mozgu. Tie odhalili zmeny v aktivite v špecifických oblastiach mozgu zapojených do spracovania emocionálnych podnetov.

Tieto výsledky sú zaujímavé, treba ich však interpretovať s opatrnosťou. Štúdia bola malého rozsahu a nebola navrhnutá tak, aby dokázala, že program NEUSLeeP dokáže liečiť duševné poruchy. Gregory Fonzo, jeden z hlavných vedúcich výskumu, opísal REM spánok ako dôležitú zložku spracovania emócií a adaptácie na stres. Výskumníci preto dúfajú, že cielené ovplyvňovanie tejto fázy spánku by mohlo v budúcnosti otvoriť nové možnosti liečby určitých ochorení.

Bez liekov a bez chirurgického zákroku

Jednou z potenciálnych výhod tejto technológie je, že nevyžaduje lieky ani chirurgický zákrok. Bežné metódy cieleného stimulovania hlbokých oblastí mozgu niekedy zahŕňajú použitie implantovaných elektród. Takéto postupy môžu byť veľmi presné, vyžadujú však chirurgický zákrok. NEUSLeeP naopak využíva neinvazívny prístup: ultrazvuková energia sa zameriava zvonku na konkrétnu oblasť mozgu.

Z dlhodobého hľadiska by to mohlo byť obzvlášť zaujímavé pre aplikácie vyžadujúce opakovanú liečbu. Zároveň je práve táto veľmi neinvazívna stimulácia jednou z otázok, ktorú je potrebné v budúcich štúdiách podrobnejšie preskúmať.

V súčasnej štúdii účastníci uvádzali, že náplasť bola pohodlná a pozorovalo sa len niekoľko vedľajších účinkov. Štúdia však bola malého rozsahu a trvala len dve noci. Z toho zatiaľ nie je možné vyvodiť žiadne závery týkajúce sa bezpečnosti dlhodobého alebo pravidelného používania.

Čo musia výskumníci ešte zistiť

Výsledky by sa preto mali chápať predovšetkým ako počiatočný dôkaz koncepcie. Výskumníci musia teraz preskúmať, či sa pozorované účinky dajú potvrdiť aj u väčších a rozmanitejších skupín pacientov. Zvláštny záujem vzbudzuje otázka, či cielené zlepšenie REM spánku skutočne vedie k dlhodobým zdravotným prínosom. Na zodpovedanie tejto otázky nestačí len preukázať, že ľudia rýchlejšie vstupujú do fázy REM alebo v nej zostávajú o niečo dlhšie.

Budúce štúdie musia preto preskúmať aj to, či to vedie k zlepšeniu napríklad kvality spánku, dennej pohody , zvládania stresu alebo určitých príznakov duševných porúch. Tím plánuje ďalšie štúdie, a to aj u ľudí s chronickou nespavosťou, depresiou a posttraumatickou stresovou poruchou (PTSD). Vedci vidia potenciálne uplatnenie aj v domácom monitorovaní spánku, neurovedeckom výskume a personalizovaných liečebných postupoch zameraných na spánok.

Zatiaľ žiadna hotová pomôcka na spanie v podobe náplasti

Napriek tomu, že počiatočné výsledky sú sľubné, NEUSLeeP by sa v súčasnosti nemal považovať za hotovú liečbu porúch spánku. Do štúdie bolo zaradených len 28 účastníkov a samotná intervencia do spánku bola testovaná počas jednej noci pomocou ultrazvukovej stimulácie v porovnaní s placebom. Tiež zatiaľ nie je úplne jasné, prečo stimulácia mení REM spánok. Výskumníci predpokladajú, že tento účinok je sprostredkovaný komplexnými sieťami v mozgu. Presný mechanizmus je však stále predmetom ďalšieho skúmania.

Štúdia však ukazuje, že moderné nositeľné technológie sa čoraz viac posúvajú za hranice jednoduchého merania spánku. V budúcnosti by sa mohli potenciálne využiť aj na cielené ovplyvňovanie určitých mozgových aktivít počas spánku. Pre ľudí s poruchami spánku zatiaľ toto zariadenie nepredstavuje dostupnú liečbu. Pre výskum spánku však NEUSLeeP predstavuje zaujímavý nový prístup – najmä preto, že kombinuje meranie a cielenú stimuláciu v jednom nositeľnom systéme. Budúce štúdie musia teraz určiť, či tento technický prelom môže skutočne viesť k bezpečnej a účinnej liečbe pre ľudí s poruchami spánku alebo duševnými poruchami.