新技術(shù)利用聲音影響失智癥患者的腦電波和睡眠

2024-06-19 15:50

一項(xiàng)新研究表明，使用聲音刺激特定的腦電波有潛力幫助患有失智癥或認(rèn)知能力下降的人更好地入睡。睡眠障礙是失智癥的常見(jiàn)特征，可能影響多達(dá)一半的失智癥患者。

《醫(yī)學(xué)快訊》

6月18日消息

在研究期間，薩里大學(xué)（University of Surrey）和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院（Imperial College London）英國(guó)失智癥研究中心護(hù)理研究與技術(shù)中心（UK Dementia Research Institute Centre for Care Research & Technology）的研究團(tuán)隊(duì)使用聲音刺激來(lái)精確瞄準(zhǔn)一種名為 α 節(jié)律的腦電波，以研究大腦如何響應(yīng)。這項(xiàng)研究近日發(fā)表在《公共科學(xué)圖書(shū)館：生物學(xué)》（PLOS Biology）雜志上。

研究于2024年6月18日發(fā)表在《PLOS Biology》（最新影響因子：9.8）雜志上

α 節(jié)律與記憶和感知有關(guān)，而在經(jīng)歷認(rèn)知能力下降和失智癥的人群中已觀察到這些節(jié)律的變化。

資深作者、薩里大學(xué)心理神經(jīng)科學(xué)高級(jí)講師 Ines Violante 博士解釋說(shuō)：“ α 振蕩是我們大腦電活動(dòng)的一個(gè)決定性特征，但我們?nèi)匀徊煌耆私馑鼈冊(cè)谒茉旎敬竽X功能中的作用。”

“使用聲音是一種強(qiáng)大且非侵入性的方法來(lái)刺激大腦內(nèi)的某些振蕩。重要的是，我們要找到操縱這些振蕩的方法，以創(chuàng)建治療應(yīng)用工具，因?yàn)槲覀冎溃诎柎暮Ｄ〉燃膊≈校竽X振蕩會(huì)變慢。”

在一系列實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了一種名為 α 閉環(huán)聽(tīng)覺(jué)刺激（Alpha Closed-Loop Auditory Stimulation，αCLAS）的創(chuàng)新大腦調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)將聲音與 α 節(jié)律的精確相位同步。為了監(jiān)測(cè)刺激的效果，研究人員持續(xù)實(shí)時(shí)讀取大腦的電活動(dòng)測(cè)量值，當(dāng)腦電波達(dá)到特定相位時(shí)，向參與者播放一種聲音（一陣粉色噪音）。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和相位鎖定驗(yàn)證

研究人員觀察到，根據(jù)聲音播放的相位不同，α 節(jié)律會(huì)變快或變慢。這種影響還取決于 α 振蕩在大腦中的來(lái)源。

薩里大學(xué)前博士生、該論文的第一作者 Henry Hebron 博士指出：“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們使用閉環(huán)方法針對(duì) α 節(jié)律本身進(jìn)行處理時(shí)，可以通過(guò)聲音來(lái)操縱 α 振蕩。令人驚訝的是，當(dāng)我們?cè)趨⑴c者入睡時(shí)進(jìn)行 αCLAS 實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到在特定相位的聲音會(huì)阻止他們進(jìn)入更深的睡眠階段（但不會(huì)喚醒他們），而在不同相位播放相同的聲音則不會(huì)產(chǎn)生干擾。

“關(guān)于神經(jīng)振蕩依賴(lài)行為，還有很多需要探索的地方，我們認(rèn)為，像我們?cè)谶@里實(shí)施的閉環(huán)方法可能是關(guān)鍵。”

研究人員表示，現(xiàn)在他們已經(jīng)證明能夠通過(guò)聲音影響 α 波，下一步將是探索是否能夠以某種方式修改這些波，以增強(qiáng)認(rèn)知和睡眠，這可能最終會(huì)使失智癥患者受益。

薩里睡眠研究中心主任、英國(guó)失智癥研究中心護(hù)理研究與技術(shù)中心研究小組組長(zhǎng) Derk-Jan Dijk 教授說(shuō)：“關(guān)于 α 節(jié)律在睡眠和認(rèn)知中的作用，還有很多有待發(fā)現(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)推動(dòng)我們的理解，并改善失智癥患者的睡眠功能。我們現(xiàn)在正在研究這種閉環(huán)聽(tīng)覺(jué)刺激方法對(duì)快速眼動(dòng)睡眠的影響，在快速眼動(dòng)睡眠中，α 節(jié)律是存在的，但其作用仍然未知。”

始建于1891年的英國(guó)薩里大學(xué)

腦波，也稱(chēng)為腦電波，是神經(jīng)元細(xì)胞之間傳遞信息時(shí)產(chǎn)生的生物電信號(hào)。這些信號(hào)是大腦皮質(zhì)中的錐體細(xì)胞突觸活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離子交換而產(chǎn)生的電波信號(hào)。腦波可以通過(guò)特定的儀器在頭皮上采集并記錄下來(lái)，用于分析大腦的活動(dòng)狀態(tài)。

根據(jù)頻率的不同，腦波可以分為多種類(lèi)型，包括δ波、θ波、α波、β波等。每種波形都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和代表的大腦狀態(tài)：

δ波：頻率在0.5~4Hz之間，通常出現(xiàn)在成人入睡后，或處于極度疲勞或麻醉時(shí)，在顳葉和枕葉比較明顯。它代表深度睡眠狀態(tài)。

θ波：頻率在4~7Hz之間，這種波在淺睡眠、放松和冥想等狀態(tài)下較為明顯，與大腦處于放松模式相關(guān)。

α波：頻率在8~13Hz之間，是健康成人腦波的主要成分。在覺(jué)醒安靜閉目狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的數(shù)量最多且振幅也最高，平均振幅在30～50μV，主要分布于頂枕區(qū)，一般呈正弦波樣。當(dāng)進(jìn)入睡眠或睜開(kāi)眼睛、注意力集中時(shí)，α波會(huì)減少，并由較高頻率的β波代替。α波隨腦發(fā)育成熟或年齡的變化而變化，對(duì)少兒，隨著腦的發(fā)育α波數(shù)量逐漸增多，頻率逐漸提高，至成年期趨于穩(wěn)定，到老年期α波則逐漸變慢。

β波：頻率在14~30Hz之間，振幅一般5～30μV，它遍及整個(gè)大腦，主要分布于前半球及顳區(qū)。約有6%的健康成人的腦電圖以β波活動(dòng)為主。β波通常出現(xiàn)在大腦處于警覺(jué)、專(zhuān)注和思考等狀態(tài)下，與大腦的高度活躍狀態(tài)相關(guān)。情緒不穩(wěn)、應(yīng)用鎮(zhèn)靜催眠劑等藥物時(shí)β波常會(huì)增多，振幅增高。此外，β波還可以細(xì)分為Smr波、βl波（低β波）和βh波（高β波）。

腦波的產(chǎn)生與神經(jīng)元活動(dòng)、突觸傳遞、膜電位變化、離子通道功能以及神經(jīng)遞質(zhì)等多種因素密切相關(guān)。這些因素共同作用，導(dǎo)致大腦中電信號(hào)的異常放電，進(jìn)而形成特定模式的腦電波。

總的來(lái)說(shuō)，腦波是大腦活動(dòng)的電生理表現(xiàn)，通過(guò)分析腦波的特征，可以了解大腦的功能狀態(tài)和神經(jīng)活動(dòng)的變化。這對(duì)于研究大腦的認(rèn)知功能、診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及評(píng)估腦健康等具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

Source：University of Surrey

New technique uses sound to influence brain waves and sleep in dementia

Reference：

Hebron H, Lugli B, Dimitrova R, Jaramillo V, Yeh LR, Rhodes E, et al. (2024) A closed-loop auditory stimulation approach selectively modulates alpha oscillations and sleep onset dynamics in humans. PLoS Biol 22(6): e3002651. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002651

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原文標(biāo)題 : 新技術(shù)利用聲音影響失智癥患者的腦電波和睡眠