新技术利用声音影响失智症患者的脑电波和睡眠

一项新研究表明,使用声音刺激特定的脑电波有潜力帮助患有失智症或认知能力下降的人更好地入睡。睡眠障碍是失智症的常见特征,可能影响多达一半的失智症患者。

一项新研究表明,使用声音刺激特定的脑电波有潜力帮助患有失智症或认知能力下降的人更好地入睡。睡眠障碍是失智症的常见特征,可能影响多达一半的失智症患者。

《医学快讯》

6月18日消息

在研究期间,萨里大学(University of Surrey)和伦敦帝国理工学院(Imperial College London)英国失智症研究中心护理研究与技术中心(UK Dementia Research Institute Centre for Care Research & Technology)的研究团队使用声音刺激来精确瞄准一种名为 α 节律的脑电波,以研究大脑如何响应。这项研究近日发表在《公共科学图书馆:生物学》(PLOS Biology)杂志上。

研究于2024年6月18日发表在《PLOS Biology》(最新影响因子:9.8)杂志上

α 节律与记忆和感知有关,而在经历认知能力下降和失智症的人群中已观察到这些节律的变化

资深作者、萨里大学心理神经科学高级讲师 Ines Violante 博士解释说:“ α 振荡是我们大脑电活动的一个决定性特征,但我们仍然不完全了解它们在塑造基本大脑功能中的作用。”

使用声音是一种强大且非侵入性的方法来刺激大脑内的某些振荡。重要的是,我们要找到操纵这些振荡的方法,以创建治疗应用工具,因为我们知道,在阿尔茨海默病等疾病中,大脑振荡会变慢。”

在一系列实验中,研究人员使用了一种名为 α 闭环听觉刺激(Alpha Closed-Loop Auditory Stimulation,αCLAS)的创新大脑调制技术,该技术将声音与 α 节律的精确相位同步为了监测刺激的效果,研究人员持续实时读取大脑的电活动测量值,当脑电波达到特定相位时,向参与者播放一种声音(一阵粉色噪音)。

实验设计和相位锁定验证

研究人员观察到,根据声音播放的相位不同,α 节律会变快或变慢。这种影响还取决于 α 振荡在大脑中的来源

萨里大学前博士生、该论文的第一作者 Henry Hebron 博士指出:“我们发现,当我们使用闭环方法针对 α 节律本身进行处理时,可以通过声音来操纵 α 振荡。令人惊讶的是,当我们在参与者入睡时进行 αCLAS 实验时,观察到在特定相位的声音会阻止他们进入更深的睡眠阶段(但不会唤醒他们),而在不同相位播放相同的声音则不会产生干扰

“关于神经振荡依赖行为,还有很多需要探索的地方,我们认为,像我们在这里实施的闭环方法可能是关键。”

研究人员表示,现在他们已经证明能够通过声音影响 α 波,下一步将是探索是否能够以某种方式修改这些波,以增强认知和睡眠,这可能最终会使失智症患者受益

萨里睡眠研究中心主任、英国失智症研究中心护理研究与技术中心研究小组组长 Derk-Jan Dijk 教授说:“关于 α 节律在睡眠和认知中的作用,还有很多有待发现。这项技术可能会推动我们的理解,并改善失智症患者的睡眠功能。我们现在正在研究这种闭环听觉刺激方法对快速眼动睡眠的影响,在快速眼动睡眠中,α 节律是存在的,但其作用仍然未知。”

始建于1891年的英国萨里大学

脑波,也称为脑电波,是神经元细胞之间传递信息时产生的生物电信号。这些信号是大脑皮质中的锥体细胞突触活动时产生的离子交换而产生的电波信号。脑波可以通过特定的仪器在头皮上采集并记录下来,用于分析大脑的活动状态。

根据频率的不同,脑波可以分为多种类型,包括δ波、θ波、α波、β波等。每种波形都有其独特的特点和代表的大脑状态:

δ波:频率在0.5~4Hz之间,通常出现在成人入睡后,或处于极度疲劳或麻醉时,在颞叶和枕叶比较明显。它代表深度睡眠状态。

θ波:频率在4~7Hz之间,这种波在浅睡眠、放松和冥想等状态下较为明显,与大脑处于放松模式相关。

α波:频率在8~13Hz之间,是健康成人脑波的主要成分。在觉醒安静闭目状态时出现的数量最多且振幅也最高,平均振幅在30~50μV,主要分布于顶枕区,一般呈正弦波样。当进入睡眠或睁开眼睛、注意力集中时,α波会减少,并由较高频率的β波代替。α波随脑发育成熟或年龄的变化而变化,对少儿,随着脑的发育α波数量逐渐增多,频率逐渐提高,至成年期趋于稳定,到老年期α波则逐渐变慢。

β波:频率在14~30Hz之间,振幅一般5~30μV,它遍及整个大脑,主要分布于前半球及颞区。约有6%的健康成人的脑电图以β波活动为主。β波通常出现在大脑处于警觉、专注和思考等状态下,与大脑的高度活跃状态相关。情绪不稳、应用镇静催眠剂等药物时β波常会增多,振幅增高。此外,β波还可以细分为Smr波、βl波(低β波)和βh波(高β波)。

脑波的产生与神经元活动、突触传递、膜电位变化、离子通道功能以及神经递质等多种因素密切相关。这些因素共同作用,导致大脑中电信号的异常放电,进而形成特定模式的脑电波。

总的来说,脑波是大脑活动的电生理表现,通过分析脑波的特征,可以了解大脑的功能状态和神经活动的变化。这对于研究大脑的认知功能、诊断神经系统疾病以及评估脑健康等具有重要意义。

参考文献

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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       原文标题 : 新技术利用声音影响失智症患者的脑电波和睡眠

(来源:维科网)
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