数十年にわたり、脳深部の構造を電気的に刺激する唯一の方法は、頭蓋骨に穴を開けて電極を埋め込むことだった。テキサス大学オースティン校が開発した新しい装置は、それとはほぼ逆のことをする。皮膚に貼り付ける柔軟なパッチが、集束超音波を脳内7センチメートル（2.8インチ）まで届ける。これは視床下核に到達するのに十分な深さで、28人を対象とした試験では、睡眠を測定可能な形で変化させた。レム睡眠までの時間は43分短縮し、レム睡眠の持続時間は約16分延びたが、他の睡眠段階に変化はなかった。
NEUSLeeP（非侵襲的電気生理記録・超音波神経調節睡眠パッチの略称）と名付けられたこの装置は、2つの技術を1つのウェアラブルに組み合わせている。8チャンネルで厚さがわずか3ミリメートル（0.12インチ）強の同心円リング型超音波トランスデューサーアレイは、各リングの位相を調整することで深さ方向に焦点を移動できる集束ビームを生成する。その周囲には、脳波4チャンネルに加えて眼球運動と筋電のチャンネルを備えた柔らかいハイドロゲル電極が配置され、刺激を行いながら睡眠段階を記録する。装置全体の重さは約103グラム（3.6オンス）で、生体接着性エラストマーによって皮膚に密着する。
試験は視床下核を標的とした。視床下核は成人の脳で頭皮から約72ミリメートル（2.8インチ）下にある構造で、パーキンソン病における脳深部刺激の標的として最もよく知られている。この選択は意図的なものだった。視床下核（STN）は深部に位置するため、非侵襲的超音波が、これまで埋め込み電極でのみ到達可能だった構造に届くかどうかを試す厳しい試験となる。刺激には100ヘルツのパルスが用いられた。この周波数は、初期のパイロット研究で抑制作用を示したように見えたもので、臨床における視床下核脳深部刺激が睡眠に及ぼす効果を反映している。
主な結果は被験者内比較によるものだ。レム睡眠潜時は平均177分から135分に短縮され、24%の減少となった。また、総睡眠時間に占めるレム睡眠の割合は16.3%から20.9%に上昇した。この試験は、超音波が不眠症を治療できるかどうかを調べるものではなく、無傷の頭蓋骨を通した深部構造への標的神経調節が、明確に定義された生理状態を変化させられることの証明だった。著者らは、総睡眠時間の約4.6%に相当するレム睡眠の増加が、初期の研究で侵襲的なSTN刺激が達成した値を上回ると指摘している。皮膚に触れるだけの装置としては際立った点だ。
工学的な側面も、生理学的な側面と同じくらい顕著だ。生体接着剤はシリコーンエラストマーとPEIEと呼ばれるポリマーの複合材料で、ベース材料単体の約20倍の皮膚接着力を達成し、超音波を最小限の損失で透過させる音響カップラントを兼ねている。ハイドロゲル電極のインピーダンスは、睡眠段階の判定に重要な帯域において、市販の脳波電極の約半分だ。別の検証では、パッチによる睡眠段階判定は、標準的な32チャンネルの臨床用ヘッドキャップと、コーエンのカッパ係数0.88というほぼ完全な一致を示し、使用する電極は6つだけだった。パッチは8時間の装着後も、皮膚刺激は無視できる程度しか残さなかった。
作用機序には慎重な解釈が必要だ。超音波神経調節は実在する現象だが、完全には解明されていない。有力な仮説は、直接的な電気的興奮ではなく、イオンチャネルと細胞膜への機械的効果を想定している。今回の研究で観察された100ヘルツの抑制作用は、このパッチが脳深部刺激が到達するのと同じ神経回路に影響を与えているという考えと整合する。しかし、音響圧力から睡眠構築の変化に至る生物学的な連鎖は、まだ完全には解明されていない。デレーティング後の音響圧力は0.9メガパスカル（130 psi）で、経頭蓋超音波について一般に引用される安全閾値を上回っており、試験はDARPAの監督のもと、承認されたプロトコルで実施された。
結果指標としてレム睡眠を選んだ点は意義深い。レム睡眠には明確な生理学的マーカーがあり、測定が可能だ。また、交代制勤務の労働者から高齢者、特徴的にレム睡眠パターンが乱れるうつ病患者まで、多くの人がレム睡眠に到達したり維持したりすることに苦労している。この試験は、これらの状態のいずれかを治療できると主張するものではなく、技術の実証を示すものだ。しかし、測定可能な形で睡眠構築を変化させる方向に脳深部の構造を動かせる非侵襲的ウェアラブルは、非侵襲的な介入に対して著しく抵抗性を示してきた一連の問題に対して、研究者に新たな実験ツール、そして潜在的な治療ツールをもたらす。
実用的な利点もある。睡眠測定のゴールドスタンダードであるポリソムノグラフィーは、検査室、技師、32チャンネルの電極キャップを必要とする。NEUSLeePパッチは検査室を必要とせず、6つの電極で同等の睡眠段階判定を行う。つまり、睡眠研究は診療所から家庭へと移る可能性があり、睡眠記録は一晩限りのスナップショットではなく、継続的で低コストのモニタリングツールになる可能性がある。睡眠を測定し、同時に調節できるウェアラブルは、実験室の珍品以上のものだ。
限界はパイロット研究としての限界だ。参加者は28人、標的は1つの構造のみで、結果は臨床的な利益ではなく実現可能性を示すにとどまる。効果が繰り返しの使用でも持続するのか、健康な睡眠者ではなく不眠症の人にも効果が及ぶのか、より深部やより外側の構造に到達できるのかは、いずれも未解決の課題として残る。この試験が示したのは、非侵襲的脳調節のツールボックスが拡大したことだ。こめかみに貼るパッチが、かつて手術室を必要としたことを、少なくとも小規模な形で実現できるようになった。
雅子 訳
Sources: Tang, K.W.K., Baird, B., Moscoso-Barrera, W.D. et al. Skin-attached bioadhesive patch enabling ultrasound deep brain stimulation and real-time electrophysiological monitoring for REM sleep enhancement. Nature Communications 17, 5570 (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73787-6.