眠っている脳の深部構造に到達する機器には、これまで必ず代償が伴ってきた。埋め込み電極は視床下核などの皮質下構造に到達できるが、そのためには外科医が頭蓋骨に穴を開け、脳内に機器を残さなければならない。非侵襲の刺激装置は手術を不要にするが、その場は数センチメートル(1～2インチ)程度で散乱するため、主に大脳皮質に届くだけで、深部の神経回路には作用しない。睡眠中、深部構造が睡眠段階の移行を司るとき、この代償は壁となって立ちはだかる。深部脳に到達するか、眠る人をそのままにしておくかのどちらかしか選べないのである。
テキサス大学オースティン校の工学・睡眠研究チームが開発した新しい機器は、この壁をすり抜けるように設計されている。NEUSLeePと呼ばれるこの機器は、皮膚に貼り付ける柔らかいパッチで、集束超音波アレイとEEG電極を組み合わせており、深部脳の標的を刺激しながら、同時に眠っている脳の活動を記録できる。Nature Communications誌に報告された28人の参加者による試験では、一晩中パッチを装着した結果、レム睡眠が4.6%延長し、最初のレム睡眠までの時間が24%短縮した。
パッチ
NEUSLeePはヘッドセットではなく、小さくて柔軟な絆創膏のような構造だ。中心となるのは同心円状の超音波アレイで、振動子の位相を調整することでビームの向きと焦点を制御できる。集束超音波は頭蓋骨を通過し、組織の深部にある幅数ミリメートル(1インチの数分の一)の一点に収束するが、その過程で組織を加熱したり切断したりすることはない。アレイの周囲には、頭皮の脳波を記録する密着型ハイドロゲル電極と、皮膚に沿ってたわむ柔軟な相互接続部が配置されている。部品はすべて、一晩中の動きにも耐えて装着状態を保つよう設計された、柔らかく生体接着性のある基材に埋め込まれている。
この設計は、超音波を睡眠研究から遠ざけてきた問題、すなわち機械的安定性を解決する。硬い振動子を眠っている頭部に押し当てると位置がずれ、ビームがずれれば深部の標的を捉え続けることはできない。パッチは皮膚に密着し、皮膚とともに動くため、アレイは数時間にわたって位置を保ち、超音波を作動させたまま電極は有効な睡眠段階データを送り続ける。したがって、このパッチは刺激を行いながら睡眠段階をリアルタイムで監視でき、ビームの効果を同じ記録の中で読み取ることができる。
深部の標的:視床下核
標的は視床下核で、大脳基底核の奥深くに埋まる小さなレンズ状の構造である。視床下核は、脚橋被蓋核や黒質網様部など、覚醒と睡眠段階の移行との関連が研究で示されている皮質下構造の間に位置する。この関連性は数十年にわたる臨床観察によって裏付けられている。視床下核に深部脳刺激装置を埋め込んだパーキンソン病患者には睡眠構築と睡眠関連の認知アウトカムの変化がみられており、この小さな核が睡眠の仕組みと結びついていることを示す証拠となっている。
これまで、非侵襲の方法で視床下核を直接調べることはできなかった。経頭蓋電気刺激、経頭蓋磁気刺激、閉ループ聴覚刺激はいずれも空間分解能が低く、標的外への作用があるため、事実上、感覚運動野や前頭前野などの皮質標的に限られていた。集束超音波はこれらとは異なる。頭蓋骨を通して深部に焦点を合わせることができ、手術なしで埋め込み機器に近い空間精度の一部を実現する。パッチのリング型アレイはビームを自在に向けられるようにし、広い領域ではなく特定の核に焦点を合わせることを可能にする。
28泊の試験が示したこと
試験には28人の成人が参加した。健常な睡眠者と、PSQIスクリーニングで自覚的な不眠症状が認められた人が含まれ、公式の臨床診断を受けていた人はいなかった。各参加者は、視床下核へのアクティブな集束超音波刺激とシャム対照を比較する条件下で、パッチを装着したまま睡眠した。睡眠の判定はパッチ自体のEEG電極が行い、差はレム睡眠に現れた。レム睡眠時間は4.6%増加し、睡眠開始から最初のレム睡眠エピソードまでの時間であるレム潜時は24%短縮した。
試験は睡眠段階のほかにも調べた。自律神経調節の指標として睡眠前後に心拍変動が測定され、参加者は感情刺激に対する反応時間と衝動性を調べるハリリ課題を実施し、刺激が感情に関連する行動を変えるかどうかを検証した。これらの測定値は、群(健常対不眠)と条件(アクティブ対シャム)を予測変数、睡眠前の値を共変量として分析された。試験はClinicalTrials.govに登録番号NCT07190287で登録されており、プロトコルはヘルシンキ宣言に基づきテキサス大学オースティン校の治験審査委員会(IRB)の承認を受け、全参加者から書面によるインフォームド・コンセントを得た。
なぜ重要なのか
成人の約14.5%が睡眠の困難を報告しており、睡眠の質の低下はうつ病、不安症、PTSDと結びついている。標準的な選択肢は今も認知行動療法と薬物療法で、どちらも効果がある一方、患者が翌日に感じる残存作用がある。持続する眠気、疲労、記憶力と気分の低下、注意力の持続時間の短縮などである。
NEUSLeePは別の道を示す。研究機器としては因果を調べる道具である。自然な睡眠中に特定の深部神経回路を調節し、その結果を同じ記録の中で読み取ることができる。これは手術なしでは手の届かなかった種類の実験である。治療としては、睡眠を調節する核に働きかけるウェアラブルパッチが、いずれ薬物の全身性の副作用なしに症状の緩和をもたらすかもしれない。レム睡眠に関する結果は控えめだが、主役は効果量ではなくこのプラットフォームである。一晩の間に深部脳回路へ書き込む、非侵襲で時空間的に精密な手段なのである。
限界
結果は初期段階であり、実証として読むべきものである。試験は1件、参加者は28人、臨床診断のない健常な睡眠者と自覚的な不眠症者の混合サンプルであり、この数字は不眠症障害における有効性をまだ確立するものではない。作用機序も未解明のままである。低強度の集束超音波は神経組織を興奮させたり抑制したりできるが、その機械的作用がここで見られた変化にどうつながるのか、視床下核への刺激がなぜレム睡眠をこの方向に動かすのかは、完全には解明されていない。毎晩繰り返し照射した場合の長期的影響と、効果の持続性は検証されていない。この研究を対象とする特許出願が提出されており、機器が臨床で使用されるまでにはなお数年かかる。
雅子 訳
出典
Tang KWK, Baird B, Moscoso-Barrera WD, et al. Skin-attached bioadhesive patch enabling ultrasound deep brain stimulation and real-time electrophysiological monitoring for REM sleep enhancement. Nature Communications. 2026;17:5570. doi: 10.1038/s41467-026-73787-6. ClinicalTrials.gov identifier: NCT07190287.