Како мозак „сугерише“ умор: фМРИ динамика током заспања

Студија тима професора II Гаеза са Универзитета Јужне Калифорније (USC), објављена у часопису iScience, демонстрира нове објективне неуроимаџинг маркере који могу да детектују почетак поспаности у раној фази - пре него што особа потпуно заспи.

Задатак и релевантност

Микросан и тренутни губитак пажње доводе до стотина саобраћајних незгода и повреда на раду. До сада је било тешко предвидети тачно време „успавања“ коришћењем субјективних упитника или електроенцефалограма. У овој студији, истраживачи су испитали да ли је могуће детектовати почетак периода почетка спавања (SOP) променама у BOLD сигналу на функционалној магнетној резонанцији.

Зашто је ово важно?

• Рана дијагноза умора. Идентификација прецизних неуромапа помаже у развоју метода за праћење возача и оператера, спречавајући несреће услед микроспавања.
• Истраживање сна. Динамика спорих BOLD осцилација може постати објективни биомаркер почетка SOP-а, допуњујући психолошке и електрофизиолошке тестове.
• Неуромодулација: Циљање таламуса или мрежа пажње неуростимулацијом могло би продужити будност у критичним ситуацијама без фармакологије.

„Први пут смо показали да прелазак у поспаност прате јасне, репродуцибилне промене у спорим флуктуацијама BOLD сигнала“, коментарише II Gaez. „Ово отвара пут објективном праћењу умора на основу неуроимаџинга.“

Експериментални дизајн

1. Кворум волонтера: 20 здравих учесника (10 мушкараца/10 жена, старости 22–35 година) без поремећаја спавања.
2. Спавање у МРИ скенеру: Испитаници су лежали затворених очију и дозвољено им је да слободно заспу уз позадинску буку (80 dB) на скенеру.
   • ЕЕГ (сопствене електроде у скенеру),
   • Амплитуда покрета ока (EOM),
   • Камера за надзор капака.
3. Дефиниција СОП-а: комбинацијом полузатворених капака, успоравања ЕЕГ ритмова и, по први пут, променама БОЛД параметара.

Детаљна анализа BOLD сигнала

• Флуктуације ниске фреквенције (0,03–0,07 Hz): у раним фазама SOP-а, амплитуда ових осцилација се повећала за 30–50% у
  • таламус (координација будности),
  • окципитални кортекс (визуелна обрада),
  • чворови мреже подразумеваног режима (DMN): медијални префронтални кортекс и PCC.
• Функционална повезаност:
  • Таламус ↔ префронтални кортекс: повећан за 20%, што указује на повећано „превођење“ сигнала спавања у кортекс.
  • Мрежа пажње (DAN): Везе између паријеталног и фронталног режња смањене су за 15%, што одражава слабљење спољашње оријентације.

Корелација са умором

• Индивидуалне разлике: Учесници са мање 24-часовног сна (<6 сати) показали су раније и израженије повећање нискофреквентних осцилација.
• Подаци о понашању: Први знаци микро-сна (одложени одговор на једноставан визуелни задатак на МРИ) поклопили су се са вршном амплитудом таламус-DMN BOLD осе.

Могуће примене

1. Праћење возача и оператера: пренос фМРИ налаза на преносиве фМРИ или ЕЕГ уређаје ради раног упозоравања на умор.
2. Персонализовани распореди рада: узимајући у обзир индивидуални „праг“ СОП-а приликом планирања смена и одмора, смањујући незгоде.
3. Терапија спавања: тестирање ефеката кофеина, кратких дремки и неуромодулације (транскранијална магнетна стимулација) на успоравање БОЛД промена.

Цитати аутора

„Први пут смо показали како споре BOLD осцилације у таламусу и кортексу предвиђају почетак сна“, коментарише проф. Гаез. „Ово отвара пут развоју објективних 'физиолошких очију' за праћење будности.“

„Наши налази нам омогућавају да преиспитамо управљање умором: више није довољно питати: 'Како сте спавали?' – морамо бити у стању да 'видимо' мозак“, додаје коаутор др Ли Ђинг.

Аутори истичу следеће кључне тачке:

• Неуробиолошка поузданост маркера
  „Повећање нискофреквентних флуктуација BOLD сигнала у таламусу и мрежи пасивног режима јасно корелира са објективним знацима поспаности (затварање капака, успоравање ЕЕГ-а), - напомиње И.И. Гаез. - Ово доказује да се СОП може „видети“ не само понашањем, већ и директно можданом активношћу.“

• Индивидуалне разлике
  „Открили смо да људи са хроничним недостатком сна показују раније и израженије промене у BOLD-у“, каже др Ли. „Ово отвара могућност персонализације стратегија за борбу против умора: некима може бити потребан чешћи 'микросан', док другима може бити потребна светлосна терапија или неуростимулација.“

• Примена у пракси
  „Следећи корак је прилагођавање ових маркера преносивим технологијама (фНЦД, суве ЕЕГ капе) како би се пратила будност у реалном времену код возача и оператера“, додаје проф. Мартинез.

• Клиничке перспективе
  „Пронађене промене могу такође помоћи у дијагностиковању поремећаја спавања: несаница, апнеја и нарколепсија имају различите ефекте на рану фазу СОП-а, а BOLD маркер ће помоћи у диференцирању ових стања“, закључује др Синг.

Ово истраживање отвара пут неуротехнологијама за превенцију несрећа и повреда заснованим на маркерима појаве поспаности у реалном времену и индивидуалним маркерима, и обећава да ће учинити путеве и индустријске локације безбеднијим.