Kā smadzenes "ierosina" nogurumu: fMRI dinamika aizmigšanas laikā

Dienvidkalifornijas Universitātes (USC) profesora II Gaeza komandas pētījums, kas publicēts žurnālā iScience, demonstrē jaunus objektīvus neiroattēlveidošanas marķierus, kas var noteikt miegainības iestāšanos agrīnā stadijā — pirms cilvēks ir pilnībā aizmidzis.

Uzdevums un atbilstība

Mikromiegs un īslaicīga uzmanības zudums izraisa simtiem ceļu satiksmes negadījumu un darba traumu. Līdz šim bija grūti paredzēt precīzu "aizmigšanas" laiku, izmantojot subjektīvas anketas vai elektroencefalogrammu. Šajā pētījumā pētnieki pētīja, vai ir iespējams noteikt miega sākuma perioda (SOP) sākumu, mainot BOLD signālu funkcionālajā MRI.

Kāpēc tas ir svarīgi?

• Noguruma agrīna diagnostika. Precīzu neirokartīšu identificēšana palīdz izstrādāt metodes autovadītāju un operatoru uzraudzībai, novēršot negadījumus mikromiega dēļ.
• Miega pētījumi. Lēnu BOLD svārstību dinamika varētu kļūt par objektīvu SOP sākuma biomarķieri, papildinot psiholoģiskos un elektrofizioloģiskos testus.
• Neiromodulācija: neirostimulācijas izmantošana talāma vai uzmanības tīklu iedarbībā varētu paildzināt nomodu kritiskās situācijās bez farmakoloģijas.

“Mēs pirmo reizi esam parādījuši, ka pāreju uz miegainību pavada skaidras, reproducējamas BOLD signāla lēno svārstību nobīdes,” komentē II Gaez. “Tas paver ceļu objektīvai noguruma uzraudzībai, pamatojoties uz neiroattēlveidošanu.”

Eksperimentālais dizains

1. Brīvprātīgo kvorums: 20 veseli dalībnieki (10 v/10 sievietes, vecumā no 22 līdz 35 gadiem) bez miega traucējumiem.
2. Miegs MRI skenerī: subjekti gulēja ar aizvērtām acīm un varēja brīvi aizmigt, skenerim atskaņojot fona troksni (80 dB).
   • EEG (paša elektrodi skenerī),
   • EOM (acu kustību amplitūda),
   • Acu plakstiņu novērošanas kamera.
3. SOP definīcija: kombinējot puspievērtus plakstiņus, EEG ritmu palēnināšanos un pirmo reizi izmaiņas BOLD parametros.

BOLD signāla detalizēta analīze

• Zemas frekvences svārstības (0,03–0,07 Hz): SOP sākumposmā šo svārstību amplitūda palielinājās par 30–50 %
  • talāms (nomoda koordinācija),
  • pakauša garoza (vizuālā apstrāde),
  • noklusējuma režīma tīkla (DMN) mezgli: mediālā prefrontālā garoza un PCC.
• Funkcionālā savienojamība:
  • Talāms ↔ prefrontālā garoza: palielinājās par 20%, kas norāda uz pastiprinātu miega signālu “tulkošanu” garozā.
  • Uzmanības tīkls (DAN): Savienojumi starp parietālo un frontālo daivu samazinājās par 15%, kas atspoguļo ārējās orientācijas pavājināšanos.

Korelācija ar nogurumu

• Individuālās atšķirības: Dalībniekiem ar mazāku 24 stundu miegu (<6 h) bija agrāks un izteiktāks zemfrekvences svārstību pieaugums.
• Uzvedības dati: Pirmās mikromiega pazīmes (aizkavēta reakcija uz vienkāršu vizuālu uzdevumu MRI) sakrita ar talāma-DMN BOLD ass maksimālo amplitūdu.

Iespējamie pielietojumi

1. Vadītāja un operatora uzraudzība: fMRI rezultātu pārsūtīšana uz pārnēsājamām fMRI vai EEG ierīcēm noguruma agrīnai brīdināšanai.
2. Personalizēti darba grafiki: individuālā SOP “sliekšņa” ņemšana vērā, plānojot maiņas un atpūtu, tādējādi samazinot negadījumu skaitu.
3. Miega terapija: kofeīna, īsu snaudu un neiromodulācijas (transkraniālās magnētiskās stimulācijas) ietekmes uz BOLD maiņu palēnināšanu pārbaude.

Autoru citāti

“Mēs pirmo reizi esam parādījuši, kā lēnas BOLD svārstības talāmā un garozā paredz miega iestāšanos,” komentē profesors Gaess. “Tas paver ceļu objektīvu “fizioloģisko acu” izstrādei modrības uzraudzībai.”

“Mūsu atklājumi ļauj mums pārskatīt noguruma pārvaldību: vairs nepietiek tikai jautāt: “Kā jūs gulējāt?” — mums ir jāspēj “redzēt” smadzenes,” piebilst līdzautors Dr. Li Dzjins.

Autori izceļ šādus galvenos punktus:

• Marķieru neirobioloģiskā ticamība
  “BOLD signāla zemfrekvences svārstību pieaugums talāmā un pasīvā režīma tīklā nepārprotami korelē ar objektīvām miegainības pazīmēm (plakstiņu aizvēršanās, EEG palēnināšanās),” atzīmē II Gaez. “Tas pierāda, ka SOP var “redzēt” ne tikai pēc uzvedības, bet arī tieši pēc smadzeņu aktivitātes.”

• Individuālās atšķirības
  “Mēs atklājām, ka cilvēkiem ar hronisku miega trūkumu bija agrākas un izteiktākas BOLD izmaiņas,” saka Dr. Lī. “Tas paver iespēju personalizēt noguruma apkarošanas stratēģijas: dažiem var būt nepieciešams biežāks “mikromiegs”, bet citiem var būt nepieciešama gaismas terapija vai neirostimulācija.”

• Pārvēršana praksē
  “Nākamais solis ir pielāgot šos marķierus pārnēsājamām tehnoloģijām (fNCD, sausās EEG kapsulas), lai reāllaikā uzraudzītu autovadītāju un operatoru modrību,” piebilst profesors Martinezs.

• Klīniskās perspektīvas
  “Atrastās izmaiņas var arī palīdzēt diagnosticēt miega traucējumus: bezmiegs, apnoja un narkolepsija atšķirīgi ietekmē SOP agrīno fāzi, un BOLD marķieris palīdzēs atšķirt šos stāvokļus,” secina Dr. Singhs.

Šis pētījums paver ceļu negadījumu un traumu novēršanas neirotehnoloģijām, kuru pamatā ir reāllaika un individuāli miegainības sākuma marķieri, un sola padarīt ceļus un rūpnieciskās teritorijas drošākas.