私たちが夢を見るとき、脳は、起きているときとほとんど同じように見えるノイズの多い電気活動で満たされます。
しかし、カリフォルニア大学バークレー校の研究者は、夢を見る、またはレム睡眠を独自に定義するノイズから信号を取り出し、睡眠障害の人々、および意識のない昏睡患者や麻酔のかかった人たちを容易にモニタリング可能にできるようにしました。「これらの新しい発見は、人間の脳の静電気には、まったくユニークな何か、つまり単純なサインがあることを示します」と、共著者で睡眠研究者のMatthew Walker氏は述べました。 「そして、その単純な電気的サインを測定すれば、初めて、誰かが経験している意識状態が、夢を見ているのか、大きく目覚めているのか、麻酔がかかっているのか、深い眠りについているのかを正確に判断できるのです」
EEGによってレム睡眠を区別することができれば、医師は手術中に麻酔をかけた人々をモニターして、麻薬による意識喪失が通常の睡眠とどう異なるかを調べることができます-この問題はまだ未解決のままです。 このことが、筆頭著者である麻酔科研修医のJanna Lendner氏がこの研究を始めた主な理由です。
「私たちはよく患者に『これから眠りますよ』と言いますが、この2つの状態が実際にどれくらい重なっているか興味がありました」と、ドイツ、チュービンゲンの大学医療センターで麻酔科研修医4年目のUC Berkeley博士研究員のLendner氏は述べました。 「麻酔には副作用があります。 それらがどのように重なり合うのかについて少し学べば–もしかしたら麻酔はいくつかの睡眠経路をハイジャックするのかもしれませんが–、長期的には麻酔を改善できるかもしれません」
睡眠は脳を癒す
睡眠は、ウォーカーが2017年の著書「なぜ我々は眠るのか」の中で、「学習、記憶、そして論理的決定や選択をする能力を含む、多様な機能を豊かにする」と述べているように、睡眠はその機能を向上させます。 心理的な健康を有益に整備し、睡眠は感情的な脳回路を再調整し、翌日の社会的・心理的な課題を冷静にナビゲートできるようにします」
睡眠が乱れるとこれらすべてが妨げられ、医学、精神医学、神経学の病気のリスクが高まります
ほとんどの睡眠研究は、夜の最初の数時間で典型的に深い眠りを告げる遅い波から夢睡眠で典型的になる高い周波数の波までの脳の神経ネットワークを流れる同調しリズムのある波について焦点を当てています。 これらの波は、1/fとも呼ばれる多くの一般的な活動の上に飛び出しており、一般的にはノイズとして処理され無視されてきました
が、ナイトと彼の研究室は、この「ノイズ」を10年間調べ続け、脳の状態に関する有益な情報が含まれていることを発見しました。 たとえば2015年、彼と、現在カリフォルニア大学サンディエゴ校の教員である元博士課程の学生ブラッドリー・ボイテックは、高周波の活動量が年齢とともに増加することを発見しました。 レンドナーは今回、低周波活動に比べて高周波活動の低下が早いことが、レム睡眠に特有の特徴であることを発見しました。
「リズムのない背景活動があり、私たちはそれをかなり長い間見落としてきました」とレンドナーは述べています。 「時にはノイズと呼ばれることもありますが、それはノイズではなく、根本的な覚醒レベルに関する多くの情報を持っているのです。 この測定により、脳波だけを見れば、レム睡眠と覚醒状態を区別できるようになります」
徐波は脳内の活動の抑制と関連しており、一方、覚醒時に見られるような高周波の活動は、興奮性の行動と関連しているため、より鮮明なドロップオフは、筋肉の動きに関連するものを含む脳内の多くの活動が、レム睡眠中に抑制されることを示している可能性があります。
この新しい測定法は、異なる周波数での脳活動の関係、すなわち1秒間に約1サイクルから50サイクルまでの周波数でどれだけの活動があるかを定量化し、傾き、すなわちスペクトルがどれだけ速く低下するかを決定するものである。 この1/f「ドロップオフ」は、覚醒時や麻酔時よりもレム睡眠時に鋭くなる。
レンドナーは、ウォーカーのカリフォルニア大学バークレー校睡眠研究所でEEG頭皮電極を介して記録した20人の夜間の脳活動、および発作を緩和する脳手術に必要な前段階として、てんかんの原因を探るために脳内に電極を装着した10人でこの特性指標を見いだした。
彼女はまた、12人のてんかん患者と、一般的な全身麻酔薬であるプロポフォールで脊髄手術を受けた他の9人の脳活動を記録しました。
Lendner氏は現在、昏睡患者の脳記録を見直し、脳活動が1日の間にどのように変化するか、また1/fドロップオフが昏睡からの脱出の可能性を示すのに使えるかどうかを確認しています。
「より重要なことは、これが昏睡状態の評価のための別の尺度だと思います」と、Knight氏は語っています。 「1/fは非常に敏感です。 例えば、誰かが最小限の意識状態にあり、動いていないのか、そして、あなたが思っている以上に警戒しているのかを解決することができる」
参考文献。 Lendner, J. D., Helfrich, R. F., Mander, B. A., Romundstad, L., Lin, J. J., Walker, M. P., Larsson, P. G., & Knight, R. T. (2020)（2012）. ヒトにおける覚醒度の電気生理学的マーカー。 ELife, 9, e55092. https://doi.org/10.7554/eLife.55092