Các nhà khoa học đang bắt đầu điều chỉnh trực tiếp cấu trúc giấc ngủ của con người như thế nào?

Ngọc Yến
Ngọc Yến
Phản hồi: 0
Bài viết này là sự diễn giải một bài báo học thuật chuyên ngành và không phải là lời khuyên y tế.

Trước đây, việc can thiệp vào giấc ngủ có thể bao gồm sử dụng thuốc hoặc các phương pháp như âm thanh, điện hoặc từ trường để tác động đến hoạt động thần kinh. Hiện nay, các thiết bị như đồng hồ thông minh có thể ghi lại và phân tích các giai đoạn ngủ của một người suốt đêm. Tuy nhiên, việc thực sự đi sâu vào não bộ và kích thích chính xác các nhân sâu liên quan đến giấc ngủ trở nên phức tạp hơn nhiều.

Hiện nay, một miếng dán siêu âm linh hoạt có thể gắn vào đầu đang cố gắng giải quyết vấn đề này.

Mới đây, nhóm nghiên cứu của Phó giáo sư Huiliang Wang tại Đại học Texas ở Austin đã phát triển một miếng dán đeo được có tên là NEUSLeeP.Với trọng lượng chỉ 103,4 gram và độ dày 3,5 mm, thiết bị này cho phép điều trị mà không cần thuốc hoặc phẫu thuật, thông qua việc sử dụng sóng siêu âm hội tụ.Việc kích thích và theo dõi điện sinh lý theo thời gian thực cho phép theo dõi đồng thời hoạt động điện sinh lý của não trong khi kích thích các vùng liên quan đến giấc ngủ sâu.
1786691597675.png
Điều quan trọng cần hiểu là trong quá trình nghiên cứu, các nhà nghiên cứu không chỉ đơn thuần cố gắng kéo dài thời gian ngủ của đối tượng, mà còn nhằm mục đích thay đổi cấu trúc bên trong của giấc ngủ. Thí nghiệm cho thấy các đối tượng đã bước vào giai đoạn ngủ REM...(Giấc ngủ REM) xảy ra trung bình sớm hơn 43 phút và kéo dài hơn khoảng 16 phút ở giai đoạn này.

Công nghệ không xâm lấn này đã chứng minh khả năng dung nạp tốt trong thử nghiệm này và dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong nghiên cứu và can thiệp các bệnh như mất ngủ, trầm cảm và rối loạn căng thẳng sau chấn thương (PTSD) trong tương lai, cung cấp một phương pháp kỹ thuật mới cho nghiên cứu khoa học thần kinh và điều trị rối loạn giấc ngủ tại nhà.

Trọng tâm nghiên cứu chính của Wang Huiliang là phát triển các công cụ mới để điều chỉnh và ghi lại hoạt động thần kinh của các nhóm tế bào thần kinh cụ thể bằng các phương pháp xâm lấn tối thiểu. Trước đây, ông đã được chọn vào danh sách "35 nhà đổi mới dưới 35 tuổi" (TR35) của MIT Technology Review tại Trung Quốc.

Gần đây, bài báo liên quan đã được xuất bản trên Nature Communications[1]. Theo thông tin công khai, nhóm hiện đang thúc đẩy việc thương mại hóa công nghệ và đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế.
1786691634269.png
Thông thường, giấc ngủ bao gồm giấc ngủ NREM (ngủ sâu và ngủ nông) và giấc ngủ REM, trong đó giấc ngủ REM là một giai đoạn đặc biệt trong chu kỳ giấc ngủ kèm theo chuyển động mắt nhanh, thường là giai đoạn mà giấc mơ diễn ra tương đối tập trung. Trên thực tế, giấc ngủ của con người không phải là một quá trình đồng nhất. Suốt đêm, não bộ định kỳ chuyển đổi giữa các giai đoạn khác nhau như NREM và REM.

Giấc ngủ REM đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tâm trạng và thích ứng với căng thẳng, và những bất thường của nó cũng có thể liên quan đến một số rối loạn tâm thần kinh. Trong khi đó, chất lượng giấc ngủ kém cũng có liên quan đến các tình trạng như trầm cảm, lo âu và rối loạn căng thẳng sau chấn thương (PTSD).

Đằng sau các trạng thái ngủ này, không chỉ có vỏ não hoạt động (bao gồm nhiều vùng não sâu như nhân dưới đồi, nhân cuống não, chất đen, hồi hải mã và hạch hạnh nhân). Trong số đó, nhân dưới đồi (STN) là một trong những cấu trúc dưới vỏ não tham gia vào việc điều chỉnh các trạng thái ngủ. Các nghiên cứu kích thích não sâu trước đây cũng đã phát hiện ra rằng việc kích thích STN có thể làm thay đổi cấu trúc giấc ngủ, vì vậy các nhà nghiên cứu đã chọn STN làm mục tiêu điều chỉnh bằng siêu âm trong nghiên cứu này.

Hiện nay, rất nhiều người trên toàn thế giới mắc các vấn đề về giấc ngủ, và phương pháp điều trị lâm sàng chủ yếu dựa vào liệu pháp nhận thức hành vi và liệu pháp dùng thuốc. Mặc dù các phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả, nhưng một số loại thuốc có thể gây ra các tác dụng phụ như buồn ngủ kéo dài, mệt mỏi, suy giảm trí nhớ hoặc tâm trạng, và giảm khả năng tập trung.

Nếu phương pháp này được chứng minh là có thể điều chỉnh giấc ngủ REM một cách ổn định trong tương lai, nó có thể cung cấp một công cụ không xâm lấn để nghiên cứu mối quan hệ giữa giấc ngủ và căng thẳng, điều chỉnh tâm trạng và cho các can thiệp liên quan khác.
1786691663766.png
Toàn bộ hệ thống bao gồm ba phần chính.

Đầu tiên, thiết bị có một mảng đầu dò siêu âm vòng tròn đồng tâm 8 kênh (CRUTA). Tần số trung tâm của nó xấp xỉ 650 kHz, và độ sâu của tiêu điểm siêu âm có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát độ trễ pha giữa các đầu dò vòng khác nhau. Các nhà nghiên cứu đã hướng sóng siêu âm xuyên qua vùng xương thái dương phía trên cung gò má; nhân dưới đồi (STN) nằm cách cửa sổ thái dương này trung bình khoảng 72,2 mm. Thiết bị này dày khoảng 3,5 mm, mỏng hơn khoảng 80% so với các thiết bị kích thích siêu âm hiện có.

Phần thứ hai chịu trách nhiệm "hiểu" vị trí ngủ của đối tượng. NEUSLeeP tích hợp bốn kênh sóng não EEG, một kênh điện nhãn đồ EOG và một kênh điện cơ EMG, đồng thời đã phát triển điện cực hydrogel ASG trở kháng thấp.

Phần thứ ba là một câu hỏi rất thực tế: làm thế nào để giữ thiết bị cố định chắc chắn trên khuôn mặt trong nhiều giờ khi người dùng ngủ, ngay cả khi họ trở mình hoặc đổ mồ hôi?

Để giải quyết những vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển vật liệu keo sinh học Eco-PEIE-Gel. Kết quả cho thấy vật liệu này đạt được độ bám dính trên da là 0,749 N/cm, cải thiện khoảng 2.024% so với Ecoflex-Gel chưa được cải tiến. Ngay cả sau khi sử dụng liên tục trong 8 giờ, các nhà nghiên cứu cũng không quan sát thấy bất kỳ kích ứng da đáng kể nào.

Trên thực tế, NEUSLeeP không chỉ đơn thuần là một đầu dò siêu âm "gắn" vào não người. Thay vào đó, nó thiết kế lại một hệ thống điều biến thần kinh có thể tiếp tục hoạt động ngay cả trong khi ngủ, từ bộ chuyển đổi siêu âm và điện cực điện sinh lý đến vật liệu giao diện da.
1786691692225.png
Để kiểm chứng xem phương pháp mới có thực sự cải thiện giấc ngủ hay không, nhóm nghiên cứu đã tuyển chọn 28 người tham gia, trong đó 16 người thuộc nhóm khỏe mạnh và 12 người còn lại được xếp vào nhóm mất ngủ dựa trên điểm số Chỉ số Chất lượng Giấc ngủ Pittsburgh (PSQI) của họ.

Trong thí nghiệm, mỗi đối tượng ngủ trong hai đêm liên tiếp. Đêm đầu tiên, họ đeo thiết bị NEUSLeeP nhưng không phát ra sóng siêu âm tập trung, đóng vai trò là kích thích giả; đêm thứ hai, họ nhận được kích thích STN-FUS thực sự. Sóng siêu âm được phát mỗi 90 phút, mỗi đợt kích thích kéo dài 5 phút, tổng cộng 5 phiên trong suốt đêm.

Kích thích được sử dụng với tần số lặp xung 100 Hz và mức áp suất âm thanh 0,90 MPa. Cuối cùng, do nhiễu quá mức trong tín hiệu EEG của hai cá nhân, dữ liệu từ 26 người tham gia đã được đưa vào phân tích. Trong suốt thí nghiệm, các nhà nghiên cứu liên tục theo dõi các chỉ số như độ bão hòa oxy trong máu, nhịp tim và huyết áp, và không quan sát thấy sự thay đổi đáng kể nào; việc sử dụng thiết bị liên tục trong 8 giờ cũng không gây kích ứng da đáng kể.

Cụ thể ở nhóm người khỏe mạnh, tỷ lệ giấc ngủ REM tăng từ 15,1% lên 19,4%, và thời gian tiềm ẩn giấc ngủ REM giảm từ 177 phút xuống 124 phút; trong khi ở nhóm người mất ngủ, tỷ lệ giấc ngủ REM tăng từ 17,9% lên 23,2%, nhưng sự thay đổi về thời gian tiềm ẩn giấc ngủ REM ở nhóm này không đạt mức ý nghĩa thống kê.
1786691719663.png
Khi xem xét cả 26 cá nhân, giấc ngủ REM tăng trung bình gần 16 phút, và tỷ lệ giấc ngủ REM trong tổng thời gian ngủ tăng từ 16,3% lên 20,9%, tăng 4,6 điểm phần trăm; thời gian trung bình để bắt đầu giấc ngủ REM cũng tăng khoảng 43 phút. Trong khi đó, không có thay đổi đáng kể nào được quan sát thấy ở số lần thức giấc ban đêm, hiệu quả giấc ngủ hoặc các giai đoạn ngủ khác như N1, N2 và N3.

Ở những người khỏe mạnh, sự thay đổi về biến thiên nhịp tim (HRV) từ trước đến sau khi ngủ cao hơn đáng kể so với khi không có kích thích giả, trong khi không quan sát thấy sự khác biệt tương tự ở nhóm người mất ngủ. Chỉ số này thường được sử dụng để đánh giá hoạt động thần kinh tự chủ và các phản ứng sinh lý liên quan đến căng thẳng.

Hơn nữa, fMRI và bài kiểm tra nhận diện cảm xúc khuôn mặt đã tiết lộ những thay đổi trong hoạt động thần kinh ở các phần của mạch hạch nền-não giữa-thùy thái dương, điều mà các nhà nghiên cứu tin rằng cho thấy STN-FUS cũng có thể ảnh hưởng đến một số phản ứng căng thẳng sau đó ở những người khỏe mạnh.

Điều quan trọng cần hiểu là thử nghiệm này cũng có một số hạn chế nhất định. Ví dụ, đây là thiết kế thử nghiệm mù đơn, tuần tự cố định, và một thử nghiệm ngẫu nhiên, mù đôi, có đối chứng vẫn chưa được tiến hành. Vẫn còn những vấn đề cần được tối ưu hóa, chẳng hạn như độ chính xác khi nhắm mục tiêu và các tác dụng phụ ngoài mục tiêu tiềm ẩn. Cần phải có sự xác nhận trên quy mô lớn hơn trước khi nó có thể được sử dụng như một liệu pháp tại nhà hoặc trong lâm sàng.

Trong giai đoạn nghiên cứu tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự định tiến hành một nghiên cứu quy mô lớn hơn để xác nhận các kết quả sơ bộ và đánh giá xem NEUSLeeP có thể giúp ích cho bệnh nhân mắc chứng rối loạn căng thẳng sau chấn thương, trầm cảm và mất ngủ mãn tính hay không.

Nhìn chung, tín hiệu tích cực thực sự mà NEUSLeeP mang lại không phải là việc phát triển một miếng dán hỗ trợ giấc ngủ hoàn chỉnh, mà là việc tạo ra những khả năng mới cho các hình thức điều biến thần kinh mới: điều biến thần kinh não sâu, trước đây dựa vào các thiết bị phòng thí nghiệm lớn hoặc thậm chí là các điện cực cấy ghép, giờ đây đang được mở rộng sang các kịch bản linh hoạt, có thể đeo được và tự nhiên hơn.

Nếu trong tương lai chúng ta có thể đạt được khả năng nhận diện các giai đoạn giấc ngủ theo thời gian thực và sau đó tự động quyết định khi nào và ở đâu cần kích thích dựa trên trạng thái của não bộ, thì việc can thiệp vào giấc ngủ có thể chuyển từ "giúp mọi người dễ ngủ" sang điều chỉnh chính xác cấu trúc giấc ngủ.

Tài liệu tham khảo:

1. Tang, KWK, Baird, B., Moscoso-Barrera, WD và cộng sự. Miếng dán sinh học gắn trên da cho phép kích thích não sâu bằng siêu âm và theo dõi điện sinh lý thời gian thực để tăng cường giấc ngủ REM. Nat Commun 17, 5570 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73787-6

2.https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260806050709.htm

3.https://bme.utexas.edu/person/huiliang-evan-wang/
 
Back
Top