כיצד המוח "מרמז" על עייפות: דינמיקת fMRI במהלך הירדמות

מחקר של צוותו של פרופסור II גאז מאוניברסיטת דרום קליפורניה (USC), שפורסם ב- iScience, מדגים סמני הדמיה אובייקטיביים חדשים שיכולים לזהות את תחילת הנמנום בשלב מוקדם - לפני שאדם ישן לחלוטין.

משימה ורלוונטיות

מיקרו-שינה ואובדן קשב רגעי מובילים למאות תאונות דרכים ופגיעות בעבודה. עד כה, היה קשה לחזות את הזמן המדויק של "הירדמות" באמצעות שאלונים סובייקטיביים או אלקטרואנצפלוגרם. במחקר זה, החוקרים בדקו האם ניתן לזהות את תחילת תקופת ההתחלה של השינה (SOP) על ידי שינויים באות BOLD ב-MRI תפקודי.

למה זה חשוב?

• אבחון מוקדם של עייפות. זיהוי של נוירומיפות מדויקות מסייע בפיתוח שיטות לניטור נהגים ומפעילים, ובכך למנוע תאונות עקב מיקרו-שינה.
• מחקר שינה. דינמיקה של תנודות BOLD איטיות עשויה להפוך לסמן ביולוגי אובייקטיבי להופעת SOP, וישלים בדיקות פסיכולוגיות ואלקטרופיזיולוגיות.
• נוירומודולציה: מיקוד התלמוס או רשתות הקשב באמצעות נוירוגירוי יכול להאריך את הערות במצבים קריטיים ללא טיפול פרמקולוגי.

"הראינו לראשונה שהמעבר לנמנום מלווה בשינויים ברורים וניתנים לשחזור בתנודות האיטיות של אות BOLD", מעיר II Gaez. "זה פותח את הדרך לניטור אובייקטיבי של עייפות המבוסס על הדמיה עצבית."

עיצוב ניסיוני

1. מניין המתנדבים: 20 משתתפים בריאים (10 חודשים/10 נשים, בגילאי 22-35 שנים) ללא הפרעות שינה.
2. שינה בסורק MRI: הנבדקים שכבו בעיניים עצומות והורשו להירדם בחופשיות כאשר הסורק משמיע רעשי רקע (80 dB).
   • EEG (אלקטרודות משלהן בסורק),
   • EOM (אמפליטודת תנועת עיניים),
   • מצלמת מעקב עפעפיים.
3. הגדרת SOP: על ידי שילוב של עפעפיים סגורים למחצה, האטה בקצב ה-EEG ולראשונה, על ידי שינויים בפרמטרי BOLD.

ניתוח מפורט של אות BOLD

• תנודות בתדר נמוך (0.03–0.07 הרץ): בשלבים המוקדמים של SOP, משרעת התנודות הללו גדלה ב-30–50% ב
  • תלמוס (קואורדינציה של ערות),
  • קליפת המוח העורפית (עיבוד חזותי),
  • צמתים של רשת מצב ברירת המחדל (DMN): קליפת המוח הקדם-מצחית המדיאלית ו-PCC.
• קישוריות פונקציונלית:
  • תלמוס ↔ קליפת המוח הקדם-מצחית: גדל ב-20%, דבר המצביע על "תרגום" מוגבר של אותות שינה לקליפת המוח.
  • רשת קשב (DAN): הקשרים בין האונות הקודקודיות והפרונטליות פחתו ב-15%, דבר המשקף היחלשות של האוריינטציה החיצונית.

מתאם עם עייפות

• הבדלים אינדיבידואליים: משתתפים עם פחות שינה של 24 שעות (פחות מ-6 שעות) הראו עלייה מוקדמת ובולטת יותר בתנודות בתדר נמוך.
• נתונים התנהגותיים: הסימנים הראשונים של מיקרו-שינה (תגובה מאוחרת למשימה חזותית פשוטה ב-MRI) הופיעו במקביל לשיא האמפליטודה של ציר התלמוס–DMN BOLD.

יישומים אפשריים

1. ניטור נהג ומפעיל: העברת ממצאי fMRI למכשירי fMRI או EEG ניידים לאזהרה מוקדמת של עייפות.
2. לוחות זמנים מותאמים אישית לעבודה: התחשבות ב"סף" ה-SOP האישי בעת תכנון משמרות ומנוחה, צמצום תאונות.
3. טיפול בשינה: בדיקת השפעות קפאין, תנומות קצרות ונוירומודולציה (גירוי מגנטי טרנסגולגולתי) על האטת תזוזות BOLD.

ציטוטים של מחברים

"הראינו לראשונה כיצד תנודות BOLD איטיות בתלמוס ובקליפת המוח מנבאות תחילת שינה", מעיר פרופ' גאז. "זה פותח את הדרך לפיתוח 'עיניים פיזיולוגיות' אובייקטיביות לניטור ערנות."

"הממצאים שלנו מאפשרים לנו לחשוב מחדש על ניהול עייפות: כבר לא מספיק לשאול 'איך ישנת?' - אנחנו צריכים להיות מסוגלים 'לראות' את המוח", מוסיף ד"ר לי ג'ינג, אחד המחברים המשותפים.

המחברים מדגישים את הנקודות המרכזיות הבאות:

• אמינות נוירוביולוגית של סמנים
  "העלייה בתנודות בתדר נמוך של אות BOLD בתלמוס וברשת המצב הפסיבי מתואמת בבירור עם סימנים אובייקטיביים של נמנום (סגירת עפעפיים, האטה ב-EEG), - מציין II Gaez. - זה מוכיח שניתן "לראות" SOP לא רק על ידי התנהגות, אלא גם ישירות על ידי פעילות מוחית."

• הבדלים אינדיבידואליים
  "מצאנו שאנשים עם חוסר שינה כרוני הראו שינויים מוקדמים ובולטים יותר ב-BOLD", אומר ד"ר לי. "זה פותח את האפשרות להתאים אישית אסטרטגיות להתמודדות עם עייפות: חלקם עשויים להזדקק ל'מיקרו-שינה' תכופה יותר, בעוד שאחרים עשויים להזדקק לטיפול באור או לגירוי עצבי."

• תרגום הלכה למעשה
  "הצעד הבא הוא להתאים את הסמנים הללו לטכנולוגיות ניידות (fNCD, מכסי EEG יבשים) כדי לנטר ערנות בזמן אמת אצל נהגים ומפעילים", מוסיף פרופ' מרטינז.

• נקודות מבט קליניות
  "השינויים שנמצאו עשויים לסייע גם באבחון הפרעות שינה: נדודי שינה, דום נשימה ונרקולפסיה משפיעים בצורה שונה על השלב המוקדם של SOP, וסמן BOLD יסייע להבדיל בין מצבים אלה", מסכם ד"ר סינג.

מחקר זה סולל את הדרך לטכנולוגיות עצביות למניעת תאונות ופציעות המבוססות על סמנים בזמן אמת ואישיים של תחילת נמנום, ומבטיח להפוך כבישים ואתרים תעשייתיים לבטוחים יותר.