Paano "Nagmumungkahi" ng Pagkapagod ang Utak: Mga Dynamics ng fMRI Habang Natutulog

Ang isang pag-aaral ng pangkat ni Propesor II Gaez sa Unibersidad ng Southern California (USC), na inilathala sa iScience, ay nagpapakita ng mga bagong layunin na neuroimaging marker na maaaring makakita ng pagsisimula ng pag-aantok sa isang maagang yugto - bago ang isang tao ay ganap na natutulog.

Gawain at kaugnayan

Ang micro-sleep at panandaliang pagkawala ng atensyon ay humantong sa daan-daang aksidente sa trapiko at pinsala sa industriya. Hanggang ngayon, mahirap hulaan ang eksaktong oras ng "pagkakatulog" gamit ang mga subjective na questionnaire o isang electroencephalogram. Sa pag-aaral na ito, tiningnan ng mga mananaliksik kung posibleng makita ang simula ng Sleep Onset Period (SOP) sa pamamagitan ng mga pagbabago sa BOLD signal sa functional MRI.

Bakit ito mahalaga?

• Maagang pagsusuri ng pagkapagod. Ang pagkilala sa mga tumpak na neuromap ay nakakatulong sa pagbuo ng mga pamamaraan para sa pagsubaybay sa mga driver at operator, na pumipigil sa mga aksidente dahil sa micro-sleep.
• Pananaliksik sa pagtulog. Ang mga dinamika ng mabagal na BOLD oscillations ay maaaring maging isang layunin na biomarker ng pagsisimula ng SOP, na umaakma sa mga sikolohikal at electrophysiological na pagsubok.
• Neuromodulation: Ang pag-target sa thalamus o mga network ng atensyon na may neurostimulation ay maaaring magpatagal ng pagpupuyat sa mga kritikal na sitwasyon nang walang pharmacology.

"Ipinakita namin sa unang pagkakataon na ang paglipat sa pag-aantok ay sinamahan ng malinaw, maaaring muling gawin na mga pagbabago sa mabagal na pagbabagu-bago ng signal ng BOLD," komento ni II Gaez. "Ito ay nagbubukas ng daan sa layunin na pagsubaybay sa pagkapagod batay sa neuroimaging."

Eksperimental na disenyo

1. Korum ng mga boluntaryo: 20 malulusog na kalahok (10 m/10 f, may edad na 22–35 taon) na walang mga karamdaman sa pagtulog.
2. Matulog sa MRI scanner: Ang mga paksa ay nakahiga nang nakapikit ang mga mata at pinahintulutang malayang makatulog habang ang scanner ay naglalaro ng ingay sa background (80 dB).
   • EEG (sariling mga electrodes sa scanner),
   • EOM (eye movement amplitude),
   • Eyelid surveillance camera.
3. Kahulugan ng SOP: sa pamamagitan ng kumbinasyon ng kalahating saradong talukap, pagbagal ng mga ritmo ng EEG at, sa unang pagkakataon, sa pamamagitan ng mga pagbabago sa mga parameter ng BOLD.

Detalyadong pagsusuri ng BOLD signal

• Mababang dalas ng pagbabagu-bago (0.03–0.07 Hz): sa mga unang yugto ng SOP, ang amplitude ng mga oscillations na ito ay tumaas ng 30–50% sa
  • thalamus (koordinasyon ng wakefulness),
  • occipital cortex (pagproseso ng visual),
  • node ng default mode network (DMN): medial prefrontal cortex at PCC.
• Functional na koneksyon:
  • Thalamus ↔ prefrontal cortex: tumaas ng 20%, na nagpapahiwatig ng pagtaas ng "pagsasalin" ng mga signal ng pagtulog sa cortex.
  • Attention network (DAN): Ang mga koneksyon sa pagitan ng parietal at frontal lobes ay nabawasan ng 15%, na sumasalamin sa isang paghina ng panlabas na oryentasyon.

Kaugnayan sa pagkapagod

• Mga indibidwal na pagkakaiba: Ang mga kalahok na may mas kaunting 24 na oras na tulog (<6 h) ay nagpakita ng mas maaga at mas malinaw na pagtaas sa mga low-frequency oscillations.
• Data ng pag-uugali: Ang mga unang palatandaan ng micro-sleep (naantalang tugon sa isang simpleng visual na gawain sa MRI) ay kasabay ng peak amplitude ng thalamus–DMN BOLD axis.

Mga posibleng aplikasyon

1. Pagmamanman ng driver at operator: paglipat ng mga natuklasan ng fMRI sa mga portable na fMRI o EEG na aparato para sa maagang babala ng pagkapagod.
2. Mga personalized na iskedyul ng trabaho: isinasaalang-alang ang indibidwal na "threshold" ng SOP kapag nagpaplano ng mga shift at pahinga, binabawasan ang mga aksidente.
3. Sleep therapy: pagsubok sa mga epekto ng caffeine, maikling idlip, at neuromodulation (transcranial magnetic stimulation) sa pagbagal ng BOLD shift.

Mga quote ng mga may-akda

"Ipinakita namin sa unang pagkakataon kung gaano kabagal ang BOLD oscillations sa thalamus at cortex na hinuhulaan ang simula ng pagtulog," komento ni Prof. Gaez. "Ito ay nagbubukas ng paraan sa pagbuo ng layunin na 'physiological eyes' upang masubaybayan ang pagiging alerto."

"Ang aming mga natuklasan ay nagpapahintulot sa amin na pag-isipang muli ang pamamahala ng pagkapagod: hindi na sapat na magtanong, 'Paano ka natulog?' – kailangan nating 'makita' ang utak," dagdag ng co-author na si Dr. Li Jing.

Itinampok ng mga may-akda ang mga sumusunod na pangunahing punto:

• Neurobiological na pagiging maaasahan ng mga marker
  "Ang pagtaas sa mababang-dalas na pagbabagu-bago ng BOLD signal sa thalamus at ang passive mode network ay malinaw na nauugnay sa mga layunin na palatandaan ng pag-aantok (pagsasara ng talukap ng mata, pagbagal ng EEG), - tala II Gaez. - Pinatutunayan nito na ang SOP ay maaaring "makikita" hindi lamang sa pamamagitan ng pag-uugali, kundi pati na rin nang direkta sa pamamagitan ng aktibidad ng utak."

• Mga indibidwal na pagkakaiba
  "Nalaman namin na ang mga taong may talamak na kakulangan sa tulog ay nagpakita ng mas maaga at mas malinaw na mga pagbabago sa BOLD," sabi ni Dr. Lee. "Ito ay nagbubukas ng posibilidad ng pag-personalize ng mga diskarte sa paglaban sa pagkapagod: ang ilan ay maaaring mangailangan ng mas madalas na 'microsleep', habang ang iba ay maaaring mangailangan ng light therapy o neurostimulation."

• Pagsasalin sa pagsasanay
  "Ang susunod na hakbang ay ang pag-angkop sa mga marker na ito sa mga portable na teknolohiya (fNCD, dry EEG caps) upang masubaybayan ang pagbabantay sa real time sa mga driver at operator," dagdag ni Prof. Martinez.

• Mga Klinikal na Pananaw
  "Ang mga pagbabagong natagpuan ay maaari ring makatulong sa pag-diagnose ng mga karamdaman sa pagtulog: ang insomnia, apnea at narcolepsy ay may iba't ibang epekto sa maagang yugto ng SOP, at ang BOLD marker ay makakatulong sa pag-iiba ng mga kundisyong ito," pagtatapos ni Dr. Singh.

Ang pananaliksik na ito ay nagbibigay daan para sa mga neurotechnologies sa pag-iwas sa aksidente at pinsala batay sa real-time at indibidwal na mga marker ng pagsisimula ng pag-aantok, at nangangako na gagawing mas ligtas ang mga kalsada at mga pang-industriyang site.