«Умные» очки используют мигающий свет для синхронизации мозговых волн

Фото из открытых источников

Новый подход к стимуляции мозга с помощью носимых устройств привел к неожиданному результату, который может изменить методы проведения терапии с использованием мерцающего света. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.

Когда свет мерцает с нужной скоростью, электрические ритмы мозга начинают синхронизироваться с этим движением. Исследователи изучают эту реакцию как возможный способ замедления развития болезни Альцгеймера на ранних стадиях.

Самой сложной частью оказалась доставка: людям в основном приходилось сидеть в затемненных комнатах, глядя на вспышку света.

Были доставлены новые прозрачные очки, которые мерцали при включенном освещении в комнате, даже когда мир оставался в поле зрения. Реакция мозга на свет не ослабевала, а усиливалась.

Хёнвук Чэ и его коллеги из Корейского института передовых наук и технологий (KAIST) разработали эти очки. Затем врачи больницы Бунданг Сеульского национального университета протестировали их на 20 здоровых молодых людях.

Добровольцы не были пациентами. Команда интересовалась тем, могут ли очки вообще синхронизировать мозговые волны и как они ощущаются при ношении, а не тем, помогают ли они памяти.

«Возможно, нам следует задуматься не только о том, какой свет мы доставляем в мозг, но и о том, как мы это делаем», — сказал профессор Сынхёп Ю из KAIST.

Клетки головного мозга генерируют ритмичные импульсы, известные как мозговые волны . К числу более быстрых ритмов относятся гамма-волны.

Они связаны с обменом информацией между областями мозга, а также с умственной работой, такой как память и внимание.

Исследование 2016 года показало, что у мышей, выведенных для развития болезни Альцгеймера, мерцание света 40 раз в секунду снижает уровень бета-амилоида. Этот белок накапливается в мозге людей, страдающих этим заболеванием.

Более поздние исследования на мышах показали разные результаты. В исследовании 2023 года, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, гамма-волны у мышей, моделирующих болезнь Альцгеймера, совершенно не совпадали со вспышками.

У людей ожидается улучшение памяти и концентрации внимания на ранних стадиях заболевания. Однако до сих пор испытания на людях проводились в основном в темных или слабо освещенных помещениях. Доброволец находился под мигающим светом и практически ни перед чем.

Группа исследователей из больницы, проводившая новое исследование, уже определила скорости, которые вызывали наиболее сильную реакцию в человеческом мозге. Следующим шагом они решили создать источник света, который можно было бы использовать, не отрывая взгляда от комнаты.

Линзы представляют собой тонкие панели из OLED-дисплеев — технологии излучения света, используемой во многих экранах телефонов и телевизоров, — помещенные в рамку, напечатанную на 3D-принтере.

Каждая панель пропускает 75% падающего на нее света, поэтому комната остается видимой, даже когда светится. Свет имеет красный оттенок, выбранный потому, что в более ранних исследованиях сообщалось о сильной гамма-реакции на красный или насыщенный красным свет. Кроме того, панели работают с низкими температурами, оставаясь ниже 25°C в ходе испытаний, проведенных командой.

Мерцание легко заметить, говорит Ю, а дополнительный свет несколько ухудшает четкость изображения. Тем не менее, ношение очков не означает, что вы отрезаны от мира.

«Это может показаться простым вопросом комфорта, но мы считаем это очень важным», — сказал Ю. «Для метода стимуляции, который в конечном итоге может потребоваться использовать многократно и в течение длительных периодов времени, уменьшение помех для нормального зрения и повседневной деятельности может быть столь же важным, как и достижение желаемой реакции мозга».

Все добровольцы, 13 женщин и 7 мужчин, были в плотно прилегающих шапочках с 64 датчиками, которые регистрируют электрическую активность мозга — это тест, называемый ЭЭГ. Все участники прошли четыре сеанса: за прозрачными или непрозрачными панелями, при включенном или выключенном освещении в комнате.

В каждом сеансе очки вспыхивали с интервалом в 2 секунды, от 32 до 40 раз в секунду. Вспышки происходили с интервалом в несколько секунд. Гамма-волны у добровольцев каждый раз соответствовали частоте вспышек — это явление называется синхронизацией.

Датчики на затылке, где обрабатывается зрительная информация, и на передней части головы синхронизировались сильнее с включенным светом. Маловероятно, что эта разница была случайной.

Реакции были несколько сильнее при использовании прозрачных панелей, чем непрозрачных. Разница была достаточно мала, чтобы исключить случайность.

Команда также отследила 1953 пути соединения, измеряя, насколько сильно активность в затылочной части головы предсказывает активность в передней части головы.

После вспышек света с непрозрачными панелями в темноте, в 89,7% случаев сигнал, передаваемый с задней стороны на переднюю, был сильнее. При использовании прозрачных панелей в освещенном помещении этот показатель составил 95,3%.

«Один из результатов, который нас особенно удивил, — это важность окружающего освещения. Гамма-синхронизация и функциональная связность были значительно сильнее при стимуляции в присутствии окружающего света, чем в темноте», — сказал Ю.

После каждого сеанса добровольцы оценивали шесть побочных эффектов по шкале от 0 до 6: усталость, головная боль, головокружение, блики, напряжение глаз и боль в глазах. Испытуемые оценили оба варианта ниже, используя прозрачные очки в освещенной комнате, чем используя непрозрачные очки в темноте.

Показатели головной боли, головокружения, усталости и боли в глазах были примерно одинаковыми во всех четырех вариантах исследования. Иными словами, комбинация факторов, которая наиболее сильно синхронизировала мозговые волны, также приводила к более низким оценкам по показателям бликов и напряжения глаз.

Все измерения проводились на здоровых взрослых людях в возрасте около 28 лет. Дополнительная синхронизация также быстро исчезала после прекращения вспышек.

Кроме того, команда никогда не тестировала комнатное освещение отдельно, без мерцания, поэтому роль самого света не полностью отделена от роли мерцания.

«Однако, что наиболее важно, необходима клиническая проверка», — сказал Ю. «Наше текущее исследование демонстрирует гамма-синхронизацию и изменения в связности головного мозга; оно не доказывает терапевтическую эффективность при болезни Альцгеймера».

По словам Ю, прежде чем очки попадут к пациентам, их необходимо сделать легче и компактнее, оснастить меньшими электронными компонентами и практичным портативным источником питания.

Долгосрочная надежность, безопасность для глаз и комфорт при ношении также еще предстоит доказать. По его словам, если клинические преимущества в конечном итоге подтвердятся, прозрачное носимое устройство позволит пациентам получать многократную или длительную стимуляцию во время выполнения обычных повседневных дел. При этом отпадет необходимость в темной комнате.

Вопрос о том, может ли ежедневное мерцание защитить человека от потери памяти, остается открытым. Ни одно исследование не проверяло эффективность этих очков на пожилых людях или людях с болезнью Альцгеймера.

По словам Ю, следующим шагом должны стать именно такие испытания, с повторными и более длительными сессиями. А до тех пор все доказательства сводятся к более четкому выявлению ритма в мозге 20 здоровых людей.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний