把超聲“貼”在頭上，科學家開始直接調控人的睡眠結構

本文是專業學術論文解讀，不做醫療建議。

過去，如果想干預睡眠，可能會通過藥物或聲音、電、磁等方式影響神經活動。當下，智能手表等設備已經能記錄和分析一個人整晚經歷了哪些睡眠階段。但是，如果真正想深入大腦、精準刺激與睡眠有關的深部核團，事情就變得更加復雜。

現在，一塊可以貼在頭部的柔性超聲貼片正在嘗試解決這個問題。

近期，美國得克薩斯大學奧斯汀分校王輝亮助理教授團隊研發了一款可穿戴貼片 NEUSLeeP，重量僅 103.4 克，厚度 3.5 毫米。在無需藥物或手術的條件下，通過結合聚焦超聲刺激與實時電生理監測，實現了在刺激大腦深層睡眠相關區域的同時，實時監測大腦的電生理活動。

需要了解的是，在研究過程中，研究人員努力嘗試的方向，并不是簡單地讓受試者的睡眠時間更長，而是在定向改變睡眠內部的結構。試驗顯示，受試者進入快速眼動睡眠（REM 睡眠）平均提前 43 分鐘，并在該階段的持續時間延長了約 16 分鐘。

這種非侵入式技術在本次試驗中表現出良好的耐受性，未來有望進一步用于失眠、抑郁癥、創傷后應激障礙（PTSD）等疾病的研究和干預，為神經科學研究及家庭環境中的睡眠障礙治療提供了一種新的技術路徑。

圖丨王輝亮（來源：https://bme.utexas.edu/person/huiliang-ev）

王輝亮的重點研究方向是通過開發新型工具，利用微創方法調控和記錄特定神經元群的神經活動。此前，他曾入選《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人”（TR35）中國區名單。

近日，相關論文已發表在 Nature Communications[1]。據公開信息，該團隊目前正在推動技術的商業化發展，并已提交專利申請。

圖丨可穿戴貼片 NEUSLeeP（來源：得克薩斯大學）

睡眠狀態通常包括 NREM 睡眠（深睡和淺睡）以及 REM 睡眠，后者是睡眠周期中伴隨眼球快速運動的特殊階段，通常也是做夢相對集中的階段。實際上，人的睡眠并不是一個均勻的過程。一整個晚上，大腦會在 NREM 和 REM 等不同階段之間周期性切換。

REM 睡眠在情緒調節、壓力適應等過程中發揮重要作用，其異常也可能與一些神經精神疾病有關。與此同時，睡眠質量下降本身也與抑郁癥、焦慮癥和創傷后應激障礙（PTSD）等疾病存在關聯。

這些睡眠狀態背后，并不只是大腦皮層在工作（包括丘腦底核、腳橋核、黑質、海馬和杏仁核等多個深部腦區）。其中，丘腦底核（STN）是參與睡眠狀態調控的皮層下結構之一，此前的深部腦刺激研究也發現，刺激 STN 可能改變睡眠結構，因此研究人員此次選擇 STN 作為超聲調控靶點。

當下，全球有大量人群受到睡眠問題困擾，臨床治療主要依賴認知行為療法和藥物治療。盡管這些方法已證明具有療效，但部分藥物治療可能帶來持續嗜睡、疲勞、記憶或情緒受損以及注意力下降等殘余影響。

如果未來能夠證實這種方法可以穩定調控 REM 睡眠，就可能為研究睡眠與壓力、情緒調節之間的關系，以及進一步開展相關干預提供一種非侵入式工具。

圖丨 NEUSLeeP 概述（來源：Nature Communications）

整個系統主要由三部分組成。

首先是一套 8 通道同心環超聲換能器陣列 CRUTA。它的中心頻率約是 650 kHz，通過控制不同環形換能器之間的相位延遲，可實現調節超聲焦點的深度。研究人員從超聲經顴弓上方的顳骨區域入射，STN 距離這一顳窗平均約 72.2 毫米。設備厚度約 3.5 毫米，相比已有超聲刺激裝置薄約 80%。

第二部分負責“聽懂”受試者睡到哪里。NEUSLeeP 集成了 4 個 EEG 腦電通道、1 個 EOG 眼電通道和 1 個 EMG 肌電通道，并開發出一種低阻抗 ASG 水凝膠電極。

第三個部分則是一個非常現實的問題：怎樣讓這套設備在用戶翻身、出汗的情況下，依然保持睡眠狀態下牢牢貼在臉上數個小時？

為解決上述問題，該團隊開發了 Eco-PEIE-Gel 生物粘合材料。結果顯示，該材料在皮膚的粘附強度可達 0.749 N/cm，與未經改性的 Ecoflex-Gel 相比，提升約 2,024%。即便連續貼附 8 小時，研究人員也未觀察到顯著的皮膚刺激。

實際上，NEUSLeeP 并不是簡單把一個超聲探頭“綁”在人腦上，而是從超聲換能器、電生理電極到皮膚界面材料，重新設計了一套適合睡眠狀態也能持續工作的神經調控系統。

（來源：Nature Communications）

為了驗證新方法是否真的能夠改變睡眠，研究團隊招募了 28 名受試者，其中 16 人是健康組，其他 12 人依據匹茲堡睡眠質量指數（PSQI）評分被劃入失眠組。

在實驗中，每名受試者連續睡兩個晚上。第一晚佩戴 NEUSLeeP，但不發射聚焦超聲，作為假刺激；第二晚則接受真正的 STN-FUS。超聲每 90 分鐘進行一次，每個刺激區塊持續 5 分鐘，整晚共進行 5 次。

刺激采用 100 Hz 脈沖重復頻率和 0.90 MPa 聲壓。最終，由于兩人的腦電信號噪聲過大，26 人的數據進入分析。試驗過程中，研究人員持續監測血氧飽和度、心率和血壓等指標，未觀察到顯著變化；設備連續貼附 8 小時也未引起明顯皮膚刺激。

具體而言，健康組 REM 睡眠占比從 15.1% 升至 19.4%，REM 潛伏期從 177 分鐘縮短至 124 分鐘；而失眠組的 REM 占比則從 17.9% 上升到 23.2%，但這組 REM 潛伏期的變化沒有達到統計學顯著性。

（來源：Nature Communications）

將 26 人放在一起綜合來看，REM 睡眠平均增加近 16 分鐘，占總睡眠時間的比例從 16.3% 升至 20.9%，提高 4.6 個百分點；首次進入 REM 的時間則平均提前約 43 分鐘。與此同時，夜間覺醒、睡眠效率以及 N1、N2、N3 等其他階段則未出現明顯變化。

健康受試者接受刺激后，睡前至睡后的心率變異性（HRV）變化顯著高于假刺激條件，而失眠組未觀察到這一差異，該指標常被用于評估自主神經活動及與壓力相關的生理反應。

此外，fMRI 和情緒面孔任務顯示，部分基底節-中腦-顳葉回路的神經活動發生變化，研究人員認為，這預示著 STN-FUS 還可能影響健康個體隨后的一部分壓力反應。

需要了解的是，本次試驗也存在一定局限性，例如為單盲固定序貫設計，尚未開展隨機雙盲對照試驗，還存在靶向精度和潛在脫靶效應等有待優化的問題，距離家用或者臨床療法仍需要更大規模驗證。

在接下來的研究階段，該團隊計劃開展更大規模的研究，來驗證初步結果，并對 NEUSLeeP 是否能幫助創傷后應激障礙、抑郁癥和慢性失眠患者的效果進行評估。

總體來看，NEUSLeeP 真正釋放的積極信號，并非開發了一款已成熟的助眠貼片，而是為新的神經調控形態創造了新的可能性：過去依賴大型實驗室設備甚至植入式電極才能完成的深腦神經調控，正在向柔性、可穿戴和自然場景延伸。

如果未來能夠進一步做到實時識別睡眠階段，再根據大腦狀態自動決定何時、刺激哪里，睡眠干預也許可從“讓人睡著”，進一步走向對睡眠結構本身的精準調控。

參考資料：

1.Tang, K.W.K., Baird, B., Moscoso-Barrera, W.D. et al. Skin-attached bioadhesive patch enabling ultrasound deep brain stimulation and real-time electrophysiological monitoring for REM sleep enhancement. 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/

運營/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成

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