调控快速眼动睡眠的非药贴片

研究人员研发出一款柔软无创贴片，它通过温和的超声刺激调控与快速眼动睡眠相关的脑区，同时实时追踪神经活动。

这款可穿戴生物电子设备在真实场景试验中，无需侵入式手术、不用服药，就能延长人体快速眼动睡眠时长。

一夜辗转难眠带来的不只是疲惫。快速眼动睡眠对情绪调节、压力适应与精神修复至关重要；长期该睡眠阶段紊乱，会诱发抑郁症、焦虑症、创伤后应激障碍等多种疾病。

如今，得克萨斯大学奥斯汀分校牵头的研究团队开发出一款柔软可穿戴贴片，无需药物或手术即可调节快速眼动睡眠。该设备名为NEUSLeeP，可贴附于皮肤，融合温和超声与电极技术，既能刺激大脑深处调控快速眼动睡眠的区域，又能实时监测脑部活动。

“我们首次实现无创靶向调控负责快速眼动睡眠的深部脑区，同时同步监测大脑活动。”主导本次研究的得大生物医学工程专业新晋博士唐启荣（凯文）表示。

科克雷尔工程学院生物医学工程系助理教授王辉良（埃文）是该研究的指导老师、项目总负责人，他补充道：“这款贴肤式NEUSLeeP贴片，为居家环境下研究睡眠、治疗睡眠障碍开辟了全新路径。”

贴片有效延长快速眼动睡眠时长

研究团队首先验证：该贴片功能不止于睡眠监测。一项刊载于《自然·通讯》、共28名受试者参与的实验显示，使用NEUSLeeP后，受试者平均提前43分钟进入快速眼动睡眠，且该睡眠阶段平均延长约16分钟。

无论睡眠健康人群，还是存在轻度睡眠障碍的受试者，均出现上述改善效果。该设备面向日常生活使用，并非仅用于实验室受控环境，因此佩戴舒适度与安全性尤为关键。受试者反馈贴片佩戴舒适、使用安全，不良反应极少。

研究团队进一步探究贴片对身体指标的深层影响：在健康受试者身上，NEUSLeeP的超声刺激提升了心率变异性——该指标常用于衡量人体应对压力的调节弹性。脑部扫描也观测到情绪相关神经环路发生积极改变，预示该设备未来有望用于改善情绪、提升心理抗压能力。

 NEUSLeeP可穿戴超声睡眠贴片

可穿戴生物电子设备实拍图。

戴尔医学院精神病学与行为科学系助理教授、项目联合负责人格雷戈里·丰佐解释：“快速眼动睡眠不只是产生梦境，更是情绪重置、调节压力的关键阶段。通过延长快速眼动睡眠，我们或许能帮助人们更好地应对压力，提升整体身心健康水平。”

这项研究意义重大：快速眼动睡眠紊乱已被证实和抑郁症、焦虑症、创伤后应激障碍（PTSD）密切相关。现有的睡眠干预手段，包括药物与行为疗法，虽能帮助不少患者，但要么存在副作用，要么无法精准作用于调控快速眼动睡眠的特定大脑系统。

下一步将开展更大规模临床试验

目前相关研究成果尚属初步结论，下一阶段将扩大受试人群，验证实验效果。研究团队计划测试NEUSLeeP对创伤后应激障碍、抑郁症、慢性失眠等病症患者的改善作用。

团队还看好该技术更广阔的应用前景：设备兼具脑部刺激与活动监测双重功能，未来可作为居家睡眠监测工具、脑科学研究载体，还能依据个人睡眠节律定制个性化睡眠治疗方案。

得克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心教授、睡眠障碍领域权威专家、项目另一位联合负责人文森特·米斯利维医学博士表示：“我们的愿景是，未来精神疾病患者能依靠无创、安全的疗法优化睡眠。这项技术或将帮助数百万人获得具有修复作用的优质睡眠。”

Reference: “Skin-attached bioadhesive patch enabling ultrasound deep brain stimulation and real-time electrophysiological monitoring for REM sleep enhancement” by Kai Wing Kevin Tang, Benjamin Baird, William D. Moscoso-Barrera, Mengxia Yu, Mengmeng Yao, Jinmo Jeong, Ilya Pyatnitskiy, Anakaren Romero Lozano, Jiachen Wang, Ju-Chun Hsieh, Tony Sungjin Chae, Daniel Song, Julieta Garcia, Rithvik Mittapalli, Adam Bush, Wynn Legon, Vincent Mysliwiec, Gregory A. Fonzo and Huiliang Wang, 4 June 2026, Nature Communications.

引言

睡眠是一项基础的生物学过程，反映了大脑处于主动调控的生理状态；在此状态下，大规模神经网络发生重构，以维持机体稳态，保障身体健康、认知功能与情绪调节¹。睡眠质量下降与多种精神疾病相关，包括抑郁症、焦虑症以及创伤后应激障碍²。目前临床主流干预手段为认知行为疗法与药物治疗，尽管二者已被证实有效，但常伴随遗留副作用，进而影响患者社会交往³，例如持续性嗜睡乏力⁴、记忆力与情绪受损⁵、注意力时长缩短⁶。当前全球成年人睡眠障碍患病率呈上升趋势，达14.5%⁷；睡眠不佳引发的认知衰退与脑活动异常²，往往会加重各类慢性生理及心理疾病⁸。这一现状凸显：我们亟需可用于因果性研究睡眠相关神经环路的新型工具。

睡眠相关神经环路由皮层下结构协同激活形成，包括脑桥脚被盖核（PPN）⁹、丘脑底核（STN）、黑质网状部（SNr）¹⁰,¹¹、海马体与杏仁核¹²，共同驱动人体睡眠时相的生理性自发切换⁹。若能选择性探测并调控上述脑区，我们便可解析相关神经动力学特征与对应的大脑状态。然而现有无创调控技术，如经颅电刺激¹³、经颅磁刺激¹⁴、闭环听觉刺激¹⁵,¹⁶，受限于空间分辨率不足，且易产生脱靶效应¹⁷,¹⁸,¹⁹，无法精准靶向深部皮层下核团，仅多用于调控感觉运动皮层、前额叶皮层等皮层区域²⁰。

与之相对，脑深部电刺激（DBS）²¹,²²可精准、时空可控地靶向丘脑底核（STN）与苍白球内侧部（GPi），并已证实其能改变睡眠结构、改善睡眠相关认知功能²³；但该技术属于有创手段，还存在远期手术并发症，使其在科研与临床应用中均存在局限²⁴。经颅聚焦超声（tFUS）则可在无创条件下实现毫米级精度调控深部脑区²⁵,²⁶,²⁷。但现有经颅聚焦超声设备体积庞大、质地坚硬，人体睡眠佩戴舒适度极差²⁸,²⁹，形成关键技术壁垒，阻碍了我们在完整睡眠周期内无创开展分区靶向神经调控研究，以及更广泛的神经动力学探索³⁰。

睡眠周期分为非快速眼动睡眠（NREM）与快速眼动睡眠（REM）两大阶段，二者各司其职，承担不同生理与认知功能。非快速眼动睡眠负责激素调节³¹、代谢废物清除³²与记忆巩固³³；而快速眼动睡眠在情绪调控³⁴、压力适应¹⁷、原始意识维持方面起到关键作用³⁵，该阶段紊乱会诱发多种神经精神疾病³⁶,³⁷。通过延长快速眼动睡眠时长以优化其睡眠效能，有望借助更强的情绪调节与压力适应能力缓解上述精神类病症³⁸。

现阶段多数神经调控技术均聚焦于增强非快速眼动睡眠相关慢波活动¹³,¹⁴,¹⁵,¹⁶,²¹,²²；针对快速眼动睡眠的调控研究则多依托药物手段（如氯硝西泮、褪黑素）³⁹与脑深部电刺激²³，仅有部分临床前动物实验证实闭环超声调控具备可行性⁴⁰。迄今为止，尚无任何无创技术能够在人类自然睡眠过程中，通过时空精准靶向刺激睡眠相关神经环路以调控快速眼动睡眠⁴¹。想要填补这一技术空白，就需要一套可适应人体睡眠翻身活动、能同步完成高精度空间神经调控与电生理信号记录的一体化系统，覆盖完整睡眠周期。

本文研发了一款完全集成、柔性贴肤、生物粘附式无创电生理记录超声神经调控睡眠贴片（NEUSLeeP），靶向丘脑底核（STN）开展调控（图1a–d）。实验结果显示，使用该贴片后受试者快速眼动睡眠总时长提升4.6%（平均延长15.9分钟），快速眼动睡眠潜伏期缩短24%（平均提前43分钟），而非快速眼动睡眠各项指标无明显变化。上述效果通过多通道电生理记录模块完成验证，该模块包含4路脑电图（EEG）、1路眼电图（EOG）、1路肌电图（EMG），搭配基于2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）制备的超低阻抗睡眠导电凝胶（ASG）。

设备搭载定制同心环形超声换能器阵列（CRUTA），可调节超声轴向聚焦深度，实现丘脑底核靶向神经调控（图1b）。为满足人体自然睡眠时长期稳定、柔性可穿戴的需求，本研究制备了聚乙烯亚胺乙氧基化物改性柔性硅凝胶基底（Eco-PEIE-Gel），具备长效稳定生物粘附特性。NEUSLeeP整合全部功能组件，整机重量仅约103.4克，轻便易操作，适合整夜睡眠佩戴使用。

情绪刺激任务下的功能磁共振成像（fMRI）结果证实，NEUSLeeP可提升受试者心率变异性（HRV），并调控刺激同侧大脑神经活动（图1c）。本研究搭建了一套无创丘脑底核靶向经颅聚焦超声一体化平台，可同步持续记录脑电信号；设备支持整夜睡眠佩戴，能够对大脑实现精准时空调控，有效增强人体自然睡眠状态下的快速眼动睡眠，验证了该技术体系的可行性。

 图1 NEUSLeeP设备整体示意图

a 贴附于皮肤的NEUSLeeP实物照片：基底为Eco-PEIE-Gel材料，可稳定紧密贴合皮肤；搭配ASG导电凝胶，用于长期低阻抗稳定睡眠脑电记录；CRUTA超声阵列可调节聚焦深度，靶向刺激丘脑底核。图片经第一作者授权使用，相关发表知情同意书已签署存档。

b NEUSLeeP设备结构设计。设备采用多层制备工艺，包含八通道同心环形超声换能器阵列；激光刻蚀铜线路通过转印工艺制备于聚酰亚胺薄膜（Cu-Pi）表面；表层涂布导电水凝胶ASG，最外层包裹生物粘附弹性基底Eco-PEIE-Gel。设备爆炸分解图分为两层：（1）聚焦超声层，内置CRUTA超声阵列；（2）电生理记录层，由Eco-PEIE-Gel基底与ASG凝胶构成。两层结构可粘合、拆分，支持模块化组装。示意图基于Autodesk Fusion 360绘制。

c 丘脑底核聚焦超声调控机制示意图：通过直接/间接调控脑桥脚被盖核（PPN），调节基底神经节网络下游通路，进而改善快速眼动睡眠质量。

d 搭载NEUSLeeP的睡眠实验方案示意图，用于诱导快速眼动睡眠指标改善。

支持单位：