把超声“贴”在头上，科学家开始直接调控人的睡眠结构

本文是专业学术论文解读，不做医疗建议。

过去，如果想干预睡眠，可能会通过药物或声音、电、磁等方式影响神经活动。当下，智能手表等设备已经能记录和分析一个人整晚经历了哪些睡眠阶段。但是，如果真正想深入大脑、精准刺激与睡眠有关的深部核团，事情就变得更加复杂。

现在，一块可以贴在头部的柔性超声贴片正在尝试解决这个问题。

近期，美国得克萨斯大学奥斯汀分校王辉亮助理教授团队研发了一款可穿戴贴片 NEUSLeeP，重量仅 103.4 克，厚度 3.5 毫米。在无需药物或手术的条件下，通过结合聚焦超声刺激与实时电生理监测，实现了在刺激大脑深层睡眠相关区域的同时，实时监测大脑的电生理活动。

需要了解的是，在研究过程中，研究人员努力尝试的方向，并不是简单地让受试者的睡眠时间更长，而是在定向改变睡眠内部的结构。试验显示，受试者进入快速眼动睡眠（REM 睡眠）平均提前 43 分钟，并在该阶段的持续时间延长了约 16 分钟。

这种非侵入式技术在本次试验中表现出良好的耐受性，未来有望进一步用于失眠、抑郁症、创伤后应激障碍（PTSD）等疾病的研究和干预，为神经科学研究及家庭环境中的睡眠障碍治疗提供了一种新的技术路径。

图丨王辉亮（来源：https://bme.utexas.edu/person/huiliang-ev）

王辉亮的重点研究方向是通过开发新型工具，利用微创方法调控和记录特定神经元群的神经活动。此前，他曾入选《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”（TR35）中国区名单。

近日，相关论文已发表在 Nature Communications[1]。据公开信息，该团队目前正在推动技术的商业化发展，并已提交专利申请。

图丨可穿戴贴片 NEUSLeeP（来源：得克萨斯大学）

睡眠状态通常包括 NREM 睡眠（深睡和浅睡）以及 REM 睡眠，后者是睡眠周期中伴随眼球快速运动的特殊阶段，通常也是做梦相对集中的阶段。实际上，人的睡眠并不是一个均匀的过程。一整个晚上，大脑会在 NREM 和 REM 等不同阶段之间周期性切换。

REM 睡眠在情绪调节、压力适应等过程中发挥重要作用，其异常也可能与一些神经精神疾病有关。与此同时，睡眠质量下降本身也与抑郁症、焦虑症和创伤后应激障碍（PTSD）等疾病存在关联。

这些睡眠状态背后，并不只是大脑皮层在工作（包括丘脑底核、脚桥核、黑质、海马和杏仁核等多个深部脑区）。其中，丘脑底核（STN）是参与睡眠状态调控的皮层下结构之一，此前的深部脑刺激研究也发现，刺激 STN 可能改变睡眠结构，因此研究人员此次选择 STN 作为超声调控靶点。

当下，全球有大量人群受到睡眠问题困扰，临床治疗主要依赖认知行为疗法和药物治疗。尽管这些方法已证明具有疗效，但部分药物治疗可能带来持续嗜睡、疲劳、记忆或情绪受损以及注意力下降等残余影响。

如果未来能够证实这种方法可以稳定调控 REM 睡眠，就可能为研究睡眠与压力、情绪调节之间的关系，以及进一步开展相关干预提供一种非侵入式工具。

图丨 NEUSLeeP 概述（来源：Nature Communications）

整个系统主要由三部分组成。

首先是一套 8 通道同心环超声换能器阵列 CRUTA。它的中心频率约是 650 kHz，通过控制不同环形换能器之间的相位延迟，可实现调节超声焦点的深度。研究人员从超声经颧弓上方的颞骨区域入射，STN 距离这一颞窗平均约 72.2 毫米。设备厚度约 3.5 毫米，相比已有超声刺激装置薄约 80%。

第二部分负责“听懂”受试者睡到哪里。NEUSLeeP 集成了 4 个 EEG 脑电通道、1 个 EOG 眼电通道和 1 个 EMG 肌电通道，并开发出一种低阻抗 ASG 水凝胶电极。

第三个部分则是一个非常现实的问题：怎样让这套设备在用户翻身、出汗的情况下，依然保持睡眠状态下牢牢贴在脸上数个小时？

为解决上述问题，该团队开发了 Eco-PEIE-Gel 生物粘合材料。结果显示，该材料在皮肤的粘附强度可达 0.749 N/cm，与未经改性的 Ecoflex-Gel 相比，提升约 2,024%。即便连续贴附 8 小时，研究人员也未观察到显著的皮肤刺激。

实际上，NEUSLeeP 并不是简单把一个超声探头“绑”在人脑上，而是从超声换能器、电生理电极到皮肤界面材料，重新设计了一套适合睡眠状态也能持续工作的神经调控系统。

（来源：Nature Communications）

为了验证新方法是否真的能够改变睡眠，研究团队招募了 28 名受试者，其中 16 人是健康组，其他 12 人依据匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）评分被划入失眠组。

在实验中，每名受试者连续睡两个晚上。第一晚佩戴 NEUSLeeP，但不发射聚焦超声，作为假刺激；第二晚则接受真正的 STN-FUS。超声每 90 分钟进行一次，每个刺激区块持续 5 分钟，整晚共进行 5 次。

刺激采用 100 Hz 脉冲重复频率和 0.90 MPa 声压。最终，由于两人的脑电信号噪声过大，26 人的数据进入分析。试验过程中，研究人员持续监测血氧饱和度、心率和血压等指标，未观察到显著变化；设备连续贴附 8 小时也未引起明显皮肤刺激。

具体而言，健康组 REM 睡眠占比从 15.1% 升至 19.4%，REM 潜伏期从 177 分钟缩短至 124 分钟；而失眠组的 REM 占比则从 17.9% 上升到 23.2%，但这组 REM 潜伏期的变化没有达到统计学显著性。

（来源：Nature Communications）

将 26 人放在一起综合来看，REM 睡眠平均增加近 16 分钟，占总睡眠时间的比例从 16.3% 升至 20.9%，提高 4.6 个百分点；首次进入 REM 的时间则平均提前约 43 分钟。与此同时，夜间觉醒、睡眠效率以及 N1、N2、N3 等其他阶段则未出现明显变化。

健康受试者接受刺激后，睡前至睡后的心率变异性（HRV）变化显著高于假刺激条件，而失眠组未观察到这一差异，该指标常被用于评估自主神经活动及与压力相关的生理反应。

此外，fMRI 和情绪面孔任务显示，部分基底节-中脑-颞叶回路的神经活动发生变化，研究人员认为，这预示着 STN-FUS 还可能影响健康个体随后的一部分压力反应。

需要了解的是，本次试验也存在一定局限性，例如为单盲固定序贯设计，尚未开展随机双盲对照试验，还存在靶向精度和潜在脱靶效应等有待优化的问题，距离家用或者临床疗法仍需要更大规模验证。

在接下来的研究阶段，该团队计划开展更大规模的研究，来验证初步结果，并对 NEUSLeeP 是否能帮助创伤后应激障碍、抑郁症和慢性失眠患者的效果进行评估。

总体来看，NEUSLeeP 真正释放的积极信号，并非开发了一款已成熟的助眠贴片，而是为新的神经调控形态创造了新的可能性：过去依赖大型实验室设备甚至植入式电极才能完成的深脑神经调控，正在向柔性、可穿戴和自然场景延伸。

如果未来能够进一步做到实时识别睡眠阶段，再根据大脑状态自动决定何时、刺激哪里，睡眠干预也许可从“让人睡着”，进一步走向对睡眠结构本身的精准调控。

参考资料：

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/

运营/排版：何晨龙

注：封面/首图由 AI 辅助生成

本文是专业学术论文解读，不做医疗建议。