近くにある、ウェアラブルなデバイスで自閉症の睡眠の問題を捉える

Jun 04, 2023

自閉症の科学者たちは、自閉症の睡眠の難問を解決するために長い間研究を続けてきた。 入眠と睡眠維持の問題は、通常、自閉症の中核的特徴とは考えられていませんが、自閉症の人には非常に一般的であり、複合的な影響を及ぼします。これらは、さまざまな自閉症の特徴を悪化させる可能性があり、日常生活のより大きな困難に関連しています。

しかし、睡眠中に体内で何が起こっているかを追跡し評価するには、少なくとも歴史的には、研究参加者は研究室で、複雑な装置の網の中に押し込まれて眠らなければなりませんでした。ゴールドスタンダードのアプローチであるポリソムノグラフィーは、睡眠者を一時的に睡眠障害に変えます。巨大な電気クモの獲物に似た何かが電極とリード線で縛られ、脳波検査（EEG）や呼吸、体の位置などを介して脳の活動を記録する。

テネシー州ナッシュビルのヴァンダービルト大学の神経学および小児科教授であるベス・アン・マロー氏は、このシナリオは定型発達の人にとっては十分に不快なものであり、不安や感覚、コミュニケーション、行動に困難を抱えている可能性がある自閉症の人は気にする必要はないと指摘する。

「問題は、（そのような状況下で）本当に有効な睡眠が取れているのかということです。」

オハイオ州ユニバーシティ・ハイツにあるジョン・キャロル大学の心理学教授であるトーマス・フレージャー氏は、自閉症の研究参加者の中には全く眠れない人もいると指摘する。フレージャー氏の10代の自閉症の息子が一晩の脳波検査のためにクリニックを訪れたときもそうだったという。 「適切なデータを取得し、それを実際に有意義な方法で使用できるようにスケールアップするのは困難です」と彼は言います。

ワイヤーウェブ:標準的な睡眠ポリグラフィーに使用されるEEGヘルメットは、特に感覚過敏症や不安症がある場合、研究参加者の睡眠を妨げる可能性があります。

この問題に対処するために、複数の研究室が低侵襲睡眠追跡デバイスの導入に取り組んでいます。これは、誰かが着用する「ウェアラブル」と、離れた場所から測定する「ニアラブル」の両方です。 これらの機器は睡眠ポリグラフィーよりも収集するデータの種類が少ない傾向にあるが、開発者らは、睡眠段階や入眠者の生理機能や脳活動の特定の側面を追跡することで、仕事を成し遂げるのに十分な機能を備えていると述べている。

以下に説明する 3 つのテクノロジーはいずれも精度と拡張性のバランスが取れており、研究者が研究に参加する自閉症患者の数を増やすのに役立つ可能性があります。 「実際の環境で一貫して完了できると思われる一連の主要な測定値を用意し、その後、より大きなサンプルサイズにスケールアップできるようにすることで、個人間の不均一性を実際に評価して理解できるようになると、おそらくより有用になるでしょう。私たちが過去20年間やってきたことよりもです」とフレイジャー氏は言う。

「人々が実際に本当の解決策を考え出してくれていることを嬉しく思います」と彼は付け加えた。 「私たちはこれを10年ほど待っていました。」

日中、私たちの経験は記憶に蓄積され、夜、寝ている間に記憶が強化されます。 この統合は、視床で生成される睡眠紡錘体、皮質から伝播する遅い波、海馬から放射状に広がる波紋によって媒介される、とボストンのマサチューセッツ総合病院のダラ・マノア研究室の研究員で心理学の講師であるディミトリオス・ミロナス氏は言う。 「脳のこれらの異なる構造の間で議論が行われます。」

波時計:ディミトリオス・ミロナス氏は、睡眠中の視床と海馬の間のミスコミュニケーションをターゲットにすることで、自閉症の中核的特徴を緩和することを目指しています。

マノア研究室のミロナス氏と同僚は、睡眠構造を追跡するEEGセンサーと、着用者の呼吸、頭の動き、頭の位置を追跡する加速度計を備えたDreemヘッドバンドを介してこの会話を盗聴している。 彼らの最も重要な目標は、コミュニケーションの誤りがある箇所を特定して、それを修正し、場合によっては中核的な自閉症の特徴を緩和したり、認知力を改善したりできるようにすることです。

マノアハ氏とそのチームが昨年「Sleep」誌に発表した2022年の研究結果によると、自閉症児の脳では睡眠振動間のクロストークが乱れている。 従来の睡眠ポリグラフィーによって、彼らは定型発達の子供と比較して自閉症の子供たちの紡錘体が変化していることを発見し、これは視床と皮質を結合する回路に何らかの違いがあることを示している。 現在、彼らはDreemを使ってさらに深く掘り下げることを計画しており、自閉症科学財団の新たな深層自閉症補助金とサイモンズ財団から資金提供を受けている。 (サイモンズ財団はスペクトラムの親団体です。)

自閉症児では視床のとがった紡錘体が抑制されているように見えるため、研究者らはこの高速振動を微調整したいとミロナス氏は言う。 「これらの睡眠紡錘体は調節されやすいのです。」

ドリームチーム：ダラ・マノアック（中央）がチームメンバーのミロナス（左）とペイジ・ヒッキー（右）と結果について話し合う。

まず、彼らは、Dreem の EEG 読み出しからの即時フィードバックを使用して、閉ループの聴覚刺激によって睡眠振動のコーラスを実行することを計画しています。 2018年のある研究では、このような聴覚刺激は非自閉症の人たちのゆっくりとした振動を加速させ、振動の変化の大きさは参加者の記憶力の向上と相関関係があった。

2022年の睡眠研究は彼らをこの方向に導いたが、サンプルサイズが小さかったために限界があったとミロナス氏は言う。 今後、家庭用のウェアラブルは参加者の可能性を広げるだけでなく、結果がより「生態学的に妥当」なものになるはずだと彼は言う。研究者は自分のベッドで寝ている人々の睡眠振動を観察できるようになる。

スマートウォッチは、研究者が自閉症と睡眠障害との関連性をより深く理解するのにも役立つ可能性があります。 この関係は広く報告されているが、その方向性、つまり睡眠不足が自閉症に関連する特性の一因となるのか、あるいはその逆なのかは依然として不明であると、イスラエルのネゲブ・ベングリオン大学の心理学准教授イラン・ディンシュタインは言う。

スマートウォッチのオプション:EmbracePlus を使用すると、研究者は収集した生データにアクセスできます。

過去の研究では、睡眠が認知能力にとって重要であることが示唆されています。 しかし、彼と同僚が自閉症児の自閉症の特徴と睡眠不足の関係について研究を行ったところ、認知能力や自閉症の中核的特徴よりも、知覚過敏や過敏性の方が睡眠障害と強く結びついていることが判明した。 「これには本当に驚きました」とディンスタイン氏は言う。

この研究では、主観的な尺度である親の報告を使用して子供の睡眠習慣を評価したため、ディンシュタインと彼の同僚は、さまざまな睡眠パラメータを評価するより客観的な方法を模索しました。

彼らは、人の動きを追跡する Fitbits などのウェアラブル デバイスであるアクティグラフィ モニターに注目しました。 このモニターは小型で、手首や足首に装着したり、体の別の部分にテープで貼り付けたりすることもできるため、動きを継続的に追跡し、人の概日リズムを確立するのに最適だとディンシュタイン氏は言う。 しかし、標準的なアクティグラフィー モニターでは、睡眠時間と覚醒時間の大まかなスナップショットしか提供できません。 たとえば、人がいつ最初に眠りにつくのかを確実に特定することはできない、と彼は言う。 「制限は、さまざまな理由で非アクティブになる可能性があり、必ずしも睡眠中であるとは限りません。」

代わりに、人が起きているか眠っているかをより正確に判断するために、追加の生理学的データを報告する新しいアクティグラフィー モニターを採用しました。EmbracePlus スマートウォッチは、人の動き、皮膚コンダクタンス、体温、心拍数などの指標を追跡し、研究者に以下の情報を提供します。デバイスの生データへのアクセス。

彼らはまた、アクティグラフィーを、Dreem ヘッドバンドからの EEG などの別の測定と組み合わせて、人の睡眠行動のさらに完全なポートレートを作成し、従来の睡眠研究で得られるデータにさらに近いものを作成することも計画しています。 （ディンスタインは、研究のためにサイモンズ財団からも資金提供を受けています。）

ディンスタイン氏と彼の同僚は、EmbracePlus と Dreem ヘッドバンドの組み合わせを非自閉症の成人を対象に実験しており、その後、これらのデバイスを併用して自閉症の成人と子供の睡眠を追跡することを計画しています。 ディンスタイン氏によると、最終的な目標は、自閉症者の睡眠を改善することで自閉症に関連する他の特性が緩和されるかどうかを調べる介入研究を実施することだという。

「本当に興味深い問題は、睡眠の変化が他の行動領域にどの程度影響を与えるかということです」と彼は言う。

マサチューセッツ工科大学ワイヤレス ネットワークおよびモバイル コンピューティング センター所長のディナ カタビ氏は、睡眠に関する短い研究であっても、参加者に脳波計用ヘッドバンドを着用させるのは困難だったと述べています。 「彼らはそれを知らずに、寝ている間に頭からそれを剥ぎ取ってしまうのです。」

しかし、睡眠トラッカーが追跡する人の体に触れる必要さえなかったらどうなるでしょうか? 壁に取り付けられ、ワイヤレス インターネット ルーターに似たエメラルドは、その疑問をテストするためにカタビの研究室で生まれました。 この装置は周囲の空間に電波を送信し、ソナーが船の下にあるものをマッピングする方法と同様に、人の動きによって電波の戻りがどのように歪むかを追跡します。

睡眠ポリグラフィーとは異なり、Emerald は誰かの脳活動、心拍数、動き、呼吸をリアルタイムで読み取りません。 代わりに、デバイスは睡眠ポリグラフィーのデータに基づいて訓練された人工知能処理プログラムを通じてそのデータを供給します。 エメラルドを使用して歩行と夜間の呼吸を追跡したカタビの研究室の2022年の論文によると、研究室は定型発達の人を対象にこの装置を検証しており、パーキンソン病患者の病気の重症度や薬への反応を測定できるとしている。 カタビ氏によると、この装置はレット症候群の人々の睡眠と呼吸を追跡することもできるが、それらのデータはまだ公開されていないという。

壁掛け:Emerald 睡眠トラッカーは、電波を利用して人の睡眠を監視します。

レット症候群の人は、入眠や睡眠維持が困難になる傾向があり、特に呼吸が浅くなり、過呼吸を引き起こすことがあります。 また、睡眠時無呼吸として知られる現象である一時的に呼吸が止まることもありますが、エメラルドはこうした呼吸の変化を検出できるとカタビ氏は言います。 2月、レット症候群研究トラストは、臨床試験用の装置をさらに開発するためにエメラルド・イノベーションズに100万ドル以上を寄付した。 レット症候群研究トラストの最高科学責任者であるヤナ・フォン・ヘーン氏は、この装置が研究者が臨床試験で治療法が有効かどうかを判断するのに役立つことを期待していると述べた。

カタビ氏によると、エメラルドは試験で使用する準備ができており、検証データではレット症候群のある人とない人の間に大きな差があり、比較的少数の参加者であっても結果は統計的に有意であることが示されたという。

テキサス州ヒューストンのベイラー医科大学で小児神経学の助教授であるベルンハルト・スーター氏は、「電気代を支払えば、目立たずに監視できるので、その意味では非常に大きなことだ」と語る。 「それは、かなり自然な環境における変化を本当にリアルタイムで捉えることになるでしょう。」

レベッカ・ホーンによる追加レポートあり。