睡眠中に脳が老廃物を除去する「脳の掃除」過程を自宅でも連続観察できる無線ウェアラブル装置を韓国の研究チームが開発した。
従来は磁気共鳴画像法（MRI）でしか確認できなかった睡眠中の脳内水分変化を、額に貼り付ける近赤外分光（NIRS）装置で測定できる技術であり、後続の検証を経て発展すれば、認知症や睡眠障害など神経系疾患の研究に新たなツールとなることが期待される。
分당ソウル大学病院神経内科のユン・チャンホ教授の研究チーム（共同責任著者はジョージア工科大学のヨ・ウノン教授）が、睡眠中の脳の回復・整理過程に関連する脳内の水分変化を自宅で連続的に観察できる無線ウェアラブル装置を開発したと9日明らかにした。
ジョージア工科大学のヨ・ウノン教授と共同で進めた今回の研究結果は、融合科学分野で世界的権威の国際学術誌「Science Advances」に掲載された。
睡眠中の脳内では、日中に蓄積した老廃物を洗い流す掃除過程が活発に進む。
「グリンパ系（アストロサイトを介するリンパ様排出系）」と呼ばれるこの掃除システムは、脳脊髄液が脳組織の間を流れ、アミロイドβのような老廃物を除去し、特に深い睡眠段階で活発になることが知られている。
この過程が円滑でない場合、アルツハイマー型認知症をはじめとする神経系疾患のリスクが高まるという研究結果が相次ぎ、睡眠中の脳の掃除過程は近年、脳の健康分野の研究で注目を集めている。
問題は、このような掃除過程に関連する脳内水分変化を観察できる手段が極めて限定的だった点である。MRIは脳脊髄液の流れを精密に観察できるが、検査室内でしか使えない装置であるため、実際の睡眠中の変化を反復観察するには限界があった。
そこで研究チームは、額に装着できる柔らかな無線近赤外分光（NIRS、光の吸収を利用して組織内の水分と血流の変化を測定する技術）ウェアラブル装置を開発した。
機器には3種類の波長（640nm、680nm、950nm）のLEDと光検出器が配置されている。無線でデータを送信し、自宅で就寝中も連続測定できる。薄く柔軟に作られた回路は額に違和感なく密着し、睡眠を妨げることなく、一晩中安定的に睡眠中の脳内水分変化を測定できる。
皮膚にやわらかく密着する設計は、ソフトエレクトロニクス分野の権威であるジョージア工科大学のヨ・ウノン教授の研究チームが担った。
研究チームは装置の性能を検証するため、健康な成人4人を対象に自宅で計16回の夜間測定を実施した。同時に脳波と眼球運動の測定に基づき睡眠段階を判定し、各段階で脳組織内の水分量変化を示す信号がどのように変化するかを分析した。
その結果、一晩のあいだに睡眠段階が変わるたび、脳内水分信号が方向性をもって変化するパターンが観察された。
覚醒状態やレム睡眠（REM、脳活動が活発になる睡眠）からノンレム睡眠（NREM、深い睡眠）へ移行する際には信号が増加した。逆にノンレム睡眠からレム睡眠へ移行する際には減少した。特にこのような信号変化は、脳波と眼球運動で判定した睡眠段階の転換時点とほぼ同時に起き、ウェアラブル装置が脳内の実際の変化を正確に捉えられることが確認された。
装置が捉える信号には、脳内水分変化だけでなく、呼吸、心拍、遅い脳波に関連する生理リズムもともに表れた。ノンレム睡眠（NREM）では呼吸と心拍が安定的に維持され、レム睡眠ではより不規則になるなど、広く知られた睡眠中の生理変化の様相がそのまま確認できたと研究チームは述べた。
研究チームによれば、睡眠中に起こるこれらの変化をウェアラブル装置で自宅から連続観察した事例は今回が初めてである。
ユン・チャンホ教授は「グリンパ系の活動を自然な睡眠環境で観察できるツールを整えることは、神経系疾患研究における長年の課題だった」と述べ、「現在、韓国研究財団の支援を受け、正常者と認知障害患者群でのデータ構築、グリンパ系関連指標の精緻化、睡眠時無呼吸の治療および不眠症の認知行動療法など多様な介入効果を評価する後続研究を進めている」と明らかにした。
ユン教授は「今回の技術が標準検査との比較検証を経て発展すれば、睡眠障害、加齢、認知低下の研究など多様な領域で新たな観察ツールとして活用できる」と付け加えた。
参考資料
Science Advances（2026）、DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aed2056