作者：AylinCimenser、EvanHempel、TaylorTravers、NathanStrozewski、KarenMartin、ZachMalchano、MihályHajós
摘要
已知导致阿尔茨海默病（AD）的病理性蛋白会破坏大脑中正常的神经元功能，导致神经元兴奋-抑制失衡、神经元同步性紊乱和网络振荡异常。然而，有研究提出神经元活动异常可能直接参与疾病发病机制，且已证实通过感觉刺激诱导神经元网络同步40Hz伽马振荡可逆转携带AD相关人类病理基因的转基因小鼠的AD相关病理标志物。基于这些发现，本研究评估了非侵入性感觉刺激诱导皮层40Hz伽马振荡对AD患者的临床益处。22例轻中度AD患者被随机分为活性治疗组（n=14；伽马感觉刺激治疗）或假治疗组（n=8）。活性治疗组患者在闭眼状态下接受精准定时的40Hz视听刺激，每日1小时，持续6个月，以诱导皮层40Hz稳态振荡；假治疗组患者接受相似的感觉刺激，但设计为不诱发活性治疗组中观察到的皮层40Hz稳态振荡。试验期间，通过连续活动记录仪监测患者夜间活动，并采用阿尔茨海默病协作研究日常生活活动量表（ADCS-ADL）评估其功能能力。结果显示，每日1小时治疗在6个月期间耐受性良好。与假治疗组患者睡眠质量恶化相比，接受伽马感觉刺激的患者夜间活动时间显著减少。假治疗组患者的ADCS-ADL评分出现预期的显著下降，而伽马感觉刺激组患者在6个月期间完全维持了其功能能力。这些发现证实了40Hz感觉刺激在AD患者中的安全性和高依从性，并首次报道了该疗法的临床益处，为进一步开展更长时间的试验以探索其额外临床效益和疾病修饰作用提供了依据。
关键词：阿尔茨海默病；睡眠；活动记录仪；感觉诱发伽马振荡；日常生活活动
引言
尽管我们对阿尔茨海默病（AD）的病理机制已有显著了解，但其治疗选择仍然有限。AD是一种进行性神经退行性疾病，具有漫长的临床前和前驱期，最终导致认知功能障碍、行为异常和日常生活能力受损（Masters等，2015）。已知AD相关病理蛋白（如β淀粉样蛋白[Aβ]寡聚体和过度磷酸化tau蛋白）会破坏神经元正常功能，导致兴奋-抑制失衡、同步性紊乱和网络振荡异常（Mucke和Selkoe，2012；Das等，2018）。然而，最近研究提出神经元活动异常（如过度兴奋）可能直接参与AD发病机制（Canter等，2016；Hijazi等，2020）。值得注意的是，通过光遗传学或感觉刺激诱导神经元网络同步伽马振荡可有效阻止或逆转AD转基因小鼠的病理标志物（Iaccarino等，2016；Adaikkan等，2019；Martorell等，2019；Zhang等，2020）。伽马振荡下游的多种机制已被阐明，例如激活脑内先天免疫系统以增强小胶质细胞的吞噬活性，同时增加血管舒张和脑内皮细胞的转胞吞作用，促进病理蛋白清除。亚慢性暴露于40Hz感觉刺激的转基因动物还表现出神经退行性变和脑萎缩减少、突触密度增加、认知功能改善及昼夜节律正常化（Adaikkan等，2019；Martorell等，2019；Yao等，2020）。
基于这些实验发现，目前临床试验正在评估40Hz视听刺激对AD患者的安全性和有效性。本研究分析了“Overture”临床试验（NCT03556280）中闭眼状态下接受治疗并完成6个月试验的参与者的临床结果（图1），报告了安全性、依从性、夜间活动记录仪监测结果以及ADCS-ADL量表评估的功能能力（Galasko等，1997）。
夜间活动分析是本研究的重点。近期实验表明，40Hz光刺激30天可显著减少Aβ过表达转基因（APP/PS1）小鼠休息期的异常高活动，并恢复下丘脑中枢时钟功能（Yao等，2020）。轻度认知障碍（MCI）和AD患者的睡眠障碍发生率和严重程度显著高于认知正常的老年人（Mander等，2015），其主要睡眠主诉为夜间频繁觉醒。因此，本试验的目标之一是评估长期连续活动记录仪监测AD患者夜间活动的可行性，以探索治疗干预对睡眠质量的潜在益处。鉴于睡眠障碍与AD进展之间存在双向恶性循环（Bubu等，2020；Wang和Holtzman，2020），建立简便实用的夜间活动监测方法具有重要价值。
本研究通过腕戴式活动记录仪对22例患者进行了6个月的连续夜间活动监测，识别并量化了睡眠中的活动期持续时间。尽管活动记录仪可检测休息和活动期，但与多导睡眠图（PSG）的交叉验证表明，夜间休息期可作为睡眠的合理替代指标（Tachikawa等，2017；Smith等，2018）。此外，研究证实活动记录仪对AD患者睡眠评估的准确性和可靠性优于主观报告，因其操作简便、无需主动配合且可连续测量（Canazei等，2019），并与认知障碍直接相关（Cabanel等，2020）。近期实验和流行病学研究表明，睡眠障碍是AD的风险因素，且睡眠异常与AD患者日常生活能力下降密切相关（Macedo等，2017；Hennawy等，2019；Bubu等，2020）。因此，除监测夜间活动外，本研究还采用ADCS-ADL量表评估患者的功能能力（Galasko等，1997）。
材料与方法
患者与研究设计
本研究旨在评估每日1小时40Hz感觉刺激持续6个月对轻中度AD患者睡眠质量和日常生活活动的影响。分析对象为正在进行的I/II期随机对照单盲临床试验1中的亚组患者（已完成试验）。患者签署书面知情同意书后，被随机分配至治疗组或假治疗组（图1：CONSORT流程图与研究设计）。
纳入分析的22例患者均经临床诊断为轻中度AD，由神经科医生随访。纳入标准：年龄≥55岁，简易精神状态检查量表（MMSE）评分14-26分，有照护者参与；排除标准：严重听觉/视觉障碍、癫痫病史或非MRI兼容植入设备。接受乙酰胆碱酯酶抑制剂（多奈哌齐、卡巴拉汀）治疗的患者可入组，但试验期间需维持剂量稳定；禁用美金刚。每4周记录一次用药情况：治疗组50%、假治疗组75%的患者使用多奈哌齐，治疗组1例使用卡巴拉汀。睡眠分析中仅1例假治疗组患者使用褪黑素。患者的人口统计学和临床特征见表1。
活性治疗组（n=14）患者在闭眼状态下接受精准定时的40Hz视听刺激，每日1小时，持续6个月，以诱导皮层40Hz稳态振荡；假治疗组（n=8）患者接受高频感觉刺激，但设计为不诱发40Hz稳态振荡（Herrmann，2001）。患者无需固定治疗时间，但建议上午进行。所有22例患者均完成6个月试验。
伽马感觉刺激设备
该设备由CognitoTherapeutics公司开发，包括手持控制器、视觉刺激眼罩和听觉刺激耳机，可非侵入性传递精准定时的40Hz刺激以诱导稳态伽马脑波。刺激参数由医师根据患者舒适度反馈和临床脑电图（EEG）评估确定并验证，设备配置后在预设范围内使用。患者居家每日治疗1小时，视觉刺激的开关周期可感知但无干扰，患者保持清醒并可与照护者交流。患者可在照护者协助下通过控制器按钮调节视觉亮度和听觉音量。设备自动记录使用情况和刺激参数，数据上传至安全云服务器用于远程监测。
活动记录仪监测睡眠休息与活动期及信号处理
采用腕戴式活动记录仪（ActiGraphGT9X）以30Hz采样率记录3轴加速度，持续6个月评估伽马刺激对睡眠中休息和活动期持续时间的影响。
数据预处理：对三维加速度数据进行Butterworth带通滤波（0.3–3.5Hz），计算每个时间点的加速度向量欧几里得范数，降采样4倍后生成两种数据形式：（1）二值化表示：将数据合并为对数尺度直方图，基于双峰分布的谷值设定阈值，加速度>阈值为活动期（1），<阈值为休息期（0）；（2）平滑表示：对降采样数据应用6小时中值滤波获得活动水平的平滑估计。
夜间睡眠段提取：提取每日12:00至次日12:00的24小时数据段，基于二值化数据初步划分白天（睡前）、夜间（睡眠段）和白天（睡后）。假设夜间段以0为主，白天段以1为主，构建理想夜间模型（中心时间T、持续时间L的连续0区域），通过二次代价函数最小化模型与二值化数据的差异，优化求解T（夜间中点）和L（夜间长度），进而确定三段边界并提取夜间段（补充图1）。
夜间休息与活动期识别：将夜间段划分为30秒非重叠epoch，以3N窗口中值替换每个epoch值（N=30秒），连续0为休息期，连续1为活动期。
休息与活动期分布统计：计算休息期的累积分布函数P(t)=∫p(w)dw（p(w)为休息期持续时间的概率密度函数），同理计算活动期分布（图2）。
功能能力评估
采用ADCS-ADL量表在基线和治疗期间每月评估患者的日常生活能力（Galasko等，1997），由照护者通过问卷或医护人员结构化访谈完成。
统计学方法
采用Kolmogorov-Smirnov检验进行组间比较。
结果
安全性
治疗安全性良好（表2）。42%的参与者报告与设备相关的不良事件，占总不良事件的41%，其中36%为轻度，2.5%为中度，2.5%为重度。治疗组和假治疗组各1例因不良事件退出。
依从性
21例患者完成6个月依从性记录，平均依从率为91%；1例患者仅提供前87天数据，依从率为92%。
活动记录仪评估睡眠
22例患者平均记录100天夜间数据。活动记录仪数据分析显示，夜间休息期持续时间符合指数分布，活动期符合幂律分布（图2），与健康人PSG睡眠-觉醒动态一致（Lo等，2013），表明活动记录仪可有效替代PSG评估AD患者睡眠。
伽马感觉刺激对睡眠质量的影响
选取在治疗前12周和后12周佩戴活动记录仪≥50%的患者进行睡眠疗效分析（治疗组n=7，假治疗组n=6）。与前12周相比，治疗组后12周的夜间活动期持续时间显著减少（p<0.03），假治疗组显著增加（p<0.03）；经夜间总时长归一化后，两组差异进一步扩大（p<0.001，图4）。治疗组平均夜间时长为7.23小时，假治疗组为7.64小时，组内前后差异仅为±2分钟。
日常生活活动能力维持
ADCS-ADL评分显示，假治疗组患者6个月内平均下降约3分（p<0.001），而治疗组9/14例患者评分维持或改善，平均评分显著增加（p<0.035，图5）。
讨论
本研究表明，每日1小时40Hz视听刺激对轻中度AD患者安全可行，且能显著减少夜间活动期、维持ADCS-ADL评分。近期研究也证实4-8周伽马感觉刺激对AD所致MCI患者的安全性和可行性（He等，2021）。
活动记录仪在AD患者长期睡眠监测中显示出优势：与PSG高度相关（Ancoli-Israel等，2008），且耐受性良好。本研究发现活动记录仪数据的夜间休息/活动分布与PSG一致（Lo等，2013），进一步验证其适用性。
伽马刺激改善睡眠的机制可能与动物实验中观察到的40Hz刺激恢复昼夜节律和下丘脑时钟功能相关（Yao等，2020）。AD患者脑干睡眠调节神经元（胆碱能、5-羟色胺能、去甲肾上腺素能）和视交叉上核神经元的早期退化可能是睡眠障碍的病理基础（Smith等，2018；VanErum等，2018；Kang等，2020），而伽马刺激可能通过逆转这些异常发挥作用。
目前AD睡眠障碍的药物治疗（如苏沃雷生）主要延长总睡眠时间，但无法改善睡眠碎片化（Herring等，2020），而伽马刺激对非临床诊断失眠的AD患者同样有效，显示其广泛适用性。
睡眠质量与日常生活能力密切相关（Zhou等，2019），伽马刺激可能通过改善睡眠增强日间功能，或通过独立机制（如减少Aβ/tau病理、改善突触功能）维持ADCS-ADL评分（Iaccarino等，2016；Adaikkan等，2019）。未来需通过生物标志物研究阐明其机制。
局限性：样本量较小，缺乏PSG验证，长期疗效需进一步评估。
结论：40Hz视听刺激可安全改善轻中度AD患者的睡眠质量并维持日常生活能力，为AD治疗提供了新策略。
缩略词：AD（阿尔茨海默病）、MCI（轻度认知障碍）、PSG（多导睡眠图）、EEG（脑电图）、MMSE（简易精神状态检查量表）、ADCS-ADL（阿尔茨海默病协作研究日常生活活动量表）、Aβ（β淀粉样蛋白）。
临床试验注册：clinicaltrials.gov，编号NCT03556280。
参考文献（节选）
1. Adaikkan,C.,etal.(2019).Gammaentrainmentbindshigher-orderbrainregionsandoffersneuroprotection.Neuron,102,92-107.e928.
2. Galasko,D.,etal.(1997).AninventorytoassessactivitiesofdailylivingforclinicaltrialsinAlzheimer’sdisease.AlzheimerDis.Assoc.Disord.,11(Suppl.2),S33-S39.
3. Yao,Y.,etal.(2020).Non-invasive40-HzlightflickeramelioratesAlzheimer’s-associatedrhythmdisorderviaregulatingcentralcircadianclockinmice.Front.Physiol.,11:294.
注：本文为开放获取文章，遵循CCBY协议。临床数据及原始材料可联系作者获取。
