Elemind Wearable unterdrückt Alphawellen, um den Schlaf zu fördern

Elemind, ein fünf Jahre altes Startup mit Sitz in Cambridge, Massachusetts, stellte heute ein tragbares Gerät für Neuromodulation im Wert von 349 US-Dollar vor, das erste Produkt des Unternehmens. Laut Mitbegründerin und CEO Meredith Perry verfolgt die Technologie die Schwingungen von Gehirnwellen mithilfe von Elektroenzephalographie-Sensoren (EEG), die die elektrische Aktivität des Gehirns erfassen und diese Schwingungen dann mithilfe von Schallstößen beeinflussen, die durch die Knochenleitung abgegeben werden.

Eleminds erste Anwendung für dieses tragbare Gerät zielt darauf ab, Alphawellen zu unterdrücken, um den Schlaf zu fördern. Es gibt andere tragbare Geräte auf dem Markt, die Gehirnwellen überwachen und Benutzer durch Biofeedback dazu ermutigen, ihre Alpha-Muster aktiv zu ändern. Eleminds Stirnband scheint das erste Gerät zu sein, das Schall nutzt, um die Gehirnströme eines passiven Benutzers direkt zu beeinflussen.

In einer klinischen Studie, sagt Perry [no relation to author]76 Prozent der Probanden schliefen schneller ein. Diejenigen, die einen Unterschied bemerkten, brauchten im Durchschnitt 48 % weniger Zeit, um vom Wachzustand in den Schlaf zu gelangen. Die Ergebnisse ähnelten denen vergleichbarer Studien mit pharmazeutischen Schlaftabletten, sagte Perry.

„Für mich“, sagte Perry, „unterbricht es mein Grübeln und beruhigt mein Denken.“ Es ist wie eine Geräuschunterdrückung für das Gehirn.

Ich habe das Elemind-Stirnband im Mai kurz getestet. Ich fand es bequem, mit einem dicken gepolsterten Band, das über der Stirn sitzt und mit einer dehnbaren elastischen Schlaufe verbunden ist, um es an Ort und Stelle zu halten. Das Array enthält mehrere EEG-Elektroden, einen Prozessor, einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser, eine wiederaufladbare Lithium-Polymer-Batterie und kundenspezifische Elektronik, die elektrische Signale vom Gehirn erfasst, ihre Phase abschätzt und über die Knochenleitung eines Lautsprechers rosa Rauschen erzeugt. Das Ganze wiegt rund 60 Gramm, so viel wie eine kleine Kiwi.

Meine Testbedingungen waren alles andere als optimal zum Schlafen: früher Nachmittag, ein recht heller Konferenzraum, ein Sitzsack als Bett und ein Ventilator. Und mein Test dauerte nur vier Minuten. Ich kann sagen, dass ich die kleinen Ausbrüche von „rosa“ Rauschen (weißes Rauschen ohne die hohen Frequenzen) nicht als unangenehm empfunden habe. Und da ich oft eine Augenmaske trage, war das Gefühl von Stoff im Gesicht nicht störend. Es war weder die richtige Zeit noch der richtige Ort, um zu versuchen, tief und fest zu schlafen, aber ich und die anderen im Zimmer bemerkten, dass ich nach zwei Minuten wie verrückt gähnte.

Wie Elemind Gehirnwellen verändert

Was ging in meinem Gehirn vor? Kurz gesagt, unterschiedliche Gehirnzustände sind mit unterschiedlichen Wellenfrequenzen verbunden. Eine entspannte Person, die die Augen geschlossen hat, aber nicht schläft, erzeugt Alpha-Wellen mit etwa 10 Hz. Beim Einschlafen werden die Alpha-Wellen durch Theta-Wellen mit etwa 5 Hz ersetzt. Schließlich treten im Tiefschlaf Delta-Wellen mit etwa 1 Hz auf.

Ryan Neely, Vizepräsident für Wissenschaft und Forschung bei Elemind, erklärt.

„Sobald man das Stirnband aufsetzt“, sagt er, „funktioniert das EEG-System.“ Es verwendet eine einfache Signalverarbeitung mit Bandpassfilterung, um Aktivitäten im Frequenzbereich von 8 bis 12 Hz, dem Alphaband, zu isolieren.

„Dann“, fuhr Neely fort, „untersucht unser Algorithmus das gefilterte Signal, um die Phase jeder Schwingung zu identifizieren und zu bestimmen, wann rosa Rauschstöße erzeugt werden müssen.“

Um einem Benutzer zu helfen, schneller einzuschlafen [top], Ausbrüche von rosa Rauschen sind so programmiert, dass sie eine Gehirnreaktion erzeugen, die phasenverschoben zu den Alphawellen ist und diese somit unterdrückt. Um den Tiefschlaf zu verbessern [bottom]Rosa Rauschen ist so programmiert, dass es eine Gehirnreaktion in Phase mit Deltawellen erzeugt.Quelle: Elemind

Diese akustischen Reize, erklärt er, erzeugen Wellen in den Wellen, die vom Gehirn ausgehen. Das System von Elemind versucht, diese Wellen auf eine bestimmte Phase der Welle auszurichten. Da zwischen dem Reiz und der hervorgerufenen Reaktion eine Lücke besteht, hat Elemind sein System an 21 Personen getestet und die durchschnittliche Verzögerung berechnet und diese bei der Bestimmung, wann ein Ton ausgelöst werden soll, berücksichtigt.

Um den Schlaf anzuregen, zielt Eleminds Stirnband auf den Tiefpunkt der Alphawelle, den Punkt, an dem das Gehirn am meisten erregbar ist, erklärt Neely.

„Man kann sich den Alpha-Rhythmus als Kommunikationstor zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns vorstellen“, sagt er. „Indem Sie diese Kommunikation, diese Koordination zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns stören, können Sie Muster wie Grübeleien stören, die Sie wach halten.“

Sobald diese Alpha-Wellen unterdrückt sind, übernehmen langsamere Schwingungen, wie die Theta-Wellen des leichten Schlafs, die Oberhand, sagt Neely.

Elemind hat nicht vor, damit aufzuhören. Das Unternehmen plant, einen Algorithmus hinzuzufügen, der Delta-Wellen verarbeitet, die für Tiefschlaf charakteristischen niederfrequenten Wellen von 0,5 bis 2 Hz. Hier wird die Technologie von Elemind versuchen, dieses Muster zu verstärken, um die Schlafqualität zu verbessern.

Ist es sicher? Ja, sagt Neely, denn die akustische Stimulation ist selbstlimitierend. „Ihre Gehirnwellen haben einen natürlichen Raum, den sie einnehmen können“, erklärte er, „und diese Stimulation bewegt sie einfach in diesen natürlichen Raum, im Gegensatz zur Tiefenhirnstimulation, die die Gehirnaktivität außerhalb natürlicher Umgebungen verlagern kann.“

Über den Schlaf hinaus: Sedierung, Gedächtnis und psychische Gesundheit

Die Anwendungen könnten letztendlich über die Schlafinduktion und -verbesserung hinausgehen. Forscher der University of Washington und der McGill University führten eine klinische Studie durch, um festzustellen, ob die Technologie von Elemind zur Erhöhung der Schmerzschwelle sedierter Probanden eingesetzt werden kann; Die Ergebnisse werden für die Begutachtung durch Fachkollegen vorbereitet.

Elemind arbeitet außerdem mit einem Team zusammen, an dem Forscher von McGill und dem Louvain Brain Institute beteiligt sind, um herauszufinden, ob die Technologie die Gedächtniskonsolidierung während des Tiefschlafs verbessern und möglicherweise für Menschen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen und anderen Gedächtnisstörungen hilfreich sein kann.

Neely würde sich wünschen, dass in Zukunft weitere Anwendungen untersucht würden.

„Umgekehrte Alpha-Stimulation [enhancing instead of suppressing the signal] könnte die Erregung steigern“, sagt er. „Das ist etwas, das ich gerne untersuchen würde. Und es wäre interessant, sich mit der Behandlung psychischer Erkrankungen zu befassen, da die Phasenkopplung zwischen verschiedenen Gehirnregionen offenbar ein wichtiger Faktor bei Depressionen und Angststörungen ist.

Perry, der zuvor das Wireless-Energy-Startup UBeam gründete, war Mitbegründer von Elemind zusammen mit vier Universitätsprofessoren mit Fachkenntnissen in Neurowissenschaften, Optogenetik, biomedizinischer Technik und künstlicher Intelligenz. Das Unternehmen verfügt bisher über eine Finanzierung von 12 Millionen US-Dollar und beschäftigt derzeit 13 Mitarbeiter.

Die Vorbestellungen für Beta-Geräte für 349 US-Dollar beginnen heute. Elemind plant, noch in diesem Jahr mit dem allgemeinen Verkauf zu beginnen. Das Unternehmen bietet seinen Kunden ein optionales Abonnement für 7 bis 13 US-Dollar pro Monat an, das die Cloud-Speicherung von Schlafdaten und den Zugriff auf neue Anwendungen ermöglicht, sobald diese veröffentlicht werden.