Изследователите разработват ново устройство за неинвазивно измерване на активността на цервикалния нерв

Изследователите разработват ново устройство за неинвазивно измерване на активността на цервикалния нерв

Екип от инженери и лекари в Калифорнийския университет в Сан Диего са разработили устройство за неинвазивно измерване на активността на цервикалния нерв при хора, нов инструмент, който според тях потенциално може да предостави информация и да подобри лечението на пациенти със сепсис, животозастрашаваща реакция към инфекция и психични заболявания като посттравматично стресово разстройство (ПТСР).

Устройството е описано в броя на Scientific Reports от 14 ноември 2022 г.

„За първи път идентифицирахме цервикални електроневрографски доказателства за автономни (борба или бягство срещу почивка и смилане) биотипове, които са забележително последователни при различни предизвикателства пред автономната или неволна нервна система“, каза старши автор Imanuel Lerman, MD, клиничен професор по анестезиология в UC San Diego School of Medicine допълнителни назначения в UC San Diego Qualcomm Институт, Калифорнийския университет в Сан Диего Jacobs School of Engineering и VA Център за върхови постижения за стрес и психично здраве.

Изследването се основава на многобройните и фундаментални роли на цервикалния вагусов нерв, горната част на вагусовия нерв, който минава от червата към мозъка, предоставя информация за състоянието на околните вътрешни органи и наблюдава критични функции на тялото като имунен отговор и храносмилане и играе роля при големи психиатрични заболявания като настроение и тревожни разстройства.

Новото устройство разполага с гъвкав набор от електроди, които се простират от долната предна до горната задна част на врата, което позволява на изследователите да записват електрическа активност в различни нерви. Вграденият интерфейс позволява визуализация на данни в реално време, а персонализиран алгоритъм групира хората според реакцията на нервната им система на стрес.

В миналото измерването на нервната активност на шията често изискваше хирургично имплантиране на микроелектроди. Лерман, заедно със съавтора Тод Коулман, доктор по философия, професор в катедрата по биоинженерство в Инженерния факултет на Калифорнийския университет в Сан Диего Джейкъбс, се заеха да разработят по-малко рискован и по-малко инвазивен метод чрез адаптиране на съществуваща технология, разработена от Коулман с колегата Йонас Курниаван. Доктор, постдокторант в Станфордския университет. Полученият гъвкав масив може да се носи до един ден и се движи лесно с движенията на главата и врата на пациента.

За да проучат човешките автономни биотипове или групи от пациенти, чиято неволна нервна система реагира по подобен начин на стрес, изследователите проведоха серия от тестове, при които участниците в проучването бяха помолени да поставят и държат ръката си в ледена вода, последвано от дихателно упражнение по време. Масивът записва цервикални нервни сигнали или цервикална електроневрография, включително сърдечен ритъм при субекти преди и след предизвикателството с ледена вода и по време на дихателните упражнения.

Изследователите установяват, че участниците в проучването последователно попадат в две различни биотипови групи: тези, чиято невронна активност и сърдечна честота се увеличават по време на двата теста, и тези, които показват обратната тенденция. Уникалният алгоритъм на устройството идентифицира разликите в реакцията на специфични нервни клъстери към стресови фактори като болка, причинена от ледената вода и физически симптоми като изпотяване и повишен сърдечен ритъм, свързани с предизвикателството за дишане във времето.

Резултатите са вълнуващи. Масивът успя да запише активността на автономната нервна система и ние бяхме приятно изненадани да наблюдаваме последователна автономна реакция при стрес тестове. Необходима е обаче още работа, за да демонстрираме нашите сензорни способности в по-големи популации.

Тод Коулман, д-р, професор, катедра по биоинженерство, Инженерно училище на Калифорнийския университет в Сан Диего Джейкъбс

Електронна книга за откриване на лекарства

Компилация от най-добрите интервюта, статии и новини от последната година. Изтеглете безплатно копие

Въпреки че масивът от електроди не успя да идентифицира точните нерви, които се задействат в отговор на стреса и болката от предизвикателството със студена вода, изследователите се надяваха, че един ден това ще помогне за диагностицирането и лечението на състояния като посттравматично стресово разстройство и сепсис. Например вагусовият нерв предизвиква възпаление в тялото в отговор на нараняване или инфекция, механизъм, който може да бъде нарушен при посттравматично стресово разстройство. Авторите казаха, че тяхното ново устройство евентуално може да помогне на клиницистите да измерят реакцията на пациентите към терапията за посттравматично стресово разстройство, като например: B. Упражнения за дълбоко дишане, използвани по време на медитация за внимателност, чрез наблюдение на невралното задействане в блуждаещия нерв.

Лерман вече е един от няколкото изследователи, използващи електрическа стимулация на блуждаещия нерв, за да проверят дали стимулирането на тези невронни структури може да намали възпалението и болката при хора с посттравматично стресово разстройство.

Решетката може също така да насърчи безопасността на пилотите, управляващи военни самолети, като открива вълни в нервната активност, които предизвикват замаяност или гадене.

В болниците, предполагат авторите, устройството може да помогне за откриване на пациенти, податливи на животозастрашаващи състояния като сепсис, като идентифицира хора, които реагират силно на физически стрес.

Сепсисът възниква, когато имунната система на тялото реагира прекомерно на инфекция, увреждайки собствената си тъкан. Рискът от смъртност се увеличава бързо с течение на времето, така че технологията, която помага за откриване и маркиране на високорискови пациенти в болницата, ще даде на лекарите ранно предупреждение за прилагане на антибиотици и ще подобри шансовете на пациента да избегне или оцелее от сепсис.

Като следваща стъпка изследователите планират да интегрират масива с допълнителен хардуер за безжичен сензор за носене, който може да се използва извън лабораторията. В момента изследователите разработват планове за клинично изпитване за откриване на сепсис в болницата.

Проучването е интердисциплинарно усилие, включващо изследователи от UC San Diego Qualcomm Institute, UC San Diego School of Medicine, UC San Diego Jacobs School of Engineering (електрическо и компютърно инженерство, материалознание и инженерство, наноинженерство и биоинженерство), Департамента по физика и Хърбърт Вертхайм Училище за обществено здраве и наука за човешкото дълголетие и факултет в Станфордския университет и здравната система на Вирджиния Сан Диего.

Съавторите включват: Yifeng Bu, Jonas F. Kurniawan, Jacob Prince, Andrew KL Nguyen, Brandon Ho, Nathan LJ Sit, Timothy Pham, Vincent M. Wu, Boris Tjhia, Tsung-Chin Wu, Xin M. Tu и Ramesh Rao, всички в UC San Diego; и Андрю Дж. Шин, Станфордски университет.

Финансирането за това изследване дойде отчасти от Органа за напреднали биомедицински изследвания и развитие (грант 75A50119C00038) и Фонда за изследване на невронни сензори на Дейвид и Джанис Кац в памет на Алън Е. Улф.

източник:

Калифорнийски университет, Сан Диего

Справка:

Bu, Y., et al. (2022) Гъвкава електродна решетка със залепваща повърхност, способна да извършва цервикална електроневрография по време на последователно предизвикателство на автономния стрес. Научни доклади. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.