Ερευνητές αναπτύσσουν μια νέα συσκευή για τη μη επεμβατική μέτρηση της δραστηριότητας του τραχηλικού νεύρου

Ερευνητές αναπτύσσουν μια νέα συσκευή για τη μη επεμβατική μέτρηση της δραστηριότητας του τραχηλικού νεύρου

Μια ομάδα μηχανικών και γιατρών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, ανέπτυξαν μια συσκευή για τη μη επεμβατική μέτρηση της δραστηριότητας του τραχηλικού νεύρου στους ανθρώπους, ένα νέο εργαλείο που θα μπορούσε ενδεχομένως να παρέχει πληροφορίες και να βελτιώσει τις θεραπείες για ασθενείς με σήψη, μια απειλητική για τη ζωή αντίδραση σε μόλυνση και ψυχικές ασθένειες όπως η διαταραχή μετατραυματικού στρες (PTSD).

Η συσκευή περιγράφεται στο τεύχος 14 Νοεμβρίου 2022 των Scientific Reports.

«Για πρώτη φορά, εντοπίσαμε ηλεκτρονευρογραφικά στοιχεία του τραχήλου της μήτρας για αυτόνομους βιοτύπους (μάχη ή φυγή έναντι ανάπαυσης και πέψης) που είναι αξιοσημείωτα συνεπείς σε διαφορετικές προκλήσεις στο αυτόνομο ή ακούσιο νευρικό σύστημα», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Imanuel Lerman, MD, κλινικός καθηγητής αναισθησιολογίας στο UC San Diego San Diego School of UC San Diego. Ινστιτούτο, το UC San Diego Jacobs School of Engineering και το VA Center of Excellence for Stress and Mental Health.

Η έρευνα βασίζεται στους πολυάριθμους και θεμελιώδεις ρόλους του αυχενικού πνευμονογαστρικού νεύρου, του άνω τμήματος του πνευμονογαστρικού νεύρου που εκτείνεται από το έντερο στον εγκέφαλο, παρέχει πληροφορίες για την κατάσταση των γύρω εσωτερικών οργάνων και παρακολουθεί κρίσιμες λειτουργίες του σώματος όπως η ανοσοαπόκριση και η πέψη και παίζει ρόλο σε σημαντικές ψυχιατρικές ασθένειες όπως διαταραχές διάθεσης και άγχος.

Η νέα συσκευή διαθέτει μια εύκαμπτη σειρά ηλεκτροδίων που εκτείνονται από το κάτω μπροστινό μέρος μέχρι το πάνω πίσω μέρος του λαιμού, επιτρέποντας στους ερευνητές να καταγράφουν την ηλεκτρική δραστηριότητα σε διαφορετικά νεύρα. Μια ενσωματωμένη διεπαφή επιτρέπει την οπτικοποίηση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και ένας προσαρμοσμένος αλγόριθμος ομαδοποιεί τους ανθρώπους σύμφωνα με την απόκριση του νευρικού τους συστήματος στο στρες.

Στο παρελθόν, η μέτρηση της νευρικής δραστηριότητας στον αυχένα απαιτούσε συχνά χειρουργική εμφύτευση μικροηλεκτροδίων. Ο Lerman, μαζί με τον συν-συγγραφέα Todd Coleman, PhD, καθηγητή στο Τμήμα Βιομηχανικής στο UC San Diego Jacobs School of Engineering, ξεκίνησαν να αναπτύξουν μια λιγότερο επικίνδυνη και λιγότερο επεμβατική μέθοδο προσαρμόζοντας την υπάρχουσα τεχνολογία που είχε αναπτύξει ο Coleman με τον συνάδελφο Jonas Kurniawan. PhD, μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. Η προκύπτουσα εύκαμπτη σειρά μπορεί να φορεθεί για έως και μία ημέρα και μετακινείται εύκολα με τις κινήσεις του κεφαλιού και του λαιμού του ασθενούς.

Για να μελετήσουν ανθρώπινους αυτόνομους βιοτύπους ή ομάδες ασθενών των οποίων το ακούσιο νευρικό σύστημα ανταποκρίθηκε παρόμοια στο στρες, οι ερευνητές διεξήγαγαν μια σειρά δοκιμών στις οποίες ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες στη μελέτη να τοποθετήσουν και να κρατήσουν το χέρι τους σε παγωμένο νερό, ακολουθούμενη από μια χρονομετρημένη άσκηση αναπνοής. Η συστοιχία κατέγραψε σήματα αυχενικού νεύρου ή ηλεκτρονευρογραφία του τραχήλου της μήτρας, συμπεριλαμβανομένου του καρδιακού ρυθμού σε υποκείμενα πριν και μετά την πρόκληση τόσο του παγωμένου νερού όσο και κατά τη διάρκεια της αναπνευστικής άσκησης.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι συμμετέχοντες στη μελέτη ανήκαν σταθερά σε δύο ξεχωριστές ομάδες βιοτύπων: εκείνες των οποίων η νευρωνική δραστηριότητα και ο καρδιακός ρυθμός αυξήθηκαν κατά τη διάρκεια και των δύο δοκιμών και εκείνοι που έδειξαν την αντίθετη τάση. Ο μοναδικός αλγόριθμος της συσκευής εντόπισε διαφορές στην απόκριση συγκεκριμένων συστάδων νεύρων σε στρεσογόνους παράγοντες όπως ο πόνος που προκαλείται από το παγωμένο νερό και σωματικά συμπτώματα όπως ο ιδρώτας και ο αυξημένος καρδιακός ρυθμός που σχετίζονται με την πρόκληση χρονομετρημένης αναπνοής.

Τα αποτελέσματα είναι συναρπαστικά. Η συστοιχία ήταν σε θέση να καταγράψει τη δραστηριότητα του αυτόνομου νευρικού συστήματος και εκπλαγήκαμε ευχάριστα όταν παρατηρήσαμε μια σταθερή αυτόνομη απόκριση στις προκλήσεις του stress test. Ωστόσο, χρειάζεται περισσότερη δουλειά για να δείξουμε τις αισθητήριες ικανότητές μας σε μεγαλύτερους πληθυσμούς».

Todd Coleman, PhD, Καθηγητής, Τμήμα Βιομηχανικής, UC San Diego Jacobs School of Engineering

Ηλεκτρονικό βιβλίο ανακάλυψης φαρμάκων

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

Αν και η συστοιχία ηλεκτροδίων δεν μπόρεσε να αναγνωρίσει τα ακριβή νεύρα που πυροδοτούν ως απάντηση στο άγχος και τον πόνο της πρόκλησης του κρύου νερού, οι ερευνητές ήλπιζαν ότι μια μέρα θα βοηθήσει στη διάγνωση και τη θεραπεία καταστάσεων όπως το PTSD και η σήψη. Για παράδειγμα, το πνευμονογαστρικό νεύρο πυροδοτεί φλεγμονή στο σώμα ως απόκριση σε τραυματισμό ή μόλυνση, ένας μηχανισμός που μπορεί να διαταραχθεί σε PTSD. Οι συγγραφείς είπαν ότι η νέα τους συσκευή θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει τους κλινικούς ιατρούς να μετρήσουν την ανταπόκριση των ασθενών στη θεραπεία για PTSD, όπως: Β. Ασκήσεις βαθιάς αναπνοής που χρησιμοποιούνται κατά τον διαλογισμό επίγνωσης, παρακολουθώντας τη νευρική πυροδότηση στο πνευμονογαστρικό νεύρο.

Ο Lerman είναι ήδη ένας από τους πολλούς ερευνητές που χρησιμοποιούν ηλεκτρική διέγερση του πνευμονογαστρικού νεύρου για να ελέγξουν εάν η διέγερση αυτών των νευρικών δομών μπορεί να μειώσει τη φλεγμονή και τον πόνο σε άτομα με PTSD.

Η συστοιχία θα μπορούσε επίσης να προάγει την ασφάλεια των πιλότων που χειρίζονται στρατιωτικά αεροσκάφη ανιχνεύοντας αυξήσεις στη νευρική δραστηριότητα που προκαλούν ζάλη ή ναυτία.

Στα νοσοκομεία, προτείνουν οι συγγραφείς, η συσκευή θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανίχνευση ασθενών που είναι επιρρεπείς σε απειλητικές για τη ζωή καταστάσεις όπως η σήψη, εντοπίζοντας άτομα που αντιδρούν έντονα στο σωματικό στρες.

Η σήψη εμφανίζεται όταν το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος αντιδρά υπερβολικά σε μια μόλυνση, καταστρέφοντας τον δικό του ιστό. Ο κίνδυνος θνησιμότητας αυξάνεται γρήγορα με την πάροδο του χρόνου, επομένως η τεχνολογία που βοηθά στον εντοπισμό και την επισήμανση ασθενών υψηλού κινδύνου στο νοσοκομείο θα προειδοποιήσει έγκαιρα τους γιατρούς για τη χορήγηση αντιβιοτικών και θα βελτιώσει τις πιθανότητες του ασθενούς να αποφύγει ή να επιβιώσει από σήψη.

Ως επόμενο βήμα, οι ερευνητές σχεδιάζουν να ενσωματώσουν τη συστοιχία με πρόσθετο υλικό για έναν ασύρματο, φορετό αισθητήρα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί έξω από το εργαστήριο. Οι ερευνητές αναπτύσσουν επί του παρόντος σχέδια για μια κλινική δοκιμή για την ανίχνευση της σήψης στο νοσοκομείο.

Η μελέτη ήταν μια διεπιστημονική προσπάθεια στην οποία συμμετείχαν ερευνητές από το Ινστιτούτο UC San Diego Qualcomm, το UC San Diego School of Medicine, το UC San Diego Jacobs School of Engineering (ηλεκτρολογία και μηχανική υπολογιστών, επιστήμη και μηχανική υλικών, νανομηχανική και βιομηχανική), το Department of Physics and Hubernge, το Τμήμα Φυσικής και Υγείας του Hubernge, Επιστήμη και σχολή στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και στο VA Σύστημα Υγείας του Σαν Ντιέγκο.

Οι συν-συγγραφείς περιλαμβάνουν: 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 και Ramesh Rao, όλοι στο UC San Diego. και Andrew J. Shin, Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ.

Η χρηματοδότηση αυτής της έρευνας προήλθε εν μέρει από την Αρχή Βιοϊατρικής Προηγμένης Έρευνας και Ανάπτυξης (Grant 75A50119C00038) και το Ταμείο Έρευνας Νευρωνικών Αισθητηρίων David and Janice Katz in Memory of Allen E. Wolf.

Πηγή:

Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Ντιέγκο

Αναφορά:

Bu, Υ., et αϊ. (2022) Μια εύκαμπτη διάταξη ηλεκτροδίων με μια κολλητική επιφάνεια ικανή για ηλεκτρονευρογραφία του τραχήλου της μήτρας κατά τη διάρκεια μιας διαδοχικής πρόκλησης αυτόνομου στρες. Επιστημονικές αναφορές. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.