Los investigadores están desarrollando un nuevo dispositivo para medir de forma no invasiva la actividad del nervio cervical

Los investigadores están desarrollando un nuevo dispositivo para medir de forma no invasiva la actividad del nervio cervical

Un equipo de ingenieros y médicos de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado un dispositivo para medir de forma no invasiva la actividad del nervio cervical en humanos, una nueva herramienta que, según dicen, podría proporcionar información y mejorar los tratamientos para pacientes con sepsis, una reacción potencialmente mortal a la infección y enfermedades mentales como el trastorno de estrés postraumático (TEPT).

El dispositivo se describe en la edición del 14 de noviembre de 2022 de Scientific Reports.

"Por primera vez, hemos identificado evidencia electroneurográfica cervical de biotipos autónomos (lucha o huida versus descanso y digestión) que son notablemente consistentes en diferentes desafíos al sistema nervioso autónomo o involuntario", dijo el autor principal, Imanuel Lerman, MD, profesor clínico de anestesiología en la Facultad de Medicina de UC San Diego. Citas adicionales en el Instituto Qualcomm de UC San Diego, la Escuela Jacobs de UC San Diego de Ingeniería y el Centro de Excelencia para el Estrés y la Salud Mental de VA.

La investigación se basa en las numerosas y fundamentales funciones del nervio vago cervical, la parte superior del nervio vago que va desde el intestino hasta el cerebro, proporciona información sobre el estado de los órganos internos circundantes y monitorea funciones corporales críticas como la respuesta inmune y la digestión, y desempeña un papel en enfermedades psiquiátricas importantes, como los trastornos del estado de ánimo y la ansiedad.

El nuevo dispositivo presenta una serie flexible de electrodos que se extienden desde la parte inferior frontal hasta la parte superior posterior del cuello, lo que permite a los investigadores registrar la actividad eléctrica a través de diferentes nervios. Una interfaz incorporada permite la visualización de datos en tiempo real y un algoritmo personalizado agrupa a las personas según la respuesta de su sistema nervioso al estrés.

En el pasado, medir la actividad nerviosa en el cuello requería a menudo la implantación quirúrgica de microelectrodos. Lerman, junto con el coautor Todd Coleman, PhD, profesor del Departamento de Bioingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, se propusieron desarrollar un método menos riesgoso y menos invasivo adaptando la tecnología existente que Coleman había desarrollado con su colega Jonas Kurniawan. PhD, becario postdoctoral en la Universidad de Stanford. La matriz flexible resultante se puede usar hasta por un día y se mueve fácilmente con los movimientos de la cabeza y el cuello del paciente.

Para estudiar biotipos autónomos humanos, o grupos de pacientes cuyos sistemas nerviosos involuntarios respondieron de manera similar al estrés, los investigadores realizaron una serie de pruebas en las que se pidió a los participantes del estudio que colocaran y mantuvieran la mano en agua helada, seguido de un ejercicio de respiración cronometrado. La matriz registró las señales del nervio cervical o la electroneurografía cervical, incluida la frecuencia cardíaca en los sujetos antes y después del desafío con agua helada y durante el ejercicio de respiración.

Los investigadores encontraron que los participantes del estudio se clasificaban consistentemente en dos grupos de biotipos distintos: aquellos cuya actividad neuronal y frecuencia cardíaca aumentaron durante ambas pruebas, y aquellos que mostraron la tendencia opuesta. El algoritmo único del dispositivo identificó diferencias en la respuesta de grupos nerviosos específicos a factores estresantes como el dolor causado por el agua helada y síntomas físicos como sudoración y aumento de la frecuencia cardíaca asociados con el desafío de respiración cronometrada.

Los resultados son emocionantes. La matriz pudo registrar la actividad del sistema nervioso autónomo y nos sorprendió gratamente observar una respuesta autónoma consistente en las pruebas de esfuerzo. Sin embargo, se necesita más trabajo para demostrar nuestras capacidades de detección en poblaciones más grandes”.

Todd Coleman, PhD, profesor, Departamento de Bioingeniería, Facultad de Ingeniería Jacobs de UC San Diego

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Aunque el conjunto de electrodos no pudo identificar los nervios exactos que se activan en respuesta al estrés y el dolor del desafío del agua fría, los investigadores esperaban que algún día ayude a diagnosticar y tratar afecciones como el trastorno de estrés postraumático y la sepsis. Por ejemplo, el nervio vago desencadena inflamación en el cuerpo en respuesta a una lesión o infección, un mecanismo que puede verse alterado en el trastorno de estrés postraumático. Los autores dijeron que su nuevo dispositivo podría eventualmente ayudar a los médicos a medir la respuesta de los pacientes a la terapia para el trastorno de estrés postraumático, como ejercicios de respiración profunda utilizados durante la meditación de atención plena mediante el monitoreo de la activación neuronal en el nervio vago.

Lerman ya es uno de varios investigadores que utilizan la estimulación eléctrica del nervio vago para probar si la estimulación de estas estructuras neuronales puede reducir la inflamación y el dolor en personas con trastorno de estrés postraumático.

La matriz también podría promover la seguridad de los pilotos que operan aviones militares al detectar picos en la actividad nerviosa que provocan mareos o náuseas.

En los hospitales, sugieren los autores, el dispositivo podría ayudar a detectar pacientes susceptibles a enfermedades potencialmente mortales como la sepsis, identificando a las personas que reaccionan fuertemente al estrés físico.

La sepsis ocurre cuando el sistema inmunológico del cuerpo reacciona exageradamente a una infección y daña su propio tejido. El riesgo de mortalidad aumenta rápidamente con el tiempo, por lo que la tecnología que ayuda a detectar y señalar a los pacientes de alto riesgo en el hospital daría a los médicos una alerta temprana para administrar antibióticos y mejorar las posibilidades del paciente de evitar o sobrevivir a la sepsis.

Como siguiente paso, los investigadores planean integrar la matriz con hardware adicional para un sensor portátil inalámbrico que pueda usarse fuera del laboratorio. Actualmente, los investigadores están desarrollando planes para un ensayo clínico para detectar sepsis en el hospital.

El estudio fue un esfuerzo interdisciplinario que involucró a investigadores del Instituto Qualcomm de UC San Diego, la Facultad de Medicina de UC San Diego, la Facultad de Ingeniería Jacobs de UC San Diego (ingeniería eléctrica e informática, ciencia e ingeniería de materiales, nanoingeniería y bioingeniería), el Departamento de Física y la Escuela de Salud Pública y Ciencias de la Longevidad Humana Herbert Wertheim y profesores de la Universidad de Stanford y el VA San Diego. Sistema de Salud.

Los coautores incluyen: 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 y Ramesh Rao, todos en UC San Diego; y Andrew J. Shin, Universidad de Stanford.

La financiación para esta investigación provino en parte de la Autoridad de Investigación y Desarrollo Biomédico Avanzado (Subvención 75A50119C00038) y el Fondo de Investigación de Sensores Neurales David y Janice Katz en Memoria de Allen E. Wolf.

Fuente:

Universidad de California, San Diego

Referencia:

Bu, Y., et al. (2022) Una matriz de electrodos flexible con una superficie adhesiva capaz de realizar electroneurografía cervical durante un desafío de estrés autónomo secuencial. Informes científicos. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

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