Les chercheurs développent un nouveau dispositif pour mesurer de manière non invasive l'activité du nerf cervical

Les chercheurs développent un nouveau dispositif pour mesurer de manière non invasive l'activité du nerf cervical

Une équipe d'ingénieurs et de médecins de l'Université de Californie à San Diego a développé un dispositif permettant de mesurer de manière non invasive l'activité du nerf cervical chez l'homme, un nouvel outil qui, selon eux, pourrait potentiellement fournir des informations et améliorer les traitements des patients atteints de sepsis, une réaction potentiellement mortelle à une infection et de maladies mentales telles que le trouble de stress post-traumatique (SSPT).

L’appareil est décrit dans le numéro du 14 novembre 2022 de Scientific Reports.

"Pour la première fois, nous avons identifié des preuves électroneurographiques cervicales de biotypes autonomes (combat ou fuite contre repos et digestion) qui sont remarquablement cohérents dans différents défis du système nerveux autonome ou involontaire", a déclaré l'auteur principal Imanuel Lerman, MD, professeur clinicien d'anesthésiologie à l'École de médecine de l'UC San Diego. Jacobs School of Engineering et le Centre d'excellence VA pour le stress et la santé mentale.

La recherche s'appuie sur les rôles nombreux et fondamentaux du nerf vague cervical, la partie supérieure du nerf vague qui s'étend de l'intestin au cerveau, fournit des informations sur l'état des organes internes environnants et surveille les fonctions corporelles critiques telles que la réponse immunitaire et la digestion, et joue un rôle dans les maladies psychiatriques majeures telles que les troubles de l'humeur et l'anxiété.

Le nouvel appareil comporte un ensemble flexible d'électrodes qui s'étendent du bas du devant jusqu'au haut de l'arrière du cou, permettant aux chercheurs d'enregistrer l'activité électrique sur différents nerfs. Une interface intégrée permet la visualisation des données en temps réel et un algorithme personnalisé regroupe les personnes en fonction de la réponse de leur système nerveux au stress.

Dans le passé, la mesure de l’activité nerveuse dans le cou nécessitait souvent l’implantation chirurgicale de microélectrodes. Lerman, avec le co-auteur Todd Coleman, PhD, professeur au Département de bio-ingénierie de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego, a entrepris de développer une méthode moins risquée et moins invasive en adaptant la technologie existante que Coleman avait développée avec son collègue Jonas Kurniawan. PhD, chercheur postdoctoral à l'Université de Stanford. L'ensemble flexible résultant peut être porté jusqu'à une journée et se déplace facilement avec les mouvements de la tête et du cou du patient.

Pour étudier les biotypes autonomes humains, ou des groupes de patients dont le système nerveux involontaire répondait de la même manière au stress, les chercheurs ont mené une série de tests au cours desquels les participants à l'étude ont été invités à placer et à tenir leur main dans de l'eau glacée, suivis d'un exercice de respiration chronométré. Le réseau a enregistré les signaux nerveux cervicaux ou l'électroneurographie cervicale, y compris la fréquence cardiaque chez les sujets avant et après le défi de l'eau glacée et pendant l'exercice de respiration.

Les chercheurs ont constaté que les participants à l’étude se répartissaient systématiquement en deux groupes de biotypes distincts : ceux dont l’activité neuronale et la fréquence cardiaque augmentaient au cours des deux tests, et ceux qui présentaient la tendance opposée. L'algorithme unique de l'appareil a identifié des différences dans la réponse de groupes nerveux spécifiques à des facteurs de stress tels que la douleur provoquée par l'eau glacée et des symptômes physiques tels que la transpiration et l'augmentation du rythme cardiaque associés au défi respiratoire chronométré.

Les résultats sont passionnants. Le réseau a pu enregistrer l’activité du système nerveux autonome et nous avons été agréablement surpris d’observer une réponse autonome cohérente lors des tests de stress. Cependant, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour démontrer nos capacités de détection auprès de populations plus importantes.

Todd Coleman, PhD, professeur, Département de bio-ingénierie, École d'ingénierie Jacobs de l'UC San Diego

Livre électronique sur la découverte de médicaments

Compilation des meilleurs interviews, articles et actualités de l'année dernière. Téléchargez une copie gratuite

Bien que le réseau d'électrodes n'ait pas pu identifier les nerfs exacts qui s'activent en réponse au stress et à la douleur liés au défi de l'eau froide, les chercheurs espéraient qu'il aiderait un jour à diagnostiquer et à traiter des affections telles que le SSPT et la septicémie. Par exemple, le nerf vague déclenche une inflammation dans le corps en réponse à une blessure ou à une infection, un mécanisme qui peut être perturbé dans le SSPT. Les auteurs ont déclaré que leur nouvel appareil pourrait éventuellement aider les cliniciens à mesurer la réponse des patients au traitement du SSPT, comme : B. Des exercices de respiration profonde utilisés pendant la méditation de pleine conscience en surveillant le déclenchement neuronal dans le nerf vague.

Lerman est déjà l'un des nombreux chercheurs utilisant la stimulation électrique du nerf vague pour vérifier si la stimulation de ces structures neuronales peut réduire l'inflammation et la douleur chez les personnes atteintes du SSPT.

Ce réseau pourrait également améliorer la sécurité des pilotes d'avions militaires en détectant les pics d'activité nerveuse qui déclenchent des étourdissements ou des nausées.

Dans les hôpitaux, suggèrent les auteurs, l'appareil pourrait aider à détecter les patients susceptibles de souffrir de maladies potentiellement mortelles telles que la septicémie en identifiant les personnes qui réagissent fortement au stress physique.

La septicémie survient lorsque le système immunitaire de l'organisme réagit de manière excessive à une infection, endommageant ainsi ses propres tissus. Le risque de mortalité augmente rapidement avec le temps, de sorte qu'une technologie permettant de détecter et de signaler les patients à haut risque à l'hôpital donnerait aux médecins un avertissement précoce pour administrer des antibiotiques et améliorerait les chances d'un patient d'éviter ou de survivre à une septicémie.

Dans une prochaine étape, les chercheurs prévoient d'intégrer la matrice à du matériel supplémentaire pour un capteur portable sans fil pouvant être utilisé en dehors du laboratoire. Les chercheurs élaborent actuellement des plans pour un essai clinique visant à détecter la septicémie à l'hôpital.

L'étude était un effort interdisciplinaire impliquant des chercheurs de l'Institut Qualcomm de l'UC San Diego, de l'École de médecine de l'UC San Diego, de l'École d'ingénierie Jacobs de l'UC San Diego (génie électrique et informatique, science et ingénierie des matériaux, nano-ingénierie et bio-ingénierie), du Département de physique et de l'École Herbert Wertheim de santé publique et des sciences de la longévité humaine et des professeurs de l'Université de Stanford et de la VA. Système de santé de San Diego.

Les co-auteurs incluent : 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 et Ramesh Rao, tous à l'UC San Diego ; et Andrew J. Shin, Université de Stanford.

Le financement de cette recherche provenait en partie de la Biomedical Advanced Research and Development Authority (subvention 75A50119C00038) et du Fonds de recherche sur les capteurs neuronaux David et Janice Katz à la mémoire d'Allen E. Wolf.

Source:

Université de Californie, San Diego

Référence:

Bu, Y., et al. (2022) Un réseau d’électrodes flexible avec une surface adhésive capable d’effectuer une électroneurographie cervicale lors d’un défi de stress autonome séquentiel. Rapports scientifiques. est ce que je.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.