Istraživači razvijaju novi uređaj za neinvazivno mjerenje aktivnosti vratnog živca

Istraživači razvijaju novi uređaj za neinvazivno mjerenje aktivnosti vratnog živca

Tim inženjera i liječnika sa Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu razvio je uređaj za neinvazivno mjerenje aktivnosti vratnog živca kod ljudi, novi alat za koji kažu da bi potencijalno mogao pružiti informacije i poboljšati liječenje pacijenata sa sepsom, po život opasnom reakcijom na infekciju i mentalnim bolestima kao što je posttraumatski stresni poremećaj (PTSP).

Uređaj je opisan u izdanju Scientific Reports od 14. studenog 2022.

"Prvi put smo identificirali cervikalne elektroneurografske dokaze o autonomnim (borba ili bijeg u odnosu na odmor i probavu) biotipovima koji su izuzetno konzistentni u različitim izazovima autonomnog ili nevoljnog živčanog sustava", rekao je stariji autor Imanuel Lerman, dr. med., klinički profesor anesteziologije na Medicinskom fakultetu UC San Diego. Dodatni termini na UC San Diego Qualcomm Institut, UC San Diego Jacobs School of Engineering i VA Centar izvrsnosti za stres i mentalno zdravlje.

Istraživanje se temelji na brojnim i temeljnim ulogama cervikalnog živca vagusa, gornjeg dijela vagusnog živca koji ide od crijeva do mozga, pruža informacije o statusu okolnih unutarnjih organa i prati kritične tjelesne funkcije kao što su imunološki odgovor i probava, te igra ulogu u velikim psihijatrijskim bolestima kao što su poremećaji raspoloženja i anksioznosti.

Novi uređaj ima fleksibilan niz elektroda koje se protežu od donjeg prednjeg do gornjeg stražnjeg dijela vrata, omogućujući istraživačima snimanje električne aktivnosti na različitim živcima. Ugrađeno sučelje omogućuje vizualizaciju podataka u stvarnom vremenu, a prilagođeni algoritam grupira ljude prema odgovoru njihovog živčanog sustava na stres.

U prošlosti je mjerenje aktivnosti živaca u vratu često zahtijevalo kiruršku ugradnju mikroelektroda. Lerman, zajedno s koautorom Toddom Colemanom, dr. sc., profesorom na Odjelu za bioinženjering na UC San Diego Jacobs School of Engineering, krenuo je u razvoj manje rizične i manje invazivne metode prilagodbom postojeće tehnologije koju je Coleman razvio s kolegom Jonasom Kurniawanom. PhD, postdoktorand na Sveučilištu Stanford. Dobiveni fleksibilni niz može se nositi do jednog dana i lako se pomiče s pacijentovim pokretima glave i vrata.

Kako bi proučili ljudske autonomne biotipove ili skupine pacijenata čiji je nevoljni živčani sustav reagirao na sličan način na stres, istraživači su proveli niz testova u kojima su sudionici studije zamoljeni da stave i drže ruku u ledenoj vodi, nakon čega je uslijedila vježba disanja na određeno vrijeme. Niz je bilježio cervikalne živčane signale ili cervikalnu elektroneurografiju, uključujući broj otkucaja srca kod ispitanika prije i nakon izazova s ​​ledenom vodom i tijekom vježbe disanja.

Istraživači su otkrili da su sudionici studije dosljedno spadali u dvije različite skupine biotipa: oni čija se neuronska aktivnost i broj otkucaja srca povećali tijekom oba testa i oni koji su pokazali suprotan trend. Jedinstveni algoritam uređaja identificirao je razlike u odgovoru specifičnih klastera živaca na stresore kao što je bol uzrokovana ledenom vodom i fizičke simptome kao što su znojenje i ubrzani otkucaji srca povezani s tempiranim disanjem.

Rezultati su uzbudljivi. Niz je uspio zabilježiti aktivnost autonomnog živčanog sustava i bili smo ugodno iznenađeni promatrajući konzistentan odgovor autonomnog živčanog sustava na izazove testa stresa. Međutim, potrebno je više rada kako bismo pokazali naše sposobnosti osjeta u većim populacijama."

Todd Coleman, dr. sc., profesor, Odjel za bioinženjering, Tehnička škola UC San Diego Jacobs

E-knjiga o otkrivanju droga

Kompilacija najboljih intervjua, članaka i vijesti iz prošle godine. Preuzmite besplatnu kopiju

Iako niz elektroda nije mogao identificirati točne živce koji se aktiviraju kao odgovor na stres i bol uzrokovanu hladnom vodom, istraživači su se nadali da će jednog dana pomoći u dijagnosticiranju i liječenju stanja kao što su PTSP i sepsa. Na primjer, živac vagus pokreće upalu u tijelu kao odgovor na ozljedu ili infekciju, mehanizam koji se može poremetiti kod PTSP-a. Autori kažu da bi njihov novi uređaj na kraju mogao pomoći kliničarima u mjerenju odgovora pacijenata na terapiju PTSP-a, kao što su: B. Vježbe dubokog disanja koje se koriste tijekom meditacije svjesnosti praćenjem neuralnog aktiviranja u živcu vagusu.

Lerman je već jedan od nekolicine istraživača koji koriste električnu stimulaciju živca vagusa kako bi testirali može li stimulacija tih neuronskih struktura smanjiti upalu i bol kod osoba s PTSP-om.

Niz bi također mogao promicati sigurnost pilota koji upravljaju vojnim zrakoplovima otkrivajući valove živčane aktivnosti koji izazivaju vrtoglavicu ili mučninu.

U bolnicama, sugeriraju autori, uređaj bi mogao pomoći u otkrivanju pacijenata osjetljivih na stanja opasna po život kao što je sepsa identificiranjem ljudi koji snažno reagiraju na fizički stres.

Sepsa se javlja kada tjelesni imunološki sustav pretjerano reagira na infekciju, oštećujući vlastito tkivo. Rizik od smrtnosti brzo se povećava tijekom vremena, tako da bi tehnologija koja pomaže u otkrivanju i označavanju visokorizičnih pacijenata u bolnici dala liječnicima rano upozorenje da daju antibiotike i poboljšala šanse pacijenta da izbjegne ili preživi sepsu.

Kao sljedeći korak, istraživači planiraju integrirati niz s dodatnim hardverom za bežični, nosivi senzor koji se može koristiti izvan laboratorija. Istraživači trenutno razvijaju planove za kliničko ispitivanje za otkrivanje sepse u bolnici.

Studija je bila interdisciplinarni napor koji je uključivao istraživače s UC San Diego Qualcomm instituta, UC San Diego School of Medicine, UC San Diego Jacobs School of Engineering (elektrotehnika i računalno inženjerstvo, znanost o materijalima i inženjerstvo, nanoinženjering i bioinženjering), Odsjek za fiziku i Herbert Wertheim School of Public Health and Human Longevity Science i fakultet na Sveučilištu Stanford i VA San Diego Zdravstveni sustav.

Koautori su: 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 i Ramesh Rao, svi na UC San Diego; i Andrew J. Shin, Sveučilište Stanford.

Financiranje ovog istraživanja djelomično je stiglo iz Uprave za napredna biomedicinska istraživanja i razvoj (grant 75A50119C00038) i Fonda za istraživanje neuronskih senzora Davida i Janice Katz u spomen na Allena E. Wolfa.

Izvor:

Kalifornijsko sveučilište, San Diego

Referenca:

Bu, Y. i sur. (2022) Fleksibilni niz elektroda s ljepljivom površinom sposoban za cervikalnu elektroneurografiju tijekom sekvencijalnog autonomnog stresnog izazova. Znanstvena izvješća. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.