A kutatók új eszközt fejlesztenek a nyaki idegek aktivitásának non-invazív mérésére

A kutatók új eszközt fejlesztenek a nyaki idegek aktivitásának non-invazív mérésére

A San Diego-i Kaliforniai Egyetem mérnökeiből és orvosaiból álló csapat kifejlesztett egy olyan eszközt, amely nem invazív módon méri a nyaki idegek aktivitását emberekben, egy új eszközt, amely szerintük információval szolgálhat, és javíthatja a kezelést a szepszisben, a fertőzésre életveszélyes reakcióban és a mentális betegségekben, például a poszttraumás stressz-zavarban (PTSD).

Az eszköz leírása a Scientific Reports 2022. november 14-i számában található.

"Első alkalommal azonosítottuk a nyaki elektroneurográfiás bizonyítékokat az autonóm (küzdelem vagy repülés versus pihenés és emésztés) biotípusaira, amelyek figyelemreméltóan konzisztensek az autonóm vagy akaratlan idegrendszer különböző kihívásaiban" - mondta Imanuel Lerman, MD vezető szerző, az UC San Diego School of Medicine aneszteziológiai klinikai professzora. Jacobs School of Engineering és a VA stressz és mentális egészség kiválósági központja.

A kutatás a nyaki vagus ideg számos és alapvető szerepére épít, a vagus ideg felső része, amely a bélből az agyba fut, információt nyújt a környező belső szervek állapotáról, és figyelemmel kíséri a szervezet kritikus funkcióit, mint például az immunválaszt és az emésztést, valamint szerepet játszik olyan súlyos pszichiátriai betegségekben, mint a hangulati és szorongásos zavarok.

Az új készülék rugalmas elektródákat tartalmaz, amelyek a nyak alsó elejétől a hát felső részéig terjednek, lehetővé téve a kutatók számára, hogy rögzítsék a különböző idegek elektromos aktivitását. A beépített interfész lehetővé teszi az adatok valós idejű megjelenítését, és egy egyedi algoritmus csoportosítja az embereket idegrendszerük stresszre adott válasza szerint.

Korábban a nyaki idegek aktivitásának mérése gyakran igényelte a mikroelektródák sebészi beültetését. Lerman a társszerzővel, Todd Colemannel, a UC San Diego Jacobs School of Engineering Biomérnöki Tanszékének professzorával együtt egy kevésbé kockázatos és kevésbé invazív módszer kidolgozását tűzte ki célul a Coleman kollégájával, Jonas Kurniawannal kifejlesztett technológia adaptálásával. PhD, posztdoktori ösztöndíjas a Stanford Egyetemen. Az így kapott rugalmas tömb akár egy napig is viselhető, és könnyedén mozog a páciens fej- és nyakmozdulataival.

A humán autonóm biotípusok vagy olyan betegcsoportok tanulmányozásához, akiknek az akaratlan idegrendszere hasonlóan reagált a stresszre, a kutatók egy sor tesztet végeztek, amelyben a vizsgálat résztvevőit arra kérték, hogy tegyék jeges vízbe és tartsák meg a kezüket, majd egy időzített légzőgyakorlatot végeztek. A tömb nyaki idegjeleket vagy nyaki elektroneurográfiát rögzített, beleértve a pulzusszámot az alanyoknál a jeges vizes kihívás előtt és után, valamint a légzőgyakorlat alatt.

A kutatók azt találták, hogy a vizsgálat résztvevői következetesen két különálló biotípus-csoportba sorolhatók: azokba, akiknél mindkét teszt során nőtt a neuronaktivitás és a szívfrekvencia, illetve azokba, akik ennek ellenkezőjét mutatták. Az eszköz egyedi algoritmusa különbségeket azonosított a specifikus idegcsoportok stresszorokra adott válaszában, mint például a jeges víz okozta fájdalom, valamint az időzített légzési kihíváshoz kapcsolódó fizikai tünetek, például izzadás és megnövekedett pulzusszám.

Az eredmények izgalmasak. A tömb képes volt rögzíteni az autonóm idegrendszeri aktivitást, és kellemesen meglepődtünk, hogy következetes autonóm választ figyeltünk meg a stressztesztek során. Azonban több munkára van szükség ahhoz, hogy nagyobb populációkban is bemutassuk érzékelési képességeinket.”

Todd Coleman, PhD, professzor, Biomérnöki Tanszék, UC San Diego Jacobs School of Engineering

Drogfelfedező e-könyv

Összeállítás az elmúlt év legjobb interjúiból, cikkeiről és híreiről. Tölts le egy ingyenes példányt

Bár az elektródasor nem tudta pontosan azonosítani azokat az idegeket, amelyek a hidegvíz okozta stresszre és fájdalomra válaszul tüzelnek, a kutatók abban reménykedtek, hogy egy napon segíteni fog az olyan állapotok diagnosztizálásában és kezelésében, mint a PTSD és a szepszis. Például a vagus ideg gyulladást vált ki a szervezetben sérülésre vagy fertőzésre válaszul, amely mechanizmus megszakadhat a PTSD-ben. A szerzők elmondták, hogy új eszközük végül segíthet a klinikusoknak abban, hogy mérjék a betegek reakcióját a PTSD terápiájára, például: B. Mélylégzési gyakorlatok, amelyeket az éber meditáció során használnak a vagus idegben történő tüzelés megfigyelésével.

Lerman már egyike azoknak a kutatóknak, akik elektromos vagus idegstimulációt alkalmaznak annak tesztelésére, hogy ezen idegi struktúrák stimulálása csökkentheti-e a gyulladást és a fájdalmat a PTSD-ben szenvedő betegeknél.

A tömb a katonai repülőgépeket üzemeltető pilóták biztonságát is elősegítheti azáltal, hogy észleli a szédülést vagy hányingert kiváltó idegi aktivitási hullámokat.

A szerzők szerint a kórházakban az eszköz segíthet felderíteni az életveszélyes állapotokra, például szepszisre hajlamos betegeket azáltal, hogy azonosítja azokat a személyeket, akik erősen reagálnak a fizikai stresszre.

A szepszis akkor fordul elő, amikor a szervezet immunrendszere túlreagál egy fertőzésre, és károsítja saját szöveteit. A halálozási kockázat idővel gyorsan növekszik, így a magas kockázatú betegek felismerését és megjelölését segítő technológia a kórházban korai figyelmeztetést adna az orvosoknak az antibiotikumok beadására, és javítaná a betegek esélyeit a szepszis elkerülésére vagy túlélésére.

Következő lépésként a kutatók azt tervezik, hogy a tömböt további hardverrel integrálják egy vezeték nélküli, hordható érzékelőhöz, amely a laboratóriumon kívül is használható. A kutatók jelenleg egy klinikai vizsgálat terveit dolgozzák ki a szepszis kimutatására a kórházban.

A tanulmány egy interdiszciplináris erőfeszítés volt, amelyben az UC San Diego Qualcomm Institute, az UC San Diego School of Medicine, az UC San Diego Jacobs School of Engineering (elektromos és számítástechnikai mérnöki, anyagtudományi és mérnöki, nanomérnöki és biomérnöki), Fizikai Tanszék, valamint a Sanfordi Egyetem Herbert Wertheim Közegészségügyi és Human Longtyev Karának kutatói vettek részt. Diego egészségügyi rendszer.

Társszerzők: 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 és Ramesh Rao, mind a UC San Diego-ban; és Andrew J. Shin, Stanford Egyetem.

A kutatás finanszírozását részben a Biomedical Advanced Research and Development Authority (Grant 75A50119C00038) és a David és Janice Katz Neurális Szenzorkutatási Alap Allen E. Wolf emlékére finanszírozta.

Forrás:

Kaliforniai Egyetem, San Diego

Referencia:

Bu, Y. és mtsai. (2022) Rugalmas elektródasor öntapadó felülettel, amely képes nyaki elektroneurográfiára szekvenciális autonóm stresszhatás során. Tudományos jelentések. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.