Mokslininkai kuria naują prietaisą neinvaziniam gimdos kaklelio nervo aktyvumui matuoti

Mokslininkai kuria naują prietaisą neinvaziniam gimdos kaklelio nervo aktyvumui matuoti

Kalifornijos universiteto San Diege inžinierių ir gydytojų komanda sukūrė prietaisą, skirtą neinvaziniu būdu matuoti žmonių gimdos kaklelio nervų aktyvumą – naują įrankį, kuris, jų teigimu, gali suteikti informacijos ir pagerinti pacientų, sergančių sepsiu, gyvybei pavojinga reakcija į infekciją, ir psichikos ligų, tokių kaip potrauminio streso sutrikimas (PTSD), gydymą.

Prietaisas aprašytas 2022 m. lapkričio 14 d. „Scientific Reports“ numeryje.

„Pirmą kartą nustatėme gimdos kaklelio elektroneurografinius autonominių (kovojant ar skrendant prieš ilsintis ir virškinant) biotipų įrodymus, kurie yra nepaprastai nuoseklūs įvairiems autonominei ar nevalingai nervų sistemai kylantiems iššūkiams“, – sakė vyresnysis autorius Imanuelis Lermanas, medicinos mokslų daktaras, UC San Diego universiteto San Diego universiteto San Diem instituto QuaUC Jacobs medicinos mokyklos klinikinis anesteziologijos profesorius. Inžinerijos mokykla ir VA Streso ir psichinės sveikatos kompetencijos centras.

Tyrimas grindžiamas daugeliu ir pagrindinių gimdos kaklelio klajoklio nervo, viršutinės klajoklio nervo dalies, einančios iš žarnyno į smegenis, vaidmenimis, suteikia informacijos apie aplinkinių vidaus organų būklę ir stebi svarbias kūno funkcijas, tokias kaip imuninis atsakas ir virškinimas, ir atlieka svarbų vaidmenį sergant pagrindinėmis psichikos ligomis, tokiomis kaip nuotaikos ir nerimo sutrikimai.

Naujajame įrenginyje yra lankstus elektrodų rinkinys, besitęsiantis nuo apatinės priekinės dalies iki viršutinės kaklo dalies, leidžiančios tyrėjams užfiksuoti elektrinį aktyvumą įvairiuose nervuose. Integruota sąsaja leidžia vizualizuoti duomenis realiuoju laiku, o pritaikytas algoritmas sugrupuoja žmones pagal jų nervų sistemos reakciją į stresą.

Anksčiau matuojant kaklo nervų aktyvumą dažnai reikėdavo chirurgiškai implantuoti mikroelektrodus. Lermanas kartu su bendraautoriumi Todd Coleman, UC San Diego Jacobs inžinerijos mokyklos Bioinžinerijos katedros profesoriumi, nusprendė sukurti mažiau rizikingą ir mažiau invazinį metodą, pritaikydami esamą technologiją, kurią Coleman sukūrė kartu su kolega Jonu Kurniawan. PhD, Stanfordo universiteto doktorantas. Gautą lanksčią masyvą galima nešioti iki dienos ir lengvai juda paciento galvos ir kaklo judesiais.

Norėdami ištirti žmogaus autonominius biotipus arba pacientų grupes, kurių nevalingos nervų sistemos į stresą reagavo panašiai, mokslininkai atliko daugybę testų, kurių metu tyrimo dalyvių buvo paprašyta padėti ir laikyti ranką lediniame vandenyje, o vėliau atlikti kvėpavimo pratimus. Masyve buvo užfiksuoti gimdos kaklelio nervo signalai arba gimdos kaklelio elektroneurografija, įskaitant tiriamųjų širdies susitraukimų dažnį prieš ir po ledinio vandens iššūkio bei kvėpavimo pratimų metu.

Tyrėjai išsiaiškino, kad tyrimo dalyviai nuosekliai susiskirstė į dvi skirtingas biotipų grupes: tuos, kurių neuronų aktyvumas ir širdies susitraukimų dažnis padidėjo abiejų bandymų metu, ir tuos, kurie parodė priešingą tendenciją. Unikalus prietaiso algoritmas nustatė konkrečių nervų grupių reakcijos į stresą sukeliančius veiksnius, tokius kaip ledinio vandens sukeltas skausmas ir fizinius simptomus, tokius kaip prakaitavimas ir padažnėjęs širdies susitraukimų dažnis, susijusius su savalaikiu kvėpavimo iššūkiu, skirtumus.

Rezultatai jaudinantys. Masyvas galėjo įrašyti autonominės nervų sistemos veiklą, ir mes buvome maloniai nustebinti stebėję nuoseklų autonominį atsaką atliekant testavimo nepalankiausiomis sąlygomis iššūkius. Tačiau reikia daugiau darbo, kad parodytume mūsų jutimo galimybes didesnėse populiacijose.

Todd Coleman, mokslų daktaras, UC San Diego Jacobs inžinerijos mokyklos Bioinžinerijos katedros profesorius

Narkotikų atradimo elektroninė knyga

Populiariausių praėjusių metų interviu, straipsnių ir naujienų rinkinys. Atsisiųsti nemokamą kopiją

Nors elektrodų matrica negalėjo nustatyti tikslių nervų, kurie užsidega reaguodami į stresą ir skausmą dėl šalto vandens iššūkio, mokslininkai tikėjosi, kad vieną dieną ji padės diagnozuoti ir gydyti tokias ligas kaip PTSD ir sepsis. Pavyzdžiui, klajoklis nervas sukelia uždegimą organizme, reaguodamas į sužalojimą ar infekciją, mechanizmą, kuris gali būti sutrikdytas sergant PTSD. Autoriai teigė, kad jų naujasis prietaisas ilgainiui gali padėti gydytojams įvertinti pacientų reakciją į PTSS gydymą, pvz.: B. Gilaus kvėpavimo pratimai, naudojami sąmoningumo meditacijos metu, stebint nervinį uždegimą klajoklio nerve.

Lermanas jau yra vienas iš kelių mokslininkų, naudojančių elektrinę klajoklių nervo stimuliaciją, kad patikrintų, ar šių nervinių struktūrų stimuliavimas gali sumažinti uždegimą ir skausmą žmonėms, sergantiems PTSD.

Masyvas taip pat galėtų pagerinti pilotų, valdančių karinius orlaivius, saugą, aptikdamas nervų aktyvumo padidėjimą, sukeliantį galvos svaigimą ar pykinimą.

Autoriai teigia, kad ligoninėse prietaisas galėtų padėti aptikti pacientus, jautrius gyvybei pavojingoms ligoms, tokioms kaip sepsis, nustatant žmones, kurie stipriai reaguoja į fizinį stresą.

Sepsis atsiranda, kai organizmo imuninė sistema per daug reaguoja į infekciją, pažeisdama savo audinius. Mirtingumo rizika laikui bėgant sparčiai didėja, todėl technologijos, padedančios aptikti ir pažymėti didelės rizikos pacientus ligoninėje, suteiktų gydytojams ankstyvą įspėjimą dėl antibiotikų skyrimo ir pagerintų paciento galimybes išvengti sepsio arba jį išgyventi.

Kaip kitą žingsnį, mokslininkai planuoja integruoti masyvą su papildoma aparatūra, skirta belaidžiam nešiojamam jutikliui, kuris gali būti naudojamas už laboratorijos ribų. Šiuo metu mokslininkai rengia klinikinio tyrimo planus, skirtus sepsiui nustatyti ligoninėje.

Tyrimas buvo tarpdalykinis darbas, kuriame dalyvavo mokslininkai iš UC San Diego Qualcomm instituto, UC San Diego medicinos mokyklos, UC San Diego Jacobs inžinerijos mokyklos (elektros ir kompiuterių inžinerijos, medžiagų mokslo ir inžinerijos, nanoinžinerijos ir bioinžinerijos), Fizikos katedros ir Herbert Wertheim visuomenės sveikatos ir žmogaus ilgaamžiškumo mokslų mokyklos, kaip Sanfordo universiteto Stango universiteto Sveikatos ir sveikatos mokslų fakulteto. Sistema.

Bendraautoriai: Yifeng Bu, Jonas F. Kurniawan, Jacob Prince, Andrew KL Nguyen, Brandon Ho, Nathan LJ Sit, Timothy Pham, Vincentas M. Wu, Borisas Tjhia, Tsung-Chin Wu, Xin M. Tu ir Ramesh Rao, visi UC San Diego; ir Andrew J. Shin iš Stanfordo universiteto.

Šį tyrimą iš dalies finansavo Biomedicinos pažangių tyrimų ir plėtros tarnyba (Grant 75A50119C00038) ir Davido ir Janice Katz neuronų jutiklių tyrimų fondas Allenui E. Wolfui atminti.

Šaltinis:

Kalifornijos universitetas, San Diegas

Nuoroda:

Bu, Y. ir kt. (2022) Lankstus elektrodų masyvas su lipniu paviršiumi, galintis atlikti gimdos kaklelio elektroneurografiją nuoseklaus autonominio streso metu. Moksliniai pranešimai. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.