Cercetătorii dezvoltă un nou dispozitiv pentru a măsura în mod non-invaziv activitatea nervului cervical

Cercetătorii dezvoltă un nou dispozitiv pentru a măsura în mod non-invaziv activitatea nervului cervical

O echipă de ingineri și medici de la Universitatea din California, San Diego, a dezvoltat un dispozitiv pentru măsurarea neinvazivă a activității nervului cervical la om, un nou instrument despre care spun că ar putea furniza informații și îmbunătăți tratamentele pentru pacienții cu sepsis, o reacție care pune viața în pericol la infecție și boli mintale, cum ar fi tulburarea de stres post-traumatic (PTSD).

Dispozitivul este descris în ediția din 14 noiembrie 2022 a Scientific Reports.

„Pentru prima dată, am identificat dovezi electroneurografice cervicale ale biotipurilor autonome (luptă sau zbor versus odihnă și digerare) care sunt remarcabil de consecvente în diferite provocări ale sistemului nervos autonom sau involuntar”, a declarat autorul principal Imanuel Lerman, MD, profesor clinic de anestezie la UC San Diego School of Medicine, numiri suplimentare de la Qualcom UC San Diego Institute la San Diego. Jacobs School of Engineering și Centrul de Excelență VA pentru Stres și Sănătate Mintală.

Cercetarea se bazează pe numeroasele și fundamentale roluri ale nervului vag cervical, partea superioară a nervului vag care merge de la intestin la creier, furnizează informații despre starea organelor interne din jur și monitorizează funcțiile critice ale corpului, cum ar fi răspunsul imun și digestia, și joacă un rol în bolile psihiatrice majore, cum ar fi tulburările psihice și tulburările de anxietate.

Noul dispozitiv are o gamă flexibilă de electrozi care se extind de la partea inferioară până la partea superioară a gâtului, permițând cercetătorilor să înregistreze activitatea electrică pe diferiți nervi. O interfață încorporată permite vizualizarea datelor în timp real, iar un algoritm personalizat grupează oamenii în funcție de răspunsul sistemului nervos la stres.

În trecut, măsurarea activității nervoase la nivelul gâtului necesita adesea implantarea chirurgicală de microelectrozi. Lerman, împreună cu co-autorul Todd Coleman, dr., profesor la Departamentul de Bioinginerie de la UC San Diego Jacobs School of Engineering, și-au propus să dezvolte o metodă mai puțin riscantă și mai puțin invazivă prin adaptarea tehnologiei existente pe care Coleman o dezvoltase împreună cu colegul Jonas Kurniawan. PhD, bursier postdoctoral la Universitatea Stanford. Matricea flexibilă rezultată poate fi purtată până la o zi și se mișcă cu ușurință cu mișcările capului și gâtului pacientului.

Pentru a studia biotipurile autonome umane sau grupuri de pacienți ale căror sisteme nervoase involuntare au răspuns similar la stres, cercetătorii au efectuat o serie de teste în care participanții la studiu au fost rugați să pună și să țină mâna în apă cu gheață, urmat de un exercițiu de respirație cronometrat. Matricea a înregistrat semnale ale nervilor cervicali sau electroneurografie cervicală, inclusiv frecvența cardiacă la subiecți, înainte și după provocarea cu apă cu gheață și în timpul exercițiului de respirație.

Cercetătorii au descoperit că participanții la studiu s-au împărțit în mod constant în două grupuri distincte de biotip: cei a căror activitate neuronală și ritm cardiac a crescut în timpul ambelor teste și cei care au arătat tendința opusă. Algoritmul unic al dispozitivului a identificat diferențe în răspunsul unor grupuri de nervi specifice la factorii de stres, cum ar fi durerea cauzată de apa cu gheață și simptomele fizice, cum ar fi transpirația și creșterea ritmului cardiac asociat cu provocarea de respirație temporizată.

Rezultatele sunt incitante. Matricea a reușit să înregistreze activitatea sistemului nervos autonom și am fost plăcut surprinși să observăm un răspuns autonom consistent la provocările testelor de stres. Cu toate acestea, este nevoie de mai multă muncă pentru a demonstra capacitățile noastre de detectare la populații mai mari.”

Todd Coleman, PhD, profesor, Departamentul de Bioinginerie, UC San Diego Jacobs School of Engineering

Cartea electronică pentru descoperirea medicamentelor

Compilare a celor mai bune interviuri, articole și știri din ultimul an. Descărcați o copie gratuită

Deși matricea de electrozi nu a reușit să identifice exact nervii care se declanșează ca răspuns la stresul și durerea provocate de apă rece, cercetătorii au sperat că într-o zi va ajuta la diagnosticarea și tratarea afecțiunilor precum PTSD și sepsis. De exemplu, nervul vag declanșează inflamația în organism ca răspuns la leziuni sau infecții, un mecanism care poate fi perturbat în PTSD. Autorii au spus că noul lor dispozitiv ar putea ajuta în cele din urmă clinicienii să măsoare răspunsul pacienților la terapia pentru PTSD, cum ar fi: B. Exerciții de respirație profundă utilizate în timpul meditației de mindfulness prin monitorizarea declanșării neuronale în nervul vag.

Lerman este deja unul dintre câțiva cercetători care folosesc stimularea electrică a nervului vag pentru a testa dacă stimularea acestor structuri neuronale poate reduce inflamația și durerea la persoanele cu PTSD.

Matricea ar putea promova, de asemenea, siguranța piloților care operează avioane militare prin detectarea unor creșteri ale activității nervoase care declanșează amețeli sau greață.

În spitale, sugerează autorii, dispozitivul ar putea ajuta la detectarea pacienților susceptibili de afecțiuni care pun viața în pericol, cum ar fi sepsisul, prin identificarea persoanelor care reacționează puternic la stresul fizic.

Sepsisul apare atunci când sistemul imunitar al organismului reacționează exagerat la o infecție, dăunând propriului țesut. Riscul de mortalitate crește rapid în timp, astfel încât tehnologia care ajută la detectarea și semnalarea pacienților cu risc înalt din spital ar oferi medicilor o avertizare timpurie pentru a administra antibiotice și pentru a îmbunătăți șansele pacientului de a evita sau de a supraviețui sepsisului.

Ca un pas următor, cercetătorii intenționează să integreze matricea cu hardware suplimentar pentru un senzor fără fir, portabil, care poate fi utilizat în afara laboratorului. Cercetătorii dezvoltă în prezent planuri pentru un studiu clinic pentru a detecta sepsisul în spital.

Studiul a fost un efort interdisciplinar care a implicat cercetători de la UC San Diego Qualcomm Institute, UC San Diego School of Medicine, UC San Diego Jacobs School of Engineering (inginerie electrică și informatică, știința materialelor și inginerie, nanoinginerie și bioinginerie), Departamentul de Fizică și Școala de Sănătate Publică și Universitatea Stanford și Longevitatea Umană Herbert Wertheim. Sistemul de sănătate din VA San Diego.

Co-autorii includ: 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 și Ramesh Rao, toți la UC San Diego; și Andrew J. Shin, Universitatea Stanford.

Finanțarea pentru această cercetare a venit în parte de la Autoritatea de Cercetare și Dezvoltare Biomedicală Avansată (Grant 75A50119C00038) și Fondul de Cercetare a Senzorilor Neurale David și Janice Katz în memoria lui Allen E. Wolf.

Sursă:

Universitatea din California, San Diego

Referinţă:

Bu, Y., și colab. (2022) O matrice flexibilă de electrozi cu o suprafață adezivă capabilă de electroneurografie cervicală în timpul unei provocări secvențiale de stres autonom. Rapoarte științifice. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.