Raziskovalci razvijajo novo napravo za neinvazivno merjenje aktivnosti vratnega živca

Raziskovalci razvijajo novo napravo za neinvazivno merjenje aktivnosti vratnega živca

Skupina inženirjev in zdravnikov na kalifornijski univerzi v San Diegu je razvila napravo za neinvazivno merjenje aktivnosti vratnega živca pri ljudeh, novo orodje, za katerega pravijo, da bi lahko zagotovilo informacije in izboljšalo zdravljenje bolnikov s sepso, življenjsko nevarno reakcijo na okužbo in duševnimi boleznimi, kot je posttravmatska stresna motnja (PTSD).

Naprava je opisana v številki Scientific Reports z dne 14. novembra 2022.

"Prvič smo identificirali cervikalne elektronevrografske dokaze avtonomnih (boj ali beg v primerjavi s počitkom in prebavo) biotipov, ki so izjemno skladni pri različnih izzivih avtonomnega ali neprostovoljnega živčnega sistema," je povedal višji avtor Imanuel Lerman, MD, klinični profesor anesteziologije na Medicinski fakulteti UC San Diego, z dodatnimi termini na UC San Diego Qualcomm Institute, Inženirska šola UC San Diego Jacobs in Center odličnosti VA za stres in duševno zdravje.

Raziskava temelji na številnih in temeljnih vlogah vratnega vagusnega živca, zgornjega dela vagusnega živca, ki teče od črevesja do možganov, zagotavlja informacije o statusu okoliških notranjih organov in spremlja kritične telesne funkcije, kot sta imunski odziv in prebava, ter igra vlogo pri večjih psihiatričnih boleznih, kot so razpoloženjske in anksiozne motnje.

Nova naprava ima prilagodljiv niz elektrod, ki segajo od spodnjega sprednjega do zgornjega zadnjega dela vratu, kar raziskovalcem omogoča snemanje električne aktivnosti v različnih živcih. Vgrajeni vmesnik omogoča vizualizacijo podatkov v realnem času, algoritem po meri pa združuje ljudi glede na odziv njihovega živčnega sistema na stres.

V preteklosti je bilo za merjenje živčne aktivnosti v vratu pogosto potrebna kirurška implantacija mikroelektrod. Lerman se je skupaj s soavtorjem dr. Toddom Colemanom, profesorjem na oddelku za bioinženiring na Inženirski šoli UC San Diego Jacobs, odločil razviti manj tvegano in manj invazivno metodo s prilagajanjem obstoječe tehnologije, ki jo je Coleman razvil s kolegom Jonasom Kurniawanom. Doktorat znanosti, podoktorski sodelavec na univerzi Stanford. Nastali fleksibilni niz lahko nosite do en dan in se zlahka premika z bolnikovimi gibi glave in vratu.

Za preučevanje človeških avtonomnih biotipov ali skupin pacientov, katerih neprostovoljni živčni sistem se je podobno odzval na stres, so raziskovalci izvedli vrsto testov, v katerih so udeležence študije prosili, naj položijo in držijo roko v ledeni vodi, čemur je sledila časovna dihalna vaja. Niz je zabeležil signale cervikalnih živcev ali cervikalno elektronevrografijo, vključno s srčnim utripom pri subjektih pred in po izzivu z ledeno vodo in med dihalno vajo.

Raziskovalci so ugotovili, da so udeleženci študije dosledno spadali v dve različni biotipski skupini: tisti, katerih nevronska aktivnost in srčni utrip sta se povečala med obema testoma, in tisti, ki so pokazali nasprotni trend. Edinstveni algoritem naprave je identificiral razlike v odzivu specifičnih živčnih skupkov na stresorje, kot je bolečina, ki jo povzroča ledena voda, in fizične simptome, kot sta znojenje in povečan srčni utrip, povezane s časovnim izzivom dihanja.

Rezultati so razburljivi. Niz je lahko zabeležil aktivnost avtonomnega živčnega sistema in bili smo prijetno presenečeni, ko smo opazili dosleden avtonomni odziv na izzive stresnih testov. Vendar je potrebno več dela, da bi dokazali naše sposobnosti zaznavanja v večjih populacijah."

Todd Coleman, dr., profesor, Oddelek za bioinženiring, Inženirska šola UC San Diego Jacobs

E-knjiga o odkrivanju zdravil

Zbirka najboljših intervjujev, člankov in novic zadnjega leta. Prenesite brezplačno kopijo

Čeprav niz elektrod ni mogel identificirati natančnih živcev, ki se sprožijo kot odgovor na stres in bolečino izziva s hladno vodo, so raziskovalci upali, da bo nekega dne pomagal pri diagnosticiranju in zdravljenju stanj, kot sta PTSP in sepsa. Na primer, vagusni živec sproži vnetje v telesu kot odgovor na poškodbo ali okužbo, mehanizem, ki je lahko moten pri PTSP. Avtorji pravijo, da bi njihova nova naprava sčasoma lahko pomagala kliničnim zdravnikom izmeriti odziv pacientov na terapijo za PTSP, kot so: B. Vaje globokega dihanja, ki se uporabljajo med meditacijo pozornosti s spremljanjem nevralnega sprožanja v vagusnem živcu.

Lerman je že eden od več raziskovalcev, ki uporabljajo električno stimulacijo vagusnega živca, da bi preizkusili, ali lahko stimulacija teh nevronskih struktur zmanjša vnetje in bolečino pri ljudeh s PTSM.

Niz bi lahko tudi spodbujal varnost pilotov, ki upravljajo vojaška letala, z zaznavanjem valov v živčni aktivnosti, ki sprožijo vrtoglavico ali slabost.

Avtorji predlagajo, da bi lahko naprava v bolnišnicah pomagala odkriti bolnike, ki so dovzetni za življenjsko nevarna stanja, kot je sepsa, tako da identificira ljudi, ki se močno odzivajo na fizični stres.

Sepsa se pojavi, ko se imunski sistem telesa pretirano odzove na okužbo in poškoduje lastno tkivo. Tveganje smrtnosti se sčasoma hitro poveča, zato bi tehnologija, ki pomaga pri odkrivanju in označevanju bolnikov z visokim tveganjem v bolnišnici, dala zdravnikom zgodnje opozorilo, naj dajo antibiotike, in izboljšala bolnikove možnosti, da se izognejo sepsi ali jo preživijo.

Kot naslednji korak raziskovalci načrtujejo integracijo niza z dodatno strojno opremo za brezžični, nosljivi senzor, ki se lahko uporablja zunaj laboratorija. Raziskovalci trenutno razvijajo načrte za klinično preskušanje za odkrivanje sepse v bolnišnici.

Študija je bila interdisciplinarno prizadevanje, ki je vključevalo raziskovalce iz UC San Diego Qualcomm Institute, UC San Diego School of Medicine, UC San Diego Jacobs School of Engineering (elektrotehnika in računalništvo, znanost o materialih in inženiring, nanoinženiring in bioinženiring), Oddelka za fiziko in Herbert Wertheim School of Public Health and Human Longivity Science ter fakulteto Univerze Stanford in VA San Diego Healthcare System.

Soavtorji so: 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 in Ramesh Rao, vsi na UC San Diego; in Andrew J. Shin, Univerza Stanford.

Financiranje te raziskave je delno prišlo iz Organa za napredne biomedicinske raziskave in razvoj (Grant 75A50119C00038) ter Sklada za raziskovanje nevronskih senzorjev Davida in Janice Katz v spomin na Allena E. Wolfa.

Vir:

Univerza v Kaliforniji, San Diego

Referenca:

Bu, Y., et al. (2022) Fleksibilen niz elektrod z lepljivo površino, zmožen cervikalne elektronevrografije med sekvenčnim izzivom avtonomnega stresa. Znanstvena poročila. doi.org/10.1038/s41598-022-21817-w.

.