Ερευνητές ανέπτυξαν νέα συσκευή για τη μη επεμβατική μέτρηση της δραστηριότητας του αυχενικού νεύρου
Μια ομάδα μηχανικών και ιατρών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο ανέπτυξε μια συσκευή για τη μη επεμβατική μέτρηση της δραστηριότητας του αυχενικού νεύρου στον άνθρωπο, ένα νέο εργαλείο που λένε ότι θα μπορούσε ενδεχομένως να ενημερώσει και να βελτιώσει τις θεραπείες για ασθενείς με σήψη, μια απειλητική για τη ζωή απάντηση σε λοίμωξη και καταστάσεις ψυχικής υγείας, όπως η διαταραχή μετατραυματικού στρες (PTSD).
Η συσκευή περιγράφεται στο τεύχος 14 Νοεμβρίου 2022 των Scientific Reports.
«Για πρώτη φορά, εντοπίσαμε ηλεκτρονευρογραφικά στοιχεία του αυχενικού νεύρου για αυτόνομους βιοτύπους (μάχη ή φυγή έναντι ανάπαυσης και πέψης) που είναι αξιοσημείωτα συνεπείς σε διαφορετικές προκλήσεις στο αυτόνομο ή ακούσιο νευρικό σύστημα», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Imanuel Lerman, MD, κλινικός καθηγητής. Αναισθησιολογίας στο UC San Diego School of Medicine, με επιπλέον ραντεβού στο UC San Diego Qualcomm Institute, στο UC San Diego Jacobs School of Engineering και στο VA Center of Excellence for Stress and Mental Health.
Η έρευνα βασίζεται στους πολυάριθμους και θεμελιώδεις ρόλους του αυχενικού νεύρου, του ανώτερου τμήματος του αυχενικού νεύρου που εκτείνεται από το έντερο στον εγκέφαλο, παρέχοντας πληροφορίες για την κατάσταση των γύρω εσωτερικών οργάνων, επιβλέποντας κρίσιμες σωματικές λειτουργίες όπως η ανοσοαπόκριση και η πέψη. και παίζει ρόλο σε σημαντικές ψυχιατρικές παθήσεις, όπως διαταραχές διάθεσης και άγχους.
Η νέα συσκευή διαθέτει μια εύκαμπτη σειρά ηλεκτροδίων που εκτείνονται από το κάτω μπροστινό μέρος μέχρι το πάνω πίσω μέρος του λαιμού, επιτρέποντας στους ερευνητές να καταγράφουν την ηλεκτρική δραστηριότητα σε διαφορετικά νεύρα. Μια ενσωματωμένη διεπαφή χρήστη επιτρέπει την οπτικοποίηση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και ένας προσαρμοσμένος αλγόριθμος ομαδοποιεί τα άτομα σύμφωνα με την απόκριση του νευρικού τους συστήματος στο στρες.
Στο παρελθόν, η μέτρηση της νευρικής δραστηριότητας στο λαιμό συχνά απαιτούσε χειρουργική εμφύτευση μικροηλεκτροδίων. Ο Lerman, με συν-συγγραφέα Todd Coleman, PhD, καθηγητή στο Τμήμα Βιομηχανικής στο UC San Diego Jacobs School of Engineering, ξεκίνησε να δημιουργήσει μια λιγότερο επικίνδυνη και λιγότερο επεμβατική μέθοδο προσαρμόζοντας την υπάρχουσα τεχνολογία που είχε αναπτύξει ο Coleman με τον συνάδελφο Jonas Kurniawan. PhD, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. Η προκύπτουσα εύκαμπτη σειρά μπορεί να φορεθεί για έως και μία ημέρα και μετακινείται εύκολα με τις κινήσεις του κεφαλιού και του λαιμού του ασθενούς.
Για να εξερευνήσουν ανθρώπινους αυτόνομους βιοτύπους ή ομάδες ασθενών των οποίων το ακούσιο νευρικό σύστημα ανταποκρίθηκε παρόμοια στο στρες, οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια σειρά δοκιμών που ζήτησαν από τους συμμετέχοντες στη μελέτη να τοποθετήσουν και να κρατήσουν το χέρι τους σε παγωμένο νερό, ακολουθούμενη από μια χρονομετρημένη άσκηση αναπνοής. Η συστοιχία κατέγραψε σηματοδότηση αυχενικού νεύρου ή ηλεκτρονευρογραφία του νεύρου, συμπεριλαμβανομένου του καρδιακού ρυθμού σε άτομα πριν και μετά την πρόκληση τόσο με το παγωμένο νερό όσο και κατά τη διάρκεια της αναπνευστικής άσκησης.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι συμμετέχοντες στη μελέτη ανήκαν σταθερά σε δύο ξεχωριστές ομάδες βιοτύπων: εκείνες των οποίων η νευρική πυροδότηση και οι καρδιακοί παλμοί αυξήθηκαν κατά τη διάρκεια και των δύο δοκιμών και εκείνοι που παρουσίασαν την αντίθετη τάση. Ο μοναδικός αλγόριθμος της συσκευής εντόπισε διαφορές στην απόκριση συγκεκριμένων νευρικών συστάδων σε στρεσογόνους παράγοντες, όπως ο πόνος που προκαλείται από το παγωμένο νερό και σωματικά συμπτώματα, όπως ο ιδρώτας και η αύξηση του καρδιακού ρυθμού που σχετίζονται με την πρόκληση χρονομετρημένης αναπνοής.
''Τα αποτελέσματα είναι συναρπαστικά. Η συστοιχία ήταν ικανή να καταγράφει τη δραστηριότητα του αυτόνομου νευρικού συστήματος και εκπλαγήκαμε ευχάριστα όταν παρατηρήσαμε σταθερή αυτόνομη απόκριση στις προκλήσεις του stress test. Απαιτείται περισσότερη δουλειά, ωστόσο, για να δείξουμε τις ικανότητες των αισθητήρων μας σε μεγαλύτερους πληθυσμού''. -Todd Coleman, PhD, Professor, Department of Bioengineering, UC San Diego Jacobs School of Engineering
Αν και η συστοιχία ηλεκτροδίων δεν μπόρεσε να αναγνωρίσει τα ακριβή νεύρα που πυροδοτούνται ως απόκριση στο άγχος και τον πόνο της πρόκλησης του κρύου νερού, οι ερευνητές είπαν ότι ελπίζουν ότι κάποια μέρα θα βοηθήσει στη διάγνωση και τη θεραπεία καταστάσεων όπως το PTSD και η σήψη. Για παράδειγμα, το πνευμονογαστρικό νεύρο πυροδοτεί φλεγμονή ως απόκριση σε τραυματισμούς ή μόλυνση στο σώμα, ένας μηχανισμός που μπορεί να διαταραχθεί με το PTSD. Οι συγγραφείς είπαν ότι η νέα τους συσκευή θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει τους κλινικούς γιατρούς να μετρήσουν την ανταπόκριση των ασθενών στη θεραπεία για PTSD, όπως ασκήσεις βαθιάς αναπνοής που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια του διαλογισμού ενσυνειδητότητας, παρακολουθώντας τη νευρική πυροδότηση στο αυχενικο νεύρο.
Ο Lerman είναι ήδη ένας από έναν αριθμό ερευνητών που χρησιμοποιούν ηλεκτρική διέγερση του αυχενικού νεύρου για να ελέγξουν εάν η διέγερση αυτών των νευρικών δομών μπορεί να μειώσει τη φλεγμονή και τον πόνο σε άτομα με PTSD.
Η συστοιχία θα μπορούσε επίσης να προάγει την ασφάλεια σε πιλότους που χειρίζονται στρατιωτικά αεροσκάφη ανιχνεύοντας εξάρσεις σε νευρική δραστηριότητα που προκαλούν ζάλη ή ναυτία.
Στο νοσοκομειακό περιβάλλον, προτείνουν οι συγγραφείς, η συσκευή μπορεί να βοηθήσει στην επισήμανση ασθενών που είναι επιρρεπείς σε απειλητικές για τη ζωή καταστάσεις όπως η σήψη, εντοπίζοντας άτομα που αντιδρούν έντονα στο σωματικό στρες.
Η σήψη εμφανίζεται όταν το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος αντιδρά υπερβολικά σε μια μόλυνση, καταστρέφοντας τους δικούς του ιστούς στη διαδικασία. Ο κίνδυνος θνησιμότητας αυξάνεται γρήγορα με την πάροδο του χρόνου, επομένως η τεχνολογία που βοηθά στην ανίχνευση και την επισήμανση ασθενών που νοσηλεύονται σε κίνδυνο θα παρέχει στους γιατρούς έγκαιρη προειδοποίηση για τη χορήγηση αντιβιοτικών, βελτιώνοντας τις πιθανότητες του ασθενούς να αποφύγει ή να επιβιώσει από σήψη.
Ως επόμενο βήμα, οι ερευνητές σχεδιάζουν να ενσωματώσουν τη συστοιχία με πρόσθετο υλικό για έναν ασύρματο, φορετό αισθητήρα που μπορεί να αναπτυχθεί έξω από το εργαστήριο. Οι ερευνητές αναπτύσσουν τώρα σχέδια για μια ενδονοσοκομειακή κλινική δοκιμή ανίχνευσης σήψης.
Η μελέτη ήταν μια διεπιστημονική προσπάθεια στην οποία συμμετείχαν ερευνητές στο UC San Diego Qualcomm Institute, UC San Diego School of Medicine, UC San Diego Jacobs School of Engineering (Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Επιστήμης και Μηχανικών Υλικών, Νανομηχανικής και Βιομηχανικής), του Τμήματος Φυσικής και της Σχολής Δημόσιας Υγείας και Επιστήμης της Ανθρώπινης Μακροζωίας Herbert Wertheim, καθώς και σχολή στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και στο Σύστημα Υγείας VA San Diego.