Новое устройство позволяет неинвазивно измерять активность шейного нерва

а Исследовательская группа из нескольких кампусов разработала новое устройство для неинвазивного измерения активности шейных нервов у людей. Устройство, описанное в статье в Научные отчетыОн может применяться для поддержки более индивидуального лечения сепсиса и психических расстройств, таких как посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР).

Старший автор исследования сказал: «С помощью этого недавно разработанного устройства мы выявили (впервые) шейные электроэнцефалографические нейровизуализационные признаки вегетативных биотипов (борьба или бегство в сравнении с отдыхом и пищеварением), которые удивительно согласовывались с различными проблемами вегетативной нервной системы или непроизвольное». Эмануэль Лерман из Института Qualcomm, Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и Инженерной школы Джейкобса, а также Центра передового опыта в области стресса и психического здоровья Вирджинии.

Устройство оснащено гибким набором электродов, которые простираются от нижней лобной до верхней задней части шеи, что позволяет исследователям регистрировать электрическую активность различных нервов. Другие функции включают интегрированный пользовательский интерфейс для визуализации данных в реальном времени и настраиваемый алгоритм для группировки людей в соответствии с реакцией их нервной системы на стресс.

Более безопасный и менее инвазивный способ изучения нервной системы

В прошлом самые надежные способы измерения активности нервов в шее требовали хирургической имплантации крошечных электродов.

Лерман и Тодд Коулман из Колледжа Джейкобса и Стэнфордского университета в Калифорнийском университете в Сан-Диего решили создать менее инвазивный и инвазивный способ мониторинга этой части нервной системы, адаптировав существующую технологию, разработанную Коулманом в соавторстве с Джонасом Курниаваном, в настоящее время докторантом. научный сотрудник Стэнфорда. Новый гибкий массив можно носить до одного дня, и он легко перемещается вместе с движениями головы и шеи пациента для более длительного и безболезненного наблюдения.

Чтобы изучить вегетативные биотипы человека или группы пациентов, чья вегетативная нервная система реагировала сходным образом на стресс, исследователи провели серию тестов, в ходе которых участников исследования просили поместить руки в ледяную воду и удерживать их, а затем выполнить дыхательную гимнастику. Массивы электродов регистрировали сигналы шейного нерва, которые группа назвала электромиографией шейного отдела позвоночника, а также частоту сердечных сокращений у испытуемых до и после испытания ледяной водой и во время дыхательных упражнений.

Исследователи обнаружили, что участники исследования последовательно разделялись на две разные группы биотипов: те, чья нейронная активность и частота сердечных сокращений увеличивались во время обоих тестов, и те, у кого наблюдалась противоположная тенденция. Уникальный алгоритм устройства также дает возможность определить различия в реакции определенных групп нервов на стрессовые факторы, такие как боль от ледяной воды и физические симптомы, включая потливость и учащенное сердцебиение, связанные с синхронизированным дыханием.

«Результаты впечатляют. Было обнаружено, что наш недавно разработанный набор датчиков способен регистрировать активность вегетативной нервной системы», — сказал Коулман. «Мы были приятно удивлены, отметив стабильную вегетативную реакцию при выполнении стресс-тестов, а именно при холодовом стресс-тесте и тесте на глубокое дыхание. Необходима дополнительная работа, чтобы продемонстрировать возможности наших датчиков на больших популяциях».

Навстречу будущему персонализированной медицины

Хотя массив электродов не может точно определить нервы, которые возбуждаются в ответ на стресс и боль от холодной воды, исследователи надеются, что однажды он сможет помочь диагностировать и лечить состояния, включая посттравматическое стрессовое расстройство и сепсис.

Например, блуждающий нерв контролирует воспаление в ответ на травмы или инфекции в организме, механизм, который может быть нарушен посттравматическим стрессовым расстройством. Лерман и его коллеги надеются, что их новое устройство когда-нибудь поможет врачам измерять реакцию пациентов на лечение посттравматического стресса, например, на упражнения по глубокому дыханию, используемые во время медитации осознанности, путем мониторинга возбуждения нерва в блуждающем нерве. Действительно, Лерман — один из многих исследователей, использующих Электрическая стимуляция блуждающего нерва Чтобы проверить, может ли стимуляция этих нервных структур уменьшить воспаление и боль у людей с посттравматическим стрессовым расстройством.

В родственном приложении матрица также может использоваться для повышения безопасности пилотов, управляющих военными самолетами, путем обнаружения вспышек нервной активности, вызывающих головокружение или тошноту.

В больницах устройство может помочь выявить пациентов с риском опасных для жизни состояний, таких как сепсис, путем выявления тех, кто сильно реагирует на физический стресс. Сепсис возникает, когда иммунная система организма чрезмерно реагирует на инфекцию, повреждая при этом собственные ткани. Риск смертности увеличивается на семь процентов каждый час. Технология, помогающая выявлять и сообщать о пациентах с высоким риском в больнице, позволит клиницистам заблаговременно уведомить о назначении антибиотиков, тем самым повысив шансы пациента избежать сепсиса или выжить.

В качестве следующего шага исследователи планируют объединить массив с дополнительным оборудованием для носимого беспроводного датчика, который можно будет развернуть за пределами лаборатории. В настоящее время исследователи проводят клинические испытания для выявления внутрибольничного сепсиса.

Ссылка: Bu Y, Kurniawan JF, Prince J, et al. Массив электродов с гибкой клейкой поверхностью, способный визуализировать шейные периферические нервы во время серийной вегетативной стрессовой нагрузки. Научный представитель. 2022 г.; 12 (1): 19467. doi: 10.1038/с41598-022-21817-в

Эта статья была переиздана со следующего Материалы. Примечание. Статья могла быть отредактирована по длине и содержанию. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с указанным ресурсом.