Funkční Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Posuzování nervové aktivity během chůze ve virtuální realitě (fNIRS)

Odhaduje se, že každý rok utrpí 2,9 milionu Američanů traumatická poranění mozku (TBI), která mají za následek návštěvy pohotovostního oddělení, hospitalizace a smrt. Ačkoli existuje mnoho léčebných strategií v prvních týdnech a měsících po TBI, miliony jedinců žijí s reziduálním postižením. Toto reziduální chronické postižení často zahrnuje významné poruchy funkčních schopností, jako je pohyblivost, spolu s nevyřešenými neurofyziologickými deficity. Vzhledem k tomu, že lepší mobilita je přímo spojena se zlepšenou kvalitou života a zvýšenou participací společnosti, jsou nezbytné intervence určené ke zlepšení mobility u chronické TBI.

Jedním z kandidátů na intervenci, která by mohla zlepšit mobilitu u chronického TBI, je virtuální realita (VR). Systémy VR jsou počítačové aplikace, které umožňují jednotlivci prohlížet a dynamicky interagovat se simulovaným prostředím v reálném čase. Důkazy naznačují, že VR může zlepšit motorické učení a nakonec neuroplasticitu (schopnost reorganizovat synaptická spojení v reakci na učení), protože VR poskytuje uživatelům zvýšenou senzorickou stimulaci, více pohlcující prostředí a zpětnou vazbu v reálném čase. VR se používá ke zlepšení rovnováhy a deficitů mobility spojených s mnoha neurologickými stavy, včetně TBI. Neuroimagingové studie zjistily, že zapojení VR může aktivovat různé kortikální sítě, včetně zrakové kůry, parietálního kortexu a premotorického kortexu, mimo jiné, což může ovlivnit motorické výsledky. Craig vyhodnocuje dopad používání VR v TBI od roku 2012, kdy provedli místně specifickou studii hodnotící trénink VR rovnováhy v domácnosti ve srovnání s psaným domácím cvičebním programem. Důležité je, že bylo zjištěno, že obě intervence vyvolaly významné zlepšení v klinických měřeních rovnováhy u jedinců s chronickou TBI, ale nebyly nalezeny rozdíly mezi skupinami.

V současném grantu Traumatic Brain Injury Model Systems (TBIMS) výzkumník předpokládal, že kombinace tréninku na běžeckém pásu (TT) a VR by zvýšila kortikální excitabilitu, což by současně zvýšilo aktivaci neuromuskulárního systému. Následně by tato intervence zlepšila chůzi, rovnováhu a kognitivní výsledky – jak bylo hodnoceno klinickými měřeními zlatého standardu. K ověření této hypotézy a vyřešení mezer ve znalostech je však zapotřebí dalšího výzkumu, protože účinnost pro TT + VR nebyla stanovena, konkrétní „respondenti“ na intervence TT + VR nebyli identifikováni a věrohodné mechanismy spojené s odpovědí nebyly zjištěny. založeno. Konkrétně studie dosud nehodnotily vztah mezi klinickými výsledky a kortikální aktivací.

K vyřešení těchto nedostatků výzkumníci navrhují přístup translačního výzkumu. Translační výzkum integruje základní a klinickou vědu, aby lépe porozuměl poruchám, jako je chronická TBI, a vytvořil vylepšenou diagnostiku a léčbu pro urychlení procesů obnovy. Zde výzkumníci navrhují spárovat neurovědní metodu s klinickými intervencemi u dospělých s chronickou TBI. Konkrétně plánují použít přenosné neuroimagingové zařízení, funkční blízkou infračervenou spektroskopii (fNIRS), k měření nervové aktivity během intervence TT + VR na podporu budoucího výzkumu a klinických iniciativ v oblasti VR.

fNIRS je neurozobrazovací technika, která využívá blízké infračervené světlo k vyhodnocení změn v mozkové aktivitě prostřednictvím proxy měření okysličeného (HbO) a deoxygenovaného hemoglobinu (HbR). Konkrétně, po nervové aktivitě je kyslík vytažen z hemoglobinu, což má za následek okamžité zvýšení HbR. Dále snížení kyslíku vyvolává zvýšení lokalizovaného průtoku krve mozkem (CBF) - mechanismus nazývaný neurovaskulární spojení. Jak se CBF zvyšuje, lze detekovat vyšší koncentraci HbO. HbR i HbO mají optické vlastnosti, což znamená, že jejich koncentrace lze měřit pomocí blízkého infračerveného světla. FNIRS tedy může detekovat lokalizovanou nervovou aktivitu vyhodnocením HbR a HbO a zvýšení koncentrací HbO odráží místně specifické zvýšení nervové aktivity.

Stručně řečeno, tato navrhovaná pilotní studie je navržena tak, aby zhodnotila proveditelnost použití přenosného fNIRS k měření nervové aktivity během intervence TT + VR u dospělých s TBI. Stanovení proveditelnosti nám umožní používat fNIRS v budoucích studiích porovnávajících různé typy intervencí. Tyto výsledky posouvají výzkum VR a posílí vědecké chápání klinických a fyziologických výsledků po intervencích VR, což bude v konečném důsledku informovat o klinické péči.