AI-Řízená Uzavřená Smyčka Multielektrodové Transkutánní Stimulace Míchy: Real-Time Úpravy pro Zvýšené Motorické Zotavení při Poranění Míchy (AIM RECOVER) (AIM RECOVER)

Poranění míchy (SCI) je oslabující stav postihující přibližně 20,6 milionu osob po celém světě s roční incidencí 0,9 milionu. V Singapuru se prevalence SCI zvýšila z 5 až 6 na 100 000 v roce 1990 na 13 až 15 na 100 000 v roce 2019. SCI často vede k hlubokým a dlouhodobým neurologickým postižením, zejména v motorické funkci, což má za následek významná omezení v aktivitách denního života (ADLs) a v chůzi. Náklady spojené s akutní léčbou, rehabilitací a dlouhodobou péčí o SCI jsou značné. Zatímco konvenční rehabilitační strategie zůstávají nezbytné, jejich účinnost při obnově ztracené motorické funkce je omezená, což mnoha jedincům zanechává trvalé postižení.

Stimulace míchy (SCS) se ukázala jako slibná neuromodulační technika ke zlepšení neurologického zotavení po SCI. SCS dodává elektrické impulzy k aktivaci aferentních vláken, čímž zlepšuje interneurální spojení, excitabilitu motorických neuronů a komunikaci mezi míšními sítěmi. SCS lze obecně rozdělit na epidurální SCS (eSCS) a transkutánní SCS (tSCS). Díky své neinvazivní povaze a terapeutickému potenciálu získala tSCS značnou pozornost, přičemž četné studie prokázaly její účinnost při zlepšování motorické funkce po SCI. Většina současných protokolů tSCS pro kontrolu motoriky dolních končetin zahrnuje umístění jedné nebo dvou aktivních elektrod nad hrudní a bederní páteř (T10 - L2) s pevnými místy stimulace a parametry během každé seance. Tento přístup je založen na hypotéze, že tSCS zvyšuje celkovou excitabilitu neuronální sítě zvýšením senzorického vstupu. Nedostatek svalově specifické stimulace však může vést k nežádoucí ko-kontrakci antagonistických svalů, což brání funkčnímu pohybu a snižuje celkovou efektivitu chůze.

Nové důkazy naznačují, že excitabilita míchy dynamicky reaguje na změny v místech a parametrech stimulace. Bylo prokázáno, že prostorově selektivní eSCS s zpracováním v reálném čase rychle obnovuje volní motorickou kontrolu i u jedinců s chronickým, motoricky kompletním SCI. Ve studiích na zvířatech ukázaly integrované přístupy kombinující epidurální stimulaci míchy s periferní svalovou stimulací navrženou k napodobení senzorické zpětné vazby a feedforward smyček svalové kontrakce synergické účinky, což poskytuje rámec pro vývoj neuromodulačních systémů ke zlepšení motorického zotavení po SCI. V lidských studiích jiný výzkumný tým uvedl, že víeelektrodová tSCS s kontinuální stimulací pro zapojení sítí centrálního generátoru vzoru (CPG) v kombinaci s prostorově-časově alternující stimulací cílící na dorzální kořeny projekující do motorických poolů flexorů a extenzorů nohou, může vyvolat alternující lokomoční aktivitu. Pozoruhodně, tento přístup umožnil okamžité zotavení lokomoční funkce u jedinců s těžkými motorickými deficity dolních končetin i u klinicky kompletního SCI.

Dosud nebyla relativní účinnost kombinace kontinuální stimulace s prostorově-časovou modulací ve srovnání s kontinuální stimulací samotnou systematicky vyhodnocena u lidí. Tato studie si klade za cíl vyplnit tyto mezery vývojem a vyhodnocením AI-řízeného uzavřeného systému víeelektrodové tSCS, který integruje kontinuální středovou stimulaci s prostorově-časovou modulací řízenou zpětnou vazbou v reálném čase. Systém využívá nositelné kinematické senzory a povrchovou elektromyografii (EMG) k dynamickému přizpůsobení načasování a intenzity stimulace na základě probíhající chůze a vzorců svalové aktivace. Sladěním podávání stimulace s fyziologickými motorickými požadavky se navrhovaný přístup snaží zvýšit svalovou selektivitu, optimalizovat rekrutaci motoriky dolních končetin a zlepšit výkon chůze u jedinců s neúplným SCI.

Pokud bude úspěšná, tato studie poskytne klíčové důkazy podporující adaptivní, AI-řízené neuromodulační strategie a vytvoří základ pro tSCS systémy nové generace, které efektivněji zapojují míšní senzomotorické okruhy k podpoře funkčního zotavení po SCI.