Funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) Vurdering af neural aktivitet under Virtual Reality Walking Intervention (fNIRS)

Hvert år pådrages anslået 2,9 millioner amerikanere traumatiske hjerneskader (TBI), der resulterer i akutmodtagelsesbesøg, hospitalsindlæggelser og død. Selvom der er mange behandlingsstrategier i de tidlige uger og måneder efter TBI, lever millioner af individer med resterende handicap. Denne resterende, kroniske funktionsnedsættelse omfatter ofte betydelige svækkelse af funktionelle evner, såsom mobilitet, sammen med uløste neurofysiologiske mangler. Fordi bedre mobilitet er direkte forbundet med forbedret livskvalitet og øget samfundsdeltagelse, er interventioner designet til at forbedre mobiliteten ved kronisk TBI afgørende.

En kandidatintervention, der kunne forbedre mobiliteten ved kronisk TBI, er virtual reality (VR). VR-systemer er computerbaserede applikationer, der giver et individ mulighed for at se og dynamisk interagere med et simuleret miljø i realtid. Beviser tyder på, at VR kan forbedre motorisk læring og i sidste ende neuroplasticitet (evnen til at reorganisere synaptiske forbindelser som reaktion på læring), da VR giver brugerne øget sansestimulering, et mere fordybende miljø og feedback i realtid. VR er blevet brugt til at forbedre balance og mobilitetsunderskud forbundet med flere neurologiske tilstande, herunder TBI. Neuroimaging-undersøgelser har fundet ud af, at VR-engagement kan aktivere forskellige kortikale netværk, herunder den visuelle cortex, parietale cortex og præmotoriske cortex, blandt andre, hvilket kan påvirke motoriske resultater. Craig har evalueret virkningen af ​​VR-brug i TBI siden 2012, da de gennemførte en stedspecifik undersøgelse, der evaluerede VR-balancetræning i hjemmet sammenlignet med et skriftligt hjemmetræningsprogram. Det er vigtigt, at det blev fundet, at begge interventioner fremkaldte signifikante forbedringer i kliniske mål for balance hos personer med kronisk TBI, men fandt ikke mellem gruppeforskelle.

I den nuværende bevilling til Traumatic Brain Injury Model Systems (TBIMS) antog efterforskeren, at en kombination af løbebåndstræning (TT) og VR ville øge kortikal excitabilitet, hvilket samtidig ville øge aktiveringen af ​​det neuromuskulære system. Efterfølgende ville denne intervention forbedre gang, balance og kognitive resultater - som evalueret med guldstandard kliniske mål. Der er imidlertid behov for mere forskning for at teste denne hypotese og adressere videnshuller, da effektivitet for TT + VR ikke er blevet fastslået, specifikke "responders" til TT + VR-interventioner ikke er blevet identificeret, og de plausible mekanismer forbundet med respons er ikke blevet identificeret. etableret. Specifikt har undersøgelser endnu ikke evalueret forholdet mellem kliniske resultater og kortikal aktivering.

For at løse disse huller foreslår efterforskerne en translationel forskningstilgang. Translationel forskning integrerer grundlæggende og klinisk videnskab for bedre at forstå lidelser som kronisk TBI og for at skabe forbedret diagnostik og behandlinger for at fremskynde helbredelsesprocesser. Her foreslår efterforskerne at parre en neurovidenskabelig metode med kliniske interventioner hos voksne med kronisk TBI. Specifikt planlægger de at bruge bærbart en neuroimaging-enhed, funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS), til at måle neural aktivitet under en TT + VR-intervention for at understøtte fremtidig forskning og kliniske initiativer inden for VR.

fNIRS er en neuroimaging teknik, der bruger nær-infrarødt lys til at evaluere ændringer i hjerneaktivitet via proxy-målinger af oxygeneret (HbO) og deoxygeneret hæmoglobin (HbR). Specifikt efter neural aktivitet trækkes oxygen fra hæmoglobin, hvilket resulterer i en øjeblikkelig stigning af HbR. Dernæst fremkalder iltreduktionen en stigning i lokaliseret cerebral blodgennemstrømning (CBF) - en mekanisme kaldet neurovaskulær kobling. Når CBF stiger, kan en større koncentration af HbO påvises. Både HbR og HbO har optiske egenskaber, hvilket betyder, at deres koncentrationer kan måles med nær-infrarødt lys. Således kan fNIRS detektere lokaliseret neural aktivitet ved at evaluere HbR og HbO, og stigninger i HbO-koncentrationer afspejler stedspecifikke stigninger i neural aktivitet.

Sammenfattende er denne foreslåede pilotundersøgelse designet til at vurdere gennemførligheden af ​​at bruge bærbare fNIRS til at måle neural aktivitet under en TT + VR-intervention hos voksne med TBI. Etablering af gennemførlighed vil give os mulighed for at bruge fNIRS i fremtidige undersøgelser, der sammenligner forskellige interventionstyper. Disse resultater vil fremme VR-forskning og forbedre den videnskabelige forståelse af kliniske og fysiologiske resultater efter VR-interventioner, hvilket i sidste ende informerer den kliniske pleje.