Terapeutiske effekter af elektrisk vestibulær stimulering (EVS) på balance og gang (VST)

Baggrund og begrundelse

Stående balance og stabil gang opretholdes gennem integration af sensorisk feedback fra det visuelle, somatosensoriske (muskel, hud, sen og ledreceptorer) og vestibulære systemer. Kvaliteten af ​​denne feedback og centralnervesystemets evne (hjerne og rygmarv) til at integrere disse signaler og generere passende motoriske reaktioner dikterer balance og gangpræstation. Aldersrelateret balancefald, klinisk kendt som presbystasis, er et af de mest synlige og svækkende tegn på aldring. Mere end 60 millioner mennesker i USA over 40 år lever med aldersrelateret balance for nedsat balance, der øger deres risici for faldsrelaterede skader og gør det stadig vanskeligere at fortsætte med at leve aktivt og uafhængigt. 1-i-3 voksne over 65 år fald hvert år og fald er den førende dødsårsag hos seniorer. Men der er mindre end 20.000 kliniske specialister i USA med værktøjer til at diagnosticere balance for nedsat balance, så for de fleste mennesker gøres der kun lidt for at tackle faldende balance, indtil efter en efterårsrelateret skade finder sted. Den løsning, der tilbydes de fleste ældre voksne, er en mekanisk balancehjælp, såsom en rullator, hvis langvarige brug kun yderligere destabiliserer balance.

Vestibular dysfunktion er blevet identificeret som den primære årsag til balancefald i mere end 55% af voksne over 50 år eller omkring 34 millioner mennesker i U.S. Denne dysfunktion påvirker både de perifere vestibulære organer i det indre øre og den centrale vestibulære behandling i hjernen, og det er også blevet knyttet til kognitiv tilbagegang. Aktuelle terapeutiske muligheder for at gendanne mistet balancefunktion er begrænset til kirurgiske vestibulære i høj risiko. Den nuværende plejestandard er træningsbaseret terapi, der sigter mod at hjælpe med at kompensere for vestibulær balanceaffald, men der er stadig et kritisk kløft: der findes ikke meget tilgængelig ikke-invasiv løsning for at gendanne mistet vestibulær funktion eller forhindre yderligere forringelse.

Et voksende forskningsorgan indikerer, at ikke-invasiv elektrisk stimulering af det vestibulære balancesystem (EVS) kan inducere neuroplastiske ændringer på både cellulære og kredsløbsniveauer, hvilket effektivt gendanner perifere og centrale vestibulære funktioner. Gendannet vestibulær funktion er også blevet knyttet til gendannet kognitiv funktion. Undersøgere har udviklet en ny under-tærskel bredbåndsstokastiske EV'er (SWSEV'er) neuroplastisk stimulering, der er målrettet mod perifere og centrale vestibulære veje. Flere undersøgelser har vist, at SWSEVS-frekvenserne og de nuværende niveauer er sikre, komfortable, godt tolererede og ikke har nogen bivirkninger. Disse undersøgelser har også vist, at en terapeutisk behandlingsprotokol med 18 tyve minutters SWSEVS-sessioner leveret over en 5-6-ugers periode resulterede i betydelige forbedringer i balancepræstation hos ellers raske voksne i alderen 50-98 år gammel. Disse forbedringer tilskrives neuroplastisk restaurering af både perifer og central vestibulær funktion. De observerede forbedringer vedvarede i mindst 3-6 måneder og var tilstrækkelige til at kategorisere individer med høj faldsrisiko til at sænke faldsrisikoen.

Mål

Med den foreslåede præ-kliniske undersøgelse sigter efterforskerne at bestemme sikkerhed, gennemførlighed, effektivitet og vedholdenhed af ovennævnte ikke-invasive SWSEV'er for at forbedre balance og gangpræstationer hos raske individer på tværs af levetiden. Specifikt er vores mål at måle balance og gangpræstation før, under og efter eksponering for enkelt sessioner og på tværs af gentagne sekvenser af SWSEV'er på flere undersøgelsespartnerwebsteder. Undersøgere forudsiger, at SWSEVS-induceret neuroplasticitet kan fremme genvinding af vestibulær funktion via dokumenterede mekanismer, der inkluderer: 1) regenerering af vestibulære hårceller; 2) En stigning i synaptisk forstærkning i det vestibulære system, 3) en stigning i vestibulær afferent/efferent nervefiberledningsevne og excitabilitet, og 4) øgede central neural integration af sensoriske signaler (vestibulær, visuel, somatosensorisk) til motorisk kontrol. Som sådan er vores vigtigste hypotese med denne forskning, at eksponering for gentagne sekvenser af SWSEV'er vil forbedre balance og gangpræstation (f.eks. Walking Cadence, stabilitet osv.).

Et sekundært mål med denne undersøgelse er at bestemme, om ændringer i vestibulær funktion ledsages af målbare ændringer i kognitiv funktion.

Endelig er et tertiært mål med denne forskning at afgøre, om SWSEV'er har nogen potentiel fordel for deltagere, der lider af lejlighedsvis hovedpine. Der er nogle anekdotiske beviser for, at EV'er kan hjælpe med hovedpine, især for såkaldte "vestibulære migræne"; Hidtil er dette ikke formelt undersøgt.

Deltagere

Sunde unge og ældre voksne deltagere (18 - 100 år) rekrutteres i denne undersøgelse. Deltagerne vil blive rekrutteret på hvert undersøgelsessted fra deres lokalsamfund ved mund til mund, studieannonceposteringer og Ucalgary deltager websted. Alle deltagere får detaljerede skriftlige og mundtlige forklaringer på eksperimentelle mål og procedurer, og protokollen vil blive godkendt af Ucalgary's Clinical Health Research Ethics Board (CHREB). Deltagerne vil give skriftligt informeret samtykke inden deltagelse.

Metodologi

Deltagelse i dette eksperiment vil involvere 18 testsessioner over en periode på 5-6-ugers såvel som 3-ugers, 6-ugers, 3-måneders og 6-måneders opfølgningssessioner. Hver test- og opfølgningssession vil vare under 1 times. Det foreslåede projekt vil anvende seks primære teknikker: (i) elektrisk vestibulær stimulering (SWSEV'er); (ii) accelerometri; (iii) smartphone-app-baserede gang- og balanceforsøg; (iv) kliniker-administrerede funktionelle gangvurderinger; (v) statiske og dynamiske balancetest ved anvendelse af en instrumenteret balanceplatform; (vi) Kognitive vurderinger. SWSEVS -testadministratorer indsamler også oplysninger om eventuelle bivirkninger under hvert besøg og siden det sidste besøg. Deltagerne vil også udfylde spørgeskemaer, når de kommer ind og forlader undersøgelsen for at vurdere forekomsten og sværhedsgraden af ​​hovedpine, kognition, svimmelhed, fysisk aktivitetsniveau samt for at bestemme, om disse hovedpine forårsager nogen bemærkelsesværdig handicap.

(i) Elektrisk vestibulær stimulering (EVS) involverer elektrisk aktivering af det perifere vestibulære system ved at passere små elektriske strømme gennem elektroder placeret på mastoidprocesserne (bag ørerne) via batteridrevet, konstante strømisolerede stimulatorer. Denne ikke-invasive, sikre og smertefri bioelektroniske stimuleringsteknik anvender ofte enten et stokastisk signal (hvid støj) eller monopolær eller bipolær firkant- eller sinusbølgepulser. EV'er brugte typisk forskellige båndbredder af stimulering, fra bredbånd (0-1 kHz) til smaltbånd (0-2 Hz) .Vs kan også anvendes ved forskellige stimuleringsforstærkninger, lige fra dem, der er under niveauet for at fremkalde enhver fornemmelse af deltageren ("sub-threshold"; typisk <0,5 ma), til dem, der fremkalder åbenlyse sensationer og balance svar ("sub-threshold"; typisk <0,5 ma), til dem, der fremkalder åbenlyst vestibulære sanser og balance-svar ("under-threshold"; > 0,5 mA). SWSEVS-neuroplastisk restaurering i den nuværende undersøgelse leverer undergrænse, bredbånd, stokastiske stimuli via 2 par engangsselektroder, der er fastgjort til hver mastoid og bagsiden af ​​nakken. EVS overstiger aldrig nogensinde +/- 3 MA (Hardware and Software Limited), hvilket giver den en fremragende sikkerhedsprofil på tværs af et stort og voksende organ af videnskabelig litteratur.

(ii) Accelerometri: Deltagerne vil blive instrumenteret med bærbare accelerometre (Phybrata Sensor; Protxx Inc.) på hovedet over toppen af ​​højre mastoidproces såvel som på toppen af ​​hver fod. Sensoren placeret på hovedet er valideret som et mål for gang og balanceydelse i flere tidligere undersøgelser. Sensorerne placeret på toppen af ​​foden vil blive brugt til at rekonstruere trin-for-trin fodplacering kinematik under gangtest. Sensorer, der er fastgjort til hovedet, vil blive påført huden med engangs-sidet medicinsk klæbende tape, efter at have rengøret huden med en alkoholpind. Sensorer, der påføres foden under gangtest, vil blive påført medicinsk bånd. Accelerometers indsamler og videresender automatisk de kinematiske data til et smartphone-app-baseret system.

(iii) Smartphone-app-baseret gang- og balanceforsøg: Gang- og balancevurderinger udføres ved hjælp af en smartphone-app udviklet af Protxx Inc. Appen guider brugeren gennem de eksperimentelle procedurer gennem instruktioner på skærmen og auditive bip. Efterforskere vil bruge appen til at udføre vurderinger af stille stående (3 x 2 min. Intervaller af stående stille og afslappet med deres arme ved deres sider; 1 min. Øjne er åbne, 1 min. Øjne lukket), samt den standard tidsbestemte og gå (TUG) opgave og en over-jorden gående opgave. Til TUG -opgaven vil deltagerne begynde at sidde i en stol, derefter, når de bliver bedt om af appen, vil stå op, gå 3 m frem til en pilon på gulvet, vende omkring 180 grader, derefter vende tilbage til stolen og sætte sig ned. For den overjordiske gangopgave vil deltagerne simpelthen begynde at stå med tæerne over en båndlinie på gulvet, så går de fremad (<50 ') til en slutmålpilon.

(iv) Funktionel gangvurdering (FGA): Undersøgere vil have uddannet klinikere Administrer FGA, som involverer timing 10 forskellige test af mobilitet, herunder: 1) niveauoverfladevandring (20 '), 2)' skifte-i-gait-speed 'opgave, der skifter mellem' langsom 'og' hurtig 'hastigheder (5' hver), 3) Walking med vandret Hoved drejer hvert 3. trin (20 '), 5), der går med pivot, drej for at vende retning og stop (5'), 6), der går med et trin over en 9 "hindring (dvs. højden på 2 skobokse), 7), der går med smal base af støtte (dvs. 9), der går tilbage 'heel-to-toe') i 10 skridt, 8), der går med øjnene (20 '), 9), der går tilbage (20'. ' og 10) at gå op og ned et sæt på 4 trin ved hjælp af en rækværk om nødvendigt.

(v) Kognitive vurderinger: Kognitive vurderinger vil anvende papirbaserede spørgeskemaformer af symbolcifret matchende opgave (SDMT) og Montreal Cognitive Assessment (MOCA).

Eksperimentoversigt

Under deres første indtagssession på undersøgelsesstedet vil alle deltagere gennemgå EVS -tærskeltest for at bestemme normaliserede niveauer af EV'er, der resulterer i balanceforstyrrelser. Denne EVS -tærskeltest vil blive udført ved at administrere meget lave strømme (startende ved ~ 0,1 Ma) til deltagerne, der står med lukkede øjne og øger det aktuelle niveau på tværs af forsøg, indtil en EVS -balance -tærskel bestemmes.

Under alle 18 efterfølgende testsessioner udfører deltagerne gang- og balancetest, der administreres via en smartphone -app (se nedenfor) før og efter en enkelt kontinuerlig session med SWSEV'er (<20 min). Under hver SWSEVS -session vil deltagerne skifte mellem at sidde, stå på det hårde gulv og stå på en skumpude, med intervaller med at have deres øjne åbne og lukkede. En efterforsker vil altid være i nærheden af ​​deltagerne for at beskytte dem mod at falde og yde postural støtte, hvis det er nødvendigt.

Kognitive test- og hovedpine -spørgeskemaer vil blive udfyldt under den første og den sidste af de 18 behandlingssessioner.

I løbet af 3-ugers, 6-ugers, 3-måneders og 6-måneders opfølgningssessioner vil deltagerne gentage gang- og balanceforsøg for at vurdere vedholdenheden af ​​eventuelle præstationsforbedringer målt efter de 18 testsessioner.

Statistisk design

For at bestemme den terapeutiske effektivitet af gentagne EVS-sessioner vil der blive forelagt afhængige variabler til gentagne mål ANCOVA med stimuleringstype ('sub-tærskel', 'supra-tærskel') og køn ('mandlig', 'kvindelig') som mellem fagfaktorer og alder som et kovariat. Yderligere sonderende analyse af forhold mellem alder og forskellige afhængige variabler vil blive udført ved hjælp af Pearson -korrelationer. Et alfa -niveau på 0,05 vil blive brugt som den statistiske signifikansgrænse for al test.