AI-drevet lukket sløjfe multielektrode transkutan rygmarvsstimulation: Realtidsjusteringer for forbedret motorisk genopretning ved rygmarvsskade (AIM RECOVER) (AIM RECOVER)

Rygmarvsskade (SCI) er en invalidiserende tilstand, der påvirker omkring 20,6 millioner individer på verdensplan, med en årlig incidens på 0,9 millioner. I Singapore steg forekomsten af SCI fra 5 til 6 pr. 100.000 i 1990 til 13 til 15 pr. 100.000 i 2019. SCI resulterer ofte i dybtgående og langvarige neurologiske forstyrrelser, især i motorisk funktion, hvilket fører til betydelige begrænsninger i aktiviteter i dagligdagen (ADLs) og gang. Omkostningerne forbundet med akut behandling, rehabilitering og langtidspleje af SCI er betydelige. Mens konventionelle rehabiliteringsstrategier fortsat er afgørende, er deres effektivitet i at genoprette tabt motorisk funktion begrænset, hvilket efterlader mange individer med permanent handicap.

Rygmarvsstimulering (SCS) er fremstået som en lovende neuromodulationsteknik til at forbedre neurologisk restitution efter SCI. SCS leverer elektriske impulser for at aktivere afferente fibre, hvilket forbedrer interneuronale forbindelser, motorneuroners excitabilitet og kommunikation mellem spinale netværk. SCS kan groft inddeles i epidural SCS (eSCS) og transkutan SCS (tSCS). På grund af sin ikke-invasive karakter og terapeutiske potentiale har tSCS vundet betydelig opmærksomhed, med adskillige studier, der demonstrerer dens effektivitet i at forbedre motorisk funktion efter SCI. De fleste nuværende tSCS-protokoller til nedre ekstremitets motorisk kontrol involverer placering af en eller to aktive elektroder over thorakolumbal rygsøjlen (T10 - L2), med faste stimulationssteder og parametre gennem hver session. Denne tilgang er grundlagt på hypotesen om, at tSCS forbedrer den samlede excitabilitet af det neurale netværk ved at øge sensorisk input. Manglende muskelspesifik stimulation kan dog føre til uønsket sammentrækning af antagonistiske muskler, hvilket hæmmer funktionel bevægelse og reducerer den samlede gangeffektivitet.

Nyere evidens indikerer, at rygmarvens excitabilitet reagerer dynamisk på variationer i stimulationssteder og parametre. Rumligt selektiv eSCS med realtidsbehandling har vist sig at hurtigt genoprette frivillig motorisk kontrol selv hos individer med kronisk, motorisk komplet SCI. I dyrestudier viste integrerede tilgange, der kombinerer epidural rygmarvsstimulering med perifer muskelstimulering designet til at efterligne sensorisk feedback og feedforward muskelkontraktionsløkker, synergistiske effekter, hvilket giver et rammeværk for udvikling af neuromodulationssystemer til at forbedre motorisk restitution efter SCI. I humanstudier har et andet studieteam rapporteret, at multielektrode tSCS med kontinuerlig stimulation for at engagere centrale mønstergenerator (CPG) netværk i kombination med rumtidsmæssig alternerende stimulation rettet mod dorsale rødder, der projicerer til bøjnings- og strækningsmuskelgrupperne i benet, kan inducerer alternerende gangaktivitet. Bemærkelsesværdigt muliggjorde denne tilgang øjeblikkelig restitution af gangfunktion hos individer med svære nedre ekstremitets motoriske underskud, selv i klinisk komplet SCI.

Indtil nu er den relative effektivitet af at kombinere kontinuerlig stimulation med rumtidsmæssig modulation, sammenlignet med kontinuerlig stimulation alene, endnu ikke systematisk evalueret hos mennesker. Dette studie sigter mod at adressere disse huller ved at udvikle og evaluere et AI-drevet lukket-loop multielektrode tSCS-system, der integrerer kontinuerlig midterlinjestimulation med realtids, feedback-drevet rumtidsmæssig modulation. Systemet udnytter bærbare kinematiske sensorer og overfladeelektromyografi (EMG) til dynamisk at justere stimuleringstid og intensitet baseret på igangværende gang- og muskelaktiveringsmønstre. Ved at tilpasse stimulationsleverancen med de fysiologiske motorkrav søger den foreslåede tilgang at forbedre muskel selektivitet, optimere nedre ekstremitets motorisk rekruttering og forbedre gangevne hos individer med ukomplet SCI.

Ved succes vil dette studie levere kritisk evidens, der støtter adaptive, AI-drevne neuromodulationsstrategier og etablere et grundlag for næste generations tSCS-systemer, der mere effektivt engagerer spinale sensorimotoriske kredsløb for at fremme funktionel restitution efter SCI.