Entwicklung optimaler sensorischer Feedback-Strategien zur Maximierung der Funktion nach Tetraplegie

Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist es, die Empfindungen, die durch intrakortikale Mikrostimulation (ICMS) wahrgenommen werden, mit denen zu vergleichen, die durch periphere Nervenstimulation (PNS) wahrgenommen werden, sowie mit den wahrgenommenen Empfindungen aus einer Kombination von ICMS und PNS.

Vorausgehende Studie

Teilnehmer dieser Studie werden Personen mit einer hohen Rückenmarksverletzung sein, die bereits in der klinischen Studie "Reconnecting the Hand and Arm to the Brain (ReHAB)" (ID# NCT03898804) eingeschrieben sind. Die ReHAB-Studie umfasst das Implantieren winziger Elektrodenarrays im Gehirn und kleiner Elektroden um einige der Nerven im Arm. Das Ziel der ReHAB-Studie ist es, die Bewegung und das Empfindungsvermögen von Arm und Hand bei Personen mit Lähmungen aufgrund einer Rückenmarksverletzung wiederherzustellen.

Ziele dieser klinischen Studie

Der Zweck der vorgeschlagenen Studie ist die Untersuchung der Wahrnehmung und der funktionellen Auswirkungen sensorischer Neurostimulation bei Teilnehmern mit Tetraplegie. Die Forscher werden neuartige Paradigmen für ICMS, angewendet auf den primären somatosensorischen Kortex (S1), und PNS, angewendet auf Nerven der oberen Extremität durch chronisch implantierte Cuff-Elektroden, entwickeln und implementieren. Die Forscher werden auch hybride Neurostimulationsparadigmen entwickeln und bewerten, die eine kombinierte Anwendung von ICMS und PNS beinhalten. Für jedes Paradigma werden die Forscher die wahrgenommene Empfindung mit klassischen psychophysikalischen Methoden quantifizieren. Die Forscher werden den Ansatz auch in Closed-Loop-Aufgaben in virtueller Realität implementieren, die durch decodierte kortikale Signale von intrakortikalen Mikroelektrodenarrays gesteuert werden. Schließlich werden die Forscher die Auswirkungen jedes Stimulationsparadigmas auf die verbleibende sensorische Funktion bewerten.

In Ziel 1 werden die Forscher ein neuartiges ICMS-Paradigma entwickeln, das versucht, sowohl die zeitlichen als auch die räumlichen Aktivierungsmuster nachzubilden, die in S1 während normaler Berührung auftreten. Die Forscher werden dieses neuartige Paradigma mit anderen existierenden ICMS-Kodierern vergleichen. Die Forscher werden die Auswirkungen jedes ICMS-Kodierers auf die Wahrnehmungsreaktion, die Aufgabenleistung in virtueller Realität (VR) und die verbleibende sensorische Funktion bewerten. In Ziel 2 werden die Forscher neuartige PNS-Paradigmen entwickeln und erstmals die Wirksamkeit von PNS für sensorisches Feedback bei Menschen mit Tetraplegie bewerten. Wie in Ziel 1 werden die Forscher mehrere PNS-Kodierer entwickeln und vergleichen, einschließlich solcher, die Aspekte der peripheren Reaktion auf normale Berührung reproduzieren, und traditioneller linearer Kodierer. Wir werden die Auswirkungen jedes PNS-Kodierers auf die Wahrnehmungsreaktion, die Aufgabenleistung in VR und die verbleibende sensorische Funktion bewerten. In Ziel 3 werden wir hybride Neurostimulationsparadigmen entwickeln, die ICMS mit PNS kombinieren. Wir werden die Auswirkungen von Stimulationskodierer und Stimulationsamplitude auf die durch hybride Stimulation erzeugten wahrgenommenen Empfindungen bewerten. Wir werden dann die Auswirkungen von PNS-ICMS-Zeitverzögerungen innerhalb des hybriden Neurostimulationsparadigmas auf die Wahrnehmungsreaktion, die funktionellen Auswirkungen und die Auswirkungen auf die verbleibende sensorische Funktion untersuchen.

Alle Teilnehmer werden an allen Zielen teilnehmen und alle Stimulationsansätze erhalten sowie alle Aufgaben und Messungen durchführen. Alle Teilnehmer dienen als ihre eigene Kontrolle für die geplanten statistischen Analysen. Die Studie wird zehntausende von Datenpunkten zur Wahrnehmungsreaktion, hunderte von Datenpunkten zu funktionellen Aufgaben und hunderttausende von intrakortikalen Aufzeichnungen (für explorative Analysen) generieren.