Nicht-invasive, transkutane Ultraschall-Stimulation des Nervus vagus am Ohr (SONIC)

Der Nervus vagus ist der längste Hirnnerv, der von der Medulla oblongata bis zum Dickdarm verläuft und am autonomen, kardiovaskulären, respiratorischen, gastrointestinalen, Immun- und endokrinen System beteiligt ist. Die Nervi vagi sind Teil des körpereigenen Nervensystems und steuern bestimmte Körperfunktionen wie Stimmung, Atmung und Herzfrequenz, das Verdauungssystem und das Immunsystem. Diese Reaktionen sind unwillkürlich und werden nicht bewusst gesteuert. Der Nervus vagus ist einer von zwölf Hirnnerven, die das Gehirn mit dem Körper verbinden. Er verläuft vom Hirnstamm in den Darm und ist Teil des Ruhe- und Verdauungssystems, das entscheidend für die Entfaltung der Entspannungsreaktion des parasympathischen Nervensystems ist.

Die Vagusnervstimulation (VNS) ist als therapeutische Behandlung für Epilepsie etabliert und zeigt vielversprechende Ergebnisse als Behandlung bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie therapieresistenter Depression und Kopfschmerzen. Die Stimulation des Nervus vagus kann entweder invasiv über einen chirurgischen Implantat oder nicht-invasiv (transkutan) durchgeführt werden. Transkutane VNS kann über das Ohr, durch Stimulation des aurikulären Asts des Nervus vagus, oder am Hals, durch Stimulation des zervikalen Asts, erfolgen. Invasive VNS beinhaltet die Implantation eines Impulsgenerators, der mit Elektroden verbunden ist, die um den zervikalen Vagusnerv platziert werden; die Implantation kann zu Infektionen um die Wundstelle, Schmerzen und periinzisionellem Hämatom führen.

Traditionell ist VNS elektrisch, was technische Einschränkungen mit sich bringt, da die Stimulationsströme je nach Gewebe unterschiedlich geleitet werden und die Kontrolle von Fokus und Richtung des Stroms aufgrund seiner Diffusion schwierig ist. Bei tVNS ist es unmöglich, mit absoluter Sicherheit festzustellen, ob und in welchem Ausmaß der verabreichte elektrische Strom den Nervus vagus erreicht.

Die Ultraschallstimulation des Nervus vagus ist eine Alternative zur elektrischen Stimulation durch den Einsatz hochfrequenter Schallwellen, die das zentrale Nervensystem stimulieren. Das ZenBud-Gerät verwendet Ultraschallstimulation am Ast des Nervus vagus, der durch die Ohrregion verläuft. Die Anwendung von Impulsen anstelle eines elektrischen Stroms überwindet technische Probleme im Zusammenhang mit der elektrischen Leitfähigkeit. Ultraschallstimulation ermöglicht eine gezielte Aktivierung und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Stimulation ihr beabsichtigtes Ziel erreicht. ZenBud-Geräte gelten als sicher in der Anwendung bei gesunden Erwachsenen und haben nach Bewertungen an der University of Nottingham die CE-Kennzeichnung erhalten.

Anatomische Studien legen nahe, dass die direkte Stimulation der Vagusnervenfasern in der Ohrregion ähnliche Effekte wie invasive VNS erzeugen und somatische Symptome von leichter bis mittelschwerer Depression und Epilepsie reduzieren kann, wodurch die Notwendigkeit einer Operation vermieden wird, die ein häufiges Merkmal invasiver VNS ist. Das Vorhandensein von tVNS wurde mit Verbesserungen des psychischen Wohlbefindens in Verbindung gebracht. Tierversuche deuten darauf hin, dass die Stimulation der Ohrregion und ihrer Vagusnervenfasern physiologische Veränderungen wie verringerte Herzfrequenz und arteriellen Druck hervorruft. Studien haben gezeigt, dass VNS bei der Behandlung von Epilepsie und Depression wirksam sein kann, und es gibt Hinweise darauf, dass sie bei Schmerzmanagement und autoimmunen oder entzündlichen Erkrankungen nützlich sein könnte; jedoch ist ein besseres Verständnis ihrer Auswirkungen auf den Körper erforderlich.

Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass aurikuläre Vagusnervstimulation die EEG- und EMG-Aktivität bei gesunden Personen beeinflussen kann und Potenzial als nicht-invasive Behandlung für verschiedene klinische Erkrankungen aufweist.

Das Ziel dieser Studie ist es, die Wirksamkeit, Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit des tragbaren Headsets zu untersuchen und Veränderungen in Biomarkern aufgrund der Verwendung von Ultraschall-VNS zu identifizieren. Die Identifizierung physiologischer, kognitiver oder emotionaler Veränderungen könnte helfen, potenzielle zukünftige therapeutische Anwendungen für U-VNS zu bestimmen.

Für diese Studie werden die Teilnehmer mehrere Besuche absolvieren, mit einer Obergrenze von fünf. Die Teilnehmer werden zufällig zugeteilt, um entweder U-VNS im ersten Termin und Sham im zweiten zu erhalten, oder umgekehrt. Sham besteht darin, das Gerät zu tragen, ohne dass eine Stimulation erfolgt.

Beim ersten Termin wird das Sicherheitsscreening mithilfe des U-VNS-Sicherheitsfragebogens bestätigt und die informierte Einwilligung eingeholt. Bei den Teilnehmern werden Herzfrequenz und Blutdruck aufgezeichnet. Anschließend werden die Teilnehmer einen kontinuierlichen Glukosemonitor (CGM, Dexcom) einführen und eine Fitbit-Smartwatch erhalten, um während der gesamten Studie physiologische Signale, Aktivität und Schlaf zu überwachen.

Für den zweiten Termin werden die Teilnehmer gebeten, 12 Stunden vor der Ankunft auf Bewegung zu verzichten und zu fasten. Physiologische (Herzfrequenz und Blutdruck), kognitive und emotionale Marker werden aufgezeichnet. Ein EKG vor, während und nach der Stimulation kann durchgeführt werden. EEG-Daten können ebenfalls vor, während und nach der Stimulation am selben Tag aufgezeichnet werden. Zusätzliche physiologische Marker wie Körpertemperatur, Hautleitfähigkeit (über GSR) oder Ohr-Elektroden, die an der Cymba conchae über eine bipolare Elektrode platziert sind, können ebenfalls aufgezeichnet werden.

Die Teilnehmer werden Fragebögen zum emotionalen Wohlbefinden und Schlaf ausfüllen, wie den STAI und einen kurzen Oxford-Liverpool Inventory of Feelings and Experiences (O-Life), und kognitive Bewertungen durchlaufen. Diese Aufgaben werden mit PsychoPy oder einer ähnlichen Anwendung durchgeführt und konzentrieren sich auf Aufmerksamkeit, Emotion und Gedächtnis. Alle Aufgaben beinhalten visuelle Reize mit Antworten, die über Tastatur oder Maus aufgezeichnet werden, und jede dauert etwa 5-10 Minuten. Diese Aufgaben bieten eine umfassende Bewertung der kognitiven und emotionalen Funktion und sind darauf zugeschnitten, Bereiche zu messen, die von VNS beeinflusst werden.

Danach erhalten die Teilnehmer die Intervention mit dem ZenBud- oder Sham-Gerät für bis zu 30 Minuten. Nach 30 Minuten schaltet sich das Gerät automatisch ab. Die Teilnehmer werden die physiologischen, kognitiven und emotionalen Bewertungen erneut 10 Minuten nach Beginn der Stimulation und nach Abschluss durchführen. Die Teilnehmer werden auch Fragebögen zur Wirksamkeit der Verblindung und zu unerwünschten Wirkungen ausfüllen.

Nach einer einwöchigen Auswaschphase nehmen die Teilnehmer an einem dritten Termin teil. Die Teilnehmer werden nach etwaigen Änderungen der Eignung gefragt und bestätigen ihre fortgesetzte Einwilligung. Wie beim zweiten Termin werden die Teilnehmer 12 Stunden vor der alternativen Intervention (U-VNS oder Sham) für 30 Minuten fasten und auf Bewegung verzichten. Die gleichen Bewertungen und Fragebögen werden wiederholt.

Während des zweiten und dritten Besuchs verwenden die Teilnehmer das ZenBud-Gerät für bis zu 30 Minuten. Wenn die Teilnehmer zuerst echte U-VNS erhalten haben, erhalten sie danach Sham, und umgekehrt. Das Gerät schaltet sich nach 30 Minuten automatisch ab.

Abgesehen von der Erhebung demografischer Daten und der Krankengeschichte während des ersten Besuchs umfassen der zweite und dritte Besuch die gleichen körperlichen, kognitiven und emotionalen Bewertungen vor, während und nach U-VNS. Die Teilnehmer tragen während der gesamten Studie eine Fitbit, um Herzfrequenz und Schlafmuster zu überwachen.