fNIRS bei Bewusstseinsstörungen

Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist eine nicht-invasive neurobildgebende Methode, die Veränderungen von oxygeniertem (HbO) und desoxygeniertem Hämoglobin (HbR) im kortikalen Gewebe misst. Durch die neurovaskuläre Kopplung (NVC) ist die neuronale Aktivität in bestimmten Gehirnregionen mit einem erhöhten metabolischen Bedarf und lokalen Veränderungen des zerebralen Blutflusses verbunden, was zu messbaren Verschiebungen der HbO- und HbR-Konzentrationen führt. Diese Veränderungen bilden die Grundlage des blutsauerstoffabhängigen (BOLD) Signals, das bei der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) gemessen wird, und der optischen Signale, die von fNIRS erfasst werden.

Die Beurteilung des Bewusstseinsgrades bei Patienten mit schwerer Hirnverletzung bleibt eine klinische Herausforderung. Standardisierte Bettseiten-Assessments stützen sich hauptsächlich auf beobachtbare Verhaltensweisen wie Augenbewegungen, motorische Reaktionen oder verbale Äußerungen. Wenn diese Verhaltensweisen durch die Hirnverletzung beeinträchtigt sind, spiegelt das beobachtbare Verhalten möglicherweise nicht genau die erhaltene Kognition wider. Funktionelle neurobildgebende Studien haben gezeigt, dass einige Personen mit der Diagnose einer Bewusstseinsstörung (DoC) während kognitiver Aufgaben Hirnreaktionen erzeugen können, selbst wenn Verhaltensreaktionen fehlen. Allerdings sind viele neurobildgebende Methoden, insbesondere die fMRT, bei kritisch kranken Patienten schwer umzusetzen, da sie spezialisierte Einrichtungen und den Transport des Patienten außerhalb der Intensivstation erfordern. fNIRS bietet eine tragbare, bettseitige Methode zur Messung hämodynamischer Reaktionen, die mit neuronaler Aktivität verbunden sind, und ist daher möglicherweise für den Einsatz auf der neuro-intensivstation geeignet.

Diese Studie ist eine nicht-therapeutische, beobachtende Pilotuntersuchung, die darauf abzielt, fNIRS-Signalreaktionen und die Machbarkeit der Implementierung eines strukturierten kognitiven Paradigmas während des Bettseiten-Monitorings zu bewerten. Die Studie wird in zwei Phasen durchgeführt.

In der ersten Phase wird das Protokoll bei gesunden erwachsenen Teilnehmern umgesetzt, um das Ausmaß und die Konsistenz der fNIRS-Reaktionen während einer Reihe von sensorischen und kognitiven Paradigmen zu charakterisieren. Diese Daten etablieren Basisreaktionsmuster und helfen dabei, Aufgabenbedingungen zu identifizieren, die zuverlässige hämodynamische Signale erzeugen.

In der zweiten Phase wird das verfeinerte Protokoll bei Patienten mit DoC auf der neuro-intensivstation umgesetzt, um die Machbarkeit zu bewerten und vorläufige Beobachtungen kortikaler hämodynamischer Reaktionen in dieser Population zu erhalten.

Während des fNIRS-Monitorings werden die Teilnehmer einer Reihe von Paradigmen ausgesetzt, die darauf ausgelegt sind, verschiedene Ebenen der sensorischen und kognitiven Verarbeitung anzusprechen. Dazu gehören somatosensorische Stimulation, auditive Verarbeitungsaufgaben, semantische Sprachverarbeitung, räumliche Navigationsvorstellung und motorische Vorstellung. Die Aufgaben werden in einem Blockdesign präsentiert, mit abwechselnden Aufgaben- und Ruhephasen, um die Erkennung hämodynamischer Veränderungen zu ermöglichen, die mit neuronaler Aktivierung verbunden sind.

Das Ziel dieser Pilotstudie ist es, festzustellen, ob das bettseitige fNIRS-Monitoring während dieser Paradigmen zuverlässige hämodynamische Signale erzeugen kann und ob das Protokoll in einer neuro-ICU-Umgebung machbar umgesetzt werden kann. Die Ergebnisse dieser Studie werden vorläufige Daten liefern, um zukünftige Forschung zu objektiven Methoden zur Beurteilung der Hirnaktivität bei Patienten mit DoC zu informieren.