Sincronización de la aplicación taVNS durante la tarea sensoriomotora robótica (SMTaVNS2024)

Descripción general:

Este estudio se centra en el potencial de la estimulación transcutánea del nervio vago auricular (taVNS) en la neurorrehabilitación motora para afecciones como la enfermedad de Parkinson, lesión cerebral traumática, lesión de la médula espinal y accidente cerebrovascular. taVNS, aprobado para diversas afecciones neurológicas y conocido por su seguridad, activa neuromoduladores que contribuyen a la plasticidad y el aprendizaje motor. Sin embargo, los parámetros óptimos de estimulación, especialmente el tiempo durante el movimiento, no se exploran por completo.

Objetivos del estudio:

Objetivo principal: Evaluar la viabilidad y los efectos de diferentes protocolos de sincronización taVNS en una tarea sensoriomotora robótica sobre el aprendizaje y la adaptación sensoriomotora. La hipótesis es que variar los tiempos de movimiento de taVNS influirá tanto en las medidas de viabilidad subjetivas como objetivas y en la adaptación sensoriomotora.

Objetivos secundarios: comparar la cinemática del movimiento y contrastar los efectos de estimulación percibidos con los resultados fisiológicos medidos y las métricas de desempeño de tareas.

Metodología:

El estudio se llevará a cabo en ETH Zurich con sujetos sanos utilizando una tarea sensoriomotora robótica para evaluar la viabilidad de taVNS cronometrada por movimiento y su influencia en el aprendizaje de nuevas habilidades sensoriomotoras.

A los participantes se les asignarán diferentes tiempos de estimulación, y el estudio evaluará el aprendizaje motor y la consistencia del desempeño en un máximo de 6 sesiones o hasta que se alcance el 70% de éxito en dos sesiones sucesivas.

El diseño del estudio es simple ciego, pseudoaleatorio, exploratorio y longitudinal, y emplea controles como ninguna estimulación y estimulación programada al azar.

Detalles de la intervención:

Antes de cada sesión, dos electrodos (p. ej. Las almohadillas TensCare) se conectarán al generador de impulsos y 1) se colocarán en el cymbae conchae de la oreja y 2) en el trago de la oreja, lo que permitirá que viaje un tren de impulsos bifásico taVNS descrito anteriormente. Aquí, se envían pulsos cuadrados bifásicos de 250 ms de ancho a una frecuencia de 25 Hz durante 0,5 s con una aptitud máxima de 3 mA. Los pulsos de estimulación están controlados por corriente, limitados a 50 V y regulados por un generador de pulsos que limita la corriente entregable en el hardware por diseño con resistencias y diodos en serie.

Al comienzo de la sesión, los participantes utilizarán una GUI de Python para calibrar la amplitud taVNS deseada incrementándola gradualmente desde un mínimo de 0,1 mA hasta la amplitud máxima tolerada por debajo de 3 mA en intervalos de 0,1 mA. El nivel de intensidad se establecerá en el 90 % de la amplitud máxima tolerada por la persona (típico ~1,5-2 mA y limitado a 3 mA, que está significativamente por debajo del límite de seguridad de 50 mA (según IEC 60601-2-10: 2012). Este procedimiento dura 1-2 min. Tras la calibración comenzará la sesión con la tarea sensoriomotora.

Tarea sensoriomotora La tarea sensoriomotora utiliza un efector final háptico comercial (Touch, sistemas 3D), un mango impreso en 3D personalizado y un entorno de realidad virtual, implementado en Python y PsychoPy en una computadora portátil con Microsoft Windows. El manipulando robótico se sincroniza con un cursor circular de 1 cm en el espacio de trabajo del entorno virtual. Además, se utiliza un soporte para el brazo (SaeboMas Mini) para sostener el brazo contra la gravedad para reducir la fatiga y mantener el brazo en la posición correcta: el codo está a 90 grados perpendicular al suelo.

El objetivo de la tarea sensoriomotora es alcanzar un objetivo de 2,4 cm a una distancia de 10 cm de una posición inicial, ambos representados visualmente en el entorno virtual. Para completar con éxito una prueba, el participante debe alcanzar el objetivo en un tiempo limitado de 0,5 s +/- 0,067 s. Se escuchará un tono de 0,5 s que notificará la duración objetivo del movimiento. Durante este movimiento, la posición del cursor se oculta y no se muestra en la pantalla (en las fases de perturbación y retención) para forzar la adaptación motora anticipada, en lugar del control de retroalimentación guiado visualmente, ya que la adaptación anticipada puede verse afectada en pacientes con accidente cerebrovascular. Los resultados de cada prueba se muestran como 3 posibilidades distintas: correcto, objetivo alcanzado demasiado rápido o objetivo no alcanzado. El sujeto será notificado del resultado de la prueba cuando el objetivo se vuelva verde, naranja o rojo respectivamente. Luego se mostrará la ubicación de inicio para que el participante regrese. Después de 1-3 s dentro del punto de partida se iniciará una nueva prueba.

Los participantes realizarán 75 pruebas de referencia (sin rotación visomotora) para familiarizarse con el manipulando robótico y el entorno. Luego, los participantes realizarán 150 pruebas adicionales en la condición desafiada con un campo de rotación virtual (rotación/perturbación visomotora), que se muestra en la pantalla. Los sujetos no serán informados sobre la naturaleza del desafío sensoriomotor y tendrán que aprender progresivamente el mapeo correctivo para adaptarse a la perturbación. No se aplicarán fuerzas externas y el efector final háptico se utiliza únicamente para medir la cinemática del punto final del mango. Luego, los sujetos realizarán 50 pruebas de las mismas pruebas iniciales (lavado) y finalmente 50 pruebas más del campo rotacional (retención). Se espera que el tiempo requerido sea de 5 a 10 minutos para la configuración y las explicaciones y ~ 30 minutos para la tarea sensoriomotora. Los datos de cada prueba se almacenarán con la posición del cursor, éxito/fracaso e información de tiempo para su posterior análisis. Se pueden recopilar datos cinemáticos de movimiento adicionales utilizando sensores IMU que se llevan en la muñeca. La IMU registra mediciones de aceleración y giroscopio y registra datos en la computadora experimental a una velocidad de 120 Hz. Además, se almacenarán todos los datos relacionados con la estimulación, esto incluye el tiempo, las mediciones de impedancia y todos los comandos de comunicación hacia y desde el estimulador.

Importancia de la investigación:

Los hallazgos podrían informar futuros estudios clínicos sobre neurorrehabilitación. El estudio utiliza un dispositivo háptico "Touch™" para la tarea, lo que garantiza la seguridad y comodidad de los participantes.

Los posibles efectos secundarios de taVNS son mínimos y se controlan de cerca.