Toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia (fNIRS), joka arvioi hermoaktiivisuutta virtuaalitodellisuudessa kävelyn aikana (fNIRS)

Joka vuosi arviolta 2,9 miljoonaa amerikkalaista saa traumaattisia aivovammoja (TBI), jotka johtavat päivystykseen, sairaalahoitoon ja kuolemaan. Vaikka TBI:n jälkeisinä alkuviikkoina ja kuukausina on olemassa monia hoitostrategioita, miljoonilla henkilöillä on jäännösvamma. Tämä jäännös, krooninen vamma sisältää usein merkittäviä toiminnallisten kykyjen, kuten liikkuvuuden, heikkenemistä sekä ratkaisemattomia neurofysiologisia puutteita. Koska parempi liikkuvuus on suoraan sidoksissa parempaan elämänlaatuun ja lisääntyneeseen yhteiskunnalliseen osallistumiseen, kroonisen TBI:n liikkuvuutta parantavat toimenpiteet ovat välttämättömiä.

Yksi ehdokas interventio, joka voisi parantaa liikkuvuutta kroonisessa TBI:ssä, on virtuaalitodellisuus (VR). VR-järjestelmät ovat tietokonepohjaisia ​​sovelluksia, joiden avulla yksilö voi tarkastella simuloitua ympäristöä ja olla dynaamisesti vuorovaikutuksessa sen kanssa reaaliajassa. Todisteet viittaavat siihen, että VR voi parantaa motorista oppimista ja lopulta neuroplastisuutta (kykyä järjestää uudelleen synaptisia yhteyksiä vastauksena oppimiseen), koska VR tarjoaa käyttäjille lisääntynyttä sensorista stimulaatiota, mukaansatempaavampaa ympäristöä ja reaaliaikaista palautetta. VR:tä on käytetty parantamaan tasapaino- ja liikkuvuusvajetta, jotka liittyvät useisiin neurologisiin tiloihin, mukaan lukien TBI. Neurokuvaustutkimukset ovat osoittaneet, että VR-sitoutuminen voi aktivoida erilaisia ​​aivokuoren verkostoja, mukaan lukien muun muassa visuaalinen aivokuori, parietaalinen aivokuori ja esimotorinen aivokuori, mikä voi vaikuttaa motorisiin tuloksiin. Craig on arvioinut VR:n käytön vaikutuksia TBI:ssä vuodesta 2012 lähtien, jolloin he tekivät paikkakohtaisen tutkimuksen, jossa arvioitiin VR-tasapainoharjoittelua kotona verrattuna kirjalliseen kotiharjoitusohjelmaan. Tärkeää on, että havaittiin, että molemmat interventiot saivat aikaan merkittäviä parannuksia kliinisissä tasapainomittauksissa kroonista TBI:tä sairastavilla yksilöillä, mutta ryhmien välillä ei havaittu eroja.

Nykyisessä Traumatic Brain Injury Model Systems (TBIMS) -apurahassa tutkija oletti, että juoksumattoharjoittelun (TT) ja VR:n yhdistäminen lisäisi aivokuoren kiihtyneisyyttä, mikä tehostaisi samanaikaisesti hermo-lihasjärjestelmän aktivaatiota. Myöhemmin tämä interventio parantaisi kävelyä, tasapainoa ja kognitiivisia tuloksia - kuten arvioitiin kullan standardin kliinisillä mittareilla. Tämän hypoteesin testaamiseksi ja tiedonpuutteiden korjaamiseksi tarvitaan kuitenkin lisää tutkimusta, koska TT + VR:n tehokkuutta ei ole varmistettu, erityisiä "vastaajia" TT + VR -interventioihin ei ole tunnistettu eikä vasteeseen liittyviä uskottavia mekanismeja ole tutkittu. perusti. Erityisesti tutkimukset eivät ole vielä arvioineet kliinisten tulosten ja aivokuoren aktivaation välistä suhdetta.

Näiden aukkojen korjaamiseksi tutkijat ehdottavat translaatiotutkimusta. Translaatiotutkimus yhdistää perus- ja kliinisen tieteen, jotta voidaan paremmin ymmärtää kroonisen TBI:n kaltaisia ​​häiriöitä ja luoda parannettua diagnostiikkaa ja hoitoja toipumisprosessien nopeuttamiseksi. Tässä tutkijat ehdottavat neurotieteen menetelmän yhdistämistä kliinisiin interventioihin aikuisilla, joilla on krooninen TBI. Erityisesti he aikovat käyttää kannettavaa hermokuvauslaitetta, toiminnallista lähi-infrapunaspektroskopiaa (fNIRS), hermotoiminnan mittaamiseen TT + VR -intervention aikana tukeakseen tulevaa tutkimusta ja kliinisiä aloitteita VR:ssä.

fNIRS on neuroimaging-tekniikka, joka käyttää lähi-infrapunavaloa aivojen toiminnan muutosten arvioimiseen hapetetun (HbO) ja happittoman hemoglobiinin (HbR) välitysmittauksilla. Tarkemmin sanottuna hermotoiminnan jälkeen happea vedetään hemoglobiinista, mikä johtaa välittömään HbR:n nousuun. Seuraavaksi hapen vähentäminen lisää paikallista aivoverenvirtausta (CBF) - mekanismia, jota kutsutaan neurovaskulaariseksi kytkeytymiseksi. Kun CBF kasvaa, voidaan havaita suurempi HbO-pitoisuus. Sekä HbR:llä että HbO:lla on optisia ominaisuuksia, mikä tarkoittaa, että niiden pitoisuudet voidaan mitata lähi-infrapunavalolla. Näin ollen fNIRS voi havaita paikallisen hermoston aktiivisuuden arvioimalla HbR:ää ja HbO:ta, ja HbO-pitoisuuksien nousu heijastelee hermoaktiivisuuden paikkaspesifisiä lisäyksiä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä ehdotettu pilottitutkimus on suunniteltu arvioimaan kannettavan fNIRS:n käyttökelpoisuutta hermotoiminnan mittaamiseen TT + VR -toimenpiteen aikana aikuisilla, joilla on TBI. Toteutettavuuden selvittäminen antaa meille mahdollisuuden käyttää fNIRS:ää tulevissa tutkimuksissa, joissa verrataan erilaisia ​​interventiotyyppejä. Nämä tulokset edistävät VR-tutkimusta ja lisäävät tieteellistä ymmärrystä VR-interventioiden jälkeisistä kliinisistä ja fysiologisista tuloksista, mikä lopulta hyödyttää kliinistä hoitoa.