Sähköisen vestibulaarisen stimulaation (EV) terapeuttiset vaikutukset tasapainoon ja kävelyyn (VST)

Tausta

Pysyvä tasapaino ja vakaa kävely ylläpidetään integroimalla aistipalaute visuaalisesta, somatosensorisesta (lihas, iho, jänne ja nivelreseptorit) ja vestibulaariset järjestelmät. Tämän palautteen laatu ja keskushermoston (aivojen ja selkäytimen) kyky integroida nämä signaalit ja luoda asianmukaiset motoriset vasteet määräävät tasapainon ja kävelyn suorituskyvyn. Ikään liittyvä tasapainon lasku, joka tunnetaan kliinisesti presbystaasi, on yksi näkyvimmistä ja heikentävimmistä ikääntymisen merkeistä. Yli 60-vuotiaiden Yhdysvalloissa yli 60 miljoonaa ihmistä asuu ikään liittyvien tasapainovammaisten kanssa, jotka lisäävät heidän laskuun liittyvien vammojen riskejä ja tekevät entistä vaikeampaa jatkaa asumista aktiivisesti ja itsenäisesti. 1-3-vuotiaat aikuiset, jotka ovat yli 65-vuotiaita, putoaa vuosittain ja putoukset ovat johtava kuolinsyy eläkeläisillä. Mutta Yhdysvalloissa on vähemmän kuin 20 000 kliinistä asiantuntijaa, joilla on välineitä tasapainovahvistuksen diagnosoimiseksi, joten useimmille ihmisille tehdään vain vähän tasapainon laskun torjumiseksi, kunnes laskuun liittyvän vamman jälkeen tapahtuu. Useimmille vanhemmille aikuisille tarjottu ratkaisu on mekaaninen tasapainontuki, kuten kävelijä, jonka pitkäaikainen käyttö vain epävakauttaa tasapainon.

Vestibulaarinen toimintahäiriö on tunnistettu ensisijaisena syynä tasapainon laskun yli 55%: lla yli 50 -vuotiaista aikuisista tai noin 34 miljoonaa ihmistä Yhdysvalloissa Tämä toimintahäiriö vaikuttaa sekä sisäkorvan perifeerisiin vestibulaarisiin elimiin että aivojen keskimmäiseen vestibulaariseen käsittelyyn, ja se on myös kytketty kognitiiviseen laskuun. Nykyiset terapeuttiset vaihtoehdot kadonneen tasapainon toiminnan palauttamiseksi rajoittuvat korkean riskin kirurgisiin vestibulaarisimplantteihin. Nykyinen hoitostandardi on liikuntapohjainen terapia, jonka tavoitteena on auttaa kompensoimaan vestibulaarisen tasapainon laskua, mutta on edelleen kriittinen aukko: kadonneen vestibulaarisen toiminnan palauttamiseksi ei ole laajalti saatavilla olevaa ei-invasiivista ratkaisua tai estämään edelleen heikkenemistä.

Kasvava tutkimusryhmä osoittaa, että vestibulaarisen tasapainojärjestelmän (EV) matala, ei-invasiivinen sähköinen stimulaatio voi indusoida neuroplastisia muutoksia sekä solu- että piiritasoilla, palauttamalla tehokkaasti perifeeriset ja keskimmäiset vestibulaariset funktiot. Palautettu vestibulaarinen toiminta on myös kytketty palautettuun kognitiiviseen toimintoon. Tutkijat ovat kehittäneet uuden alaryhmän laajakaistaisen stokastisen EVS (SWSEVS) -neuroplastinen stimulaatio, joka kohdistuu perifeerisiin ja keskimmäisiin vestibulaarireiteihin. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että SWSEVS-taajuudet ja virran tasot ovat turvallisia, mukavia, hyvin siedettyjä eikä niillä ole haitallisia sivuvaikutuksia. Nämä tutkimukset ovat myös osoittaneet, että terapeuttinen hoitoprotokolla, jossa oli 18 kahdenkymmenen minuutin SWSEVS-istuntoa 5-6 viikon ajanjaksolla, johti merkittäviin parannuksiin tasapainon suorituskyvyssä muuten terveillä aikuisilla 50–98-vuotiailla. Nämä parannukset johtuvat sekä perifeerisen että keskisen vestibulaarisen toiminnan neuroplastisesta palauttamisesta. Havaitut parannukset jatkuivat vähintään 3–6 kuukauden ajan ja olivat riittäviä korkean pudotusriskin luokittelemiseksi alentamaan laskun riskiä.

Tavoitteet

Ehdotetulla esikliinisellä tutkimuksella tutkijat pyrkivät määrittämään yllä olevien ei-invasiivisten SWSEV: ien turvallisuus, toteutettavuus, tehokkuus ja pysyvyys tasapainon ja kävelyn suorituskyvyn parantamiseksi terveissä yksilöissä koko elinajan ajan. Erityisesti tavoitteemme on mitata tasapainon ja kävelyn suorituskyky ennen yksittäisten istuntojen altistumista, sen aikana ja sen jälkeen ja sen jälkeen ja toistuvien SWSEV -sekvenssien välillä useilla tutkimuskumppanisivustoilla. Tutkijat ennustavat, että SWSEV: n indusoima neuroplastisuus voi edistää vestibulaarisen toiminnan palautumista dokumentoitujen mekanismien avulla, jotka sisältävät: 1) vestibulaaristen hiussolujen uudistaminen; 2) Synaptisen vahvistuksen lisääntyminen vestibulaarisessa järjestelmässä, 3) Vestibulaarisen aferenssin/efferentin hermokuitujen johtavuuden ja herkkyyden lisääntyminen ja 4) aistien signaalien (vestibulaaristen, visuaalisten, somatosensisten) keskushermostoin integroinnin lisääntyminen moottorin hallintaan. Sellaisenaan tärkein hypoteesimme tällä tutkimuksella on, että altistuminen toistuville SWSEV -sekvensseille parantaa tasapainon ja kävelyn suorituskykyä (esim. Kävelykadenssi, stabiilisuus jne.).

Tämän tutkimuksen toissijainen tavoite on määrittää, liittyykö muutos vestibulaarisessa toiminnassa mitattavissa olevat muutokset kognitiivisessa toiminnassa.

Lopuksi tämän tutkimuksen korkea -asteen tavoitteena on selvittää, onko SWSEV: llä mahdollisia hyötyä osallistujille, jotka kärsivät satunnaisista päänsärkyistä. On joitain anekdoottisia todisteita siitä, että EV: t voisivat auttaa päänsärkyissä, etenkin ns. "Vestibulaariset migreenit"; Tätä ei kuitenkaan ole tähän mennessä tutkittu virallisesti.

Osallistujat

Tähän tutkimukseen rekrytoidaan terveellisiä nuoria ja vanhempia aikuisten osallistujia (18 - 100 -vuotiaita). Osallistujat rekrytoidaan jokaisessa tutkimuspaikassa paikallisesta yhteisöstä suusanallisesti, opiskelemainokset ja Ucalgary -sivusto. Kaikille osallistujille annetaan yksityiskohtaiset kirjalliset ja suulliset selitykset kokeellisista tavoitteista ja menettelyistä, ja protokolla hyväksytään Ucalgaryn kliinisen terveystutkimuksen etiikkalautakunta (CHREB). Osallistujat antavat kirjallisen tietoisen suostumuksen ennen osallistumista.

Menetelmä

Osallistumiseen tähän kokeeseen liittyy 18 testausistuntoa 5-6 viikon ajan, samoin kuin 3 viikon, 6 viikon, 3 kuukauden ja 6 kuukauden seurantaistunnot. Jokainen testaus- ja seurantaistunto kestää alle yhden tunnin. Ehdotetussa projektissa käytetään kuutta ensisijaista tekniikkaa: (i) sähköinen vestibulaarinen stimulaatio (SWSEVS); (ii) kiihtyvyys; (iii) älypuhelinsovelluspohjaiset kävely- ja tasapainotestit; (iv) kliinikon hallinnoima funktionaaliset kävelyarviot; (v) staattiset ja dynaamiset tasapainotestit instrumenttipohjaisella salataalustalla; (vi) kognitiiviset arviot. SWSEVS -testivalvojat keräävät myös tietoja kaikista haittavaikutuksista jokaisen vierailun aikana ja viimeisen vierailun jälkeen. Osallistujat täyttävät myös kyselylomakkeet saapuessaan tutkimukseen ja poistuessaan päänsärkyjen, kognition, huimauksen, fyysisen aktiivisuuden tason esiintyvyyden ja vakavuuden arvioimiseksi sekä selvittääkseen, aiheuttavatko nämä päänsärkyä merkittävää vammaisuutta.

(i) Sähköinen vestibulaarinen stimulaatio (EV) sisältää sähköisesti aktivoivat perifeerisen vestibulaarisen järjestelmän kuluttamalla pieniä sähkövirtoja mastoidiprosesseihin (korvien takana) asetettujen elektrodien kautta akkukäyttöisten, vakiovirtojen eristettyjen stimulaattoreiden kautta. Tämä ei-invasiivinen, turvallinen ja kivuton bioelektroninen stimulaatiotekniikka käyttää yleensä joko stokastista signaalia (valkoinen kohina) tai monopolaarista tai bipolaarista neliö- tai siniaaltopulsseja. EV: t käyttivät tyypillisesti erilaisia ​​stimulaation kaistanleveyksiä leveäkaista (0-1 kHz) kapeakaistaiseen (0-2 Hz). EV: tä voidaan soveltaa myös erilaisilla stimulaation amplitudeilla, jotka vaihtelevat niistä, jotka ovat alapuolella, jonka mukaan osallistuja on aiheuttanut sensaatiota ("alakirjoitussuunnassa"; ma). SWSEVS-neuroplastinen palauttaminen tässä tutkimuksessa tuottaa alahenkilöstöä, laajakaista-, stokastisia ärsykkeitä 2 parien avulla kertakäyttöisiä kertakäyttöisiä elektrodeja, jotka on kiinnitetty jokaiseen mastoidiin ja kaulan takaosaan. EVS ei koskaan ylitä +/- 3 Ma (laitteisto ja ohjelmisto rajoitettu), mikä antaa sille erinomaisen turvallisuusprofiilin suurelle ja kasvavalle tieteelliselle kirjallisuudelle.

(ii) Kiihtyvyys: Osallistujat instrumenttisesti puettavilla kiihtyvyysmittareilla (Phybrata -anturi; PROTXX Inc.) pään päällä oikean mastoidiprosessin päällä sekä kunkin jalan päällä. Pään asetettu anturi on validoitu kävelyn ja tasapainon suorituskyvyn mittana useissa aiemmissa tutkimuksissa. Jalan yläosaan asetettuja antureita käytetään askel askeleelta jalan sijoittamisen kinematiikan rekonstruointiin kävelyn testauksen aikana. Pään kiinnitetyt anturit kiinnitetään ihoon kertakäyttöisellä kaksipuolisella lääketieteellisellä liimateipillä, kun iho on puhdistettu alkoholipyyhkeellä. Jalaan levitetyt anturit kävelyn testauksen aikana kiinnitetään lääketieteelliseen nauhaan. Kiihdytysmittarit keräävät ja välittävät kinemaattiset tiedot automaattisesti älypuhelinsovelluspohjaiseen järjestelmään.

(iii) Älypuhelinsovelluspohjainen kävely- ja tasapainotestaus: Käyttö- ja tasapainon arvioinnit suoritetaan käyttämällä PROTXX Inc: n kehittämää älypuhelinsovellusta. Sovellus ohjaa käyttäjää kokeellisten menettelyjen avulla näytön ohjeiden ja kuulon piippausten avulla. Tutkijat käyttävät sovellusta suorittamaan hiljaisen seisovan arvioinnit (3 x 2 minuutin välein seisovat ja rentoutuneet kätensä sivuillaan; 1 minuutin silmät auki, 1 minuutin silmät kiinni), samoin kuin vakiona ajoitettu ja mene (hinaus) ja maadoituskävely tehtävä. Hinaajan tehtävää varten osallistujat alkavat istua tuolilla, sitten sovelluksen kehotuksena nousee ylös, kävelee 3 metrin eteenpäin Piloniin lattialla, kääntyy noin 180 astetta, palaa sitten tuolille ja istua alas. Maapallon kävelytehtävää varten osallistujat alkavat vain seisoa varpaidensa kanssa nauhan yli lattialla, sitten he kävelevät eteenpäin (<50 ') päättymiskohde-Pilonille.

(iv) Funktionaalisen kävelyn arviointi (FGA): Tutkijat ovat kouluttaneet lääkäreitä hallinnoimaan FGA: ta, johon sisältyy 10 erilaista liikkuvuuden testiä, mukaan lukien: 1) tason pintakävely (20 '), 2)' 'Muutos kaivaa-nopeudella' -tehtävä 'hitaan' ja 'nopeuden' nopeuden (5 ') välillä, 3), joka kävelee horisonttien kanssa 3 askeleella (20), 4), (20'), 5) walking with pivot turn to reverse direction and stop (5'), 6) walking with a step over a 9" obstacle (i.e., the height of 2 shoe boxes), 7) walking with narrow base of support (i.e., stepping 'heel-to-toe') for 10 steps, 8) walking with eyes closed (20'), 9) walking backwards (20'), and 10) walking up and down a set of 4 steps, using a railing if necessary.

(v) Kognitiiviset arvioinnit: Kognitiivisissa arvioinnissa hyödynnetään symbolinumeroisen vastaavan tehtävän (SDMT) ja Montrealin kognitiivisen arvioinnin (MOCA) paperipohjaisia ​​kyselylomakkeita.

Kokeile yleiskatsaus

Alkuperäisen imuistunnon aikana tutkimuspaikassa kaikille osallistujille tehdään EVS -kynnystestaus, jotta voidaan määrittää normalisoitujen EV -arvojen taso, joka johtaa tasapainon häiriöihin. Tämä EVS -kynnystestaus suoritetaan antamalla erittäin alhaiset virrat (alkaen ~ 0,1 mA) osallistujille, jotka seisovat silmänsä kiinni ja nostamalla nykyistä tasoa kokeiden välillä, kunnes EVS -tasapainon kynnys määritetään.

Kaikkien 18 seuraavan testausistunnon aikana osallistujat suorittavat älypuhelinsovelluksen kautta (katso alla) hallinnoidut kävely- ja tasapainotestit ennen yhtä jatkuvaa SWSEVS -istuntoa ja sen jälkeen (<20 min). Jokaisen SWSEVS -istunnon aikana osallistujat vuorottelevat istumisen, kovan lattialla seisovan ja vaahtopallon seisovien välillä, joiden silmät ovat auki ja kiinni. Tutkija on aina lähellä osallistujia suojaamaan heitä putoamiselta ja tarjoamaan tarvittaessa posturaalista tukea.

Kognitiiviset testaukset ja päänsärkykyselyt saadaan päätökseen ensimmäisen ja viimeisenä 18 hoitoistunnosta.

Kolmen viikon, 6 viikon, 3 kuukauden ja 6 kuukauden seurantaistunnot, osallistujat toistavat kävely- ja tasapainotestit arvioidakseen 18 testausistunnon jälkeen mitattujen suorituskykyparannusten pysyvyyttä.

Tilastollinen suunnittelu

Toistuvien EVS-istuntojen terapeuttisen tehokkuuden määrittämiseksi toistuville mittauksille annetaan riippuvaiset muuttujat stimulaatiotyypin ('alakynnyksen', 'supra-kynnys') ja sukupuolen ('mies', 'naispuolinen') ja ikä kovariaattina. Iän ja erilaisten riippuvien muuttujien välisten suhteiden jatkotutkimusanalyysi suoritetaan Pearson -korrelaatioilla. Alfa -tasoa 0,05 käytetään tilastollisena merkitsevyyskynnyksenä kaikille testauksille.