Spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) Valutazione dell'attività neurale durante l'intervento di camminata in realtà virtuale (fNIRS)

Ogni anno, circa 2,9 milioni di americani subiscono lesioni cerebrali traumatiche (TBI) che comportano visite al pronto soccorso, ricoveri e morte. Sebbene esistano molte strategie di trattamento nelle prime settimane e mesi successivi al trauma cranico, milioni di individui convivono con una disabilità residua. Questa disabilità cronica residua spesso include compromissioni significative delle capacità funzionali, come la mobilità, insieme a deficit neurofisiologici irrisolti. Poiché una migliore mobilità è direttamente collegata a una migliore qualità della vita e a una maggiore partecipazione sociale, sono essenziali interventi progettati per migliorare la mobilità nel trauma cranico cronico.

Un intervento candidato che potrebbe migliorare la mobilità nel trauma cranico cronico è la realtà virtuale (VR). I sistemi VR sono applicazioni basate su computer che consentono a un individuo di visualizzare e interagire dinamicamente con un ambiente simulato in tempo reale. Le prove suggeriscono che la realtà virtuale può migliorare l’apprendimento motorio e, in definitiva, la neuroplasticità (la capacità di riorganizzare le connessioni sinaptiche in risposta all’apprendimento), poiché la realtà virtuale fornisce agli utenti una maggiore stimolazione sensoriale, un ambiente più coinvolgente e feedback in tempo reale. La realtà virtuale è stata utilizzata per migliorare i deficit di equilibrio e mobilità associati a molteplici condizioni neurologiche, incluso il trauma cranico. Studi di neuroimaging hanno scoperto che il coinvolgimento della realtà virtuale può attivare varie reti corticali, tra cui la corteccia visiva, la corteccia parietale e la corteccia premotoria, tra le altre, che possono avere un impatto sui risultati motori. Craig ha valutato l'impatto dell'uso della realtà virtuale nel trauma cranico dal 2012, quando ha condotto uno studio specifico per il sito valutando l'allenamento dell'equilibrio in realtà virtuale a casa rispetto a un programma scritto di esercizi a casa. È importante sottolineare che è stato riscontrato che entrambi gli interventi hanno suscitato miglioramenti significativi nelle misure cliniche di equilibrio negli individui con trauma cranico cronico, ma non hanno riscontrato differenze tra i gruppi.

Nell'attuale borsa di studio Traumatic Brain Injury Model Systems (TBIMS), il ricercatore ha ipotizzato che la combinazione di allenamento su tapis roulant (TT) e VR aumenterebbe l'eccitabilità corticale che contemporaneamente migliorerebbe l'attivazione del sistema neuromuscolare. Successivamente, questo intervento migliorerebbe la deambulazione, l’equilibrio e i risultati cognitivi, come valutato con misure cliniche gold standard. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per testare questa ipotesi e colmare le lacune di conoscenza, poiché l’efficacia per TT + VR non è stata stabilita, i “responder” specifici agli interventi TT + VR non sono stati identificati e i meccanismi plausibili associati alla risposta non sono stati identificati. stabilito. Nello specifico, gli studi non hanno ancora valutato la relazione tra esiti clinici e attivazione corticale.

Per colmare queste lacune, i ricercatori stanno proponendo un approccio di ricerca traslazionale. La ricerca traslazionale integra la scienza di base e quella clinica per comprendere meglio disturbi come il trauma cranico cronico e per creare diagnosi e trattamenti avanzati per accelerare i processi di recupero. Qui, i ricercatori propongono di accoppiare un metodo neuroscientifico con interventi clinici negli adulti con trauma cranico cronico. Nello specifico, si prevede di utilizzare un dispositivo portatile di neuroimaging, la spettroscopia funzionale del vicino infrarosso (fNIRS), per misurare l'attività neurale durante un intervento TT + VR per supportare la ricerca futura e le iniziative cliniche in VR.

fNIRS è una tecnica di neuroimaging che utilizza la luce del vicino infrarosso per valutare i cambiamenti nell'attività cerebrale tramite misure proxy dell'emoglobina ossigenata (HbO) e deossigenata (HbR). Nello specifico, in seguito all'attività neurale, l'ossigeno viene sottratto all'emoglobina con conseguente aumento immediato dell'HbR. Successivamente, la riduzione dell’ossigeno provoca un aumento del flusso sanguigno cerebrale localizzato (CBF), un meccanismo chiamato accoppiamento neurovascolare. All’aumentare del CBF, è possibile rilevare una maggiore concentrazione di HbO. Sia HbR che HbO hanno proprietà ottiche, il che significa che le loro concentrazioni possono essere misurate con la luce del vicino infrarosso. Pertanto, la fNIRS può rilevare l'attività neurale localizzata valutando HbR e HbO e gli aumenti delle concentrazioni di HbO riflettono aumenti sito-specifici dell'attività neurale.

In sintesi, questo studio pilota proposto è progettato per valutare la fattibilità dell'utilizzo di fNIRS portatile per misurare l'attività neurale durante un intervento TT + VR negli adulti con trauma cranico. Stabilire la fattibilità ci consentirà di utilizzare fNIRS in studi futuri confrontando diversi tipi di intervento. Questi risultati faranno avanzare la ricerca sulla realtà virtuale e miglioreranno la comprensione scientifica dei risultati clinici e fisiologici successivi agli interventi di realtà virtuale, informando in definitiva l’assistenza clinica.