Temporizzazione dell'applicazione taVNS durante il compito sensomotorio robotico (SMTaVNS2024)

Panoramica:

Questo studio si concentra sul potenziale della stimolazione auricolare transcutanea del nervo vago (taVNS) nella neuroriabilitazione motoria per condizioni come il morbo di Parkinson, lesioni cerebrali traumatiche, lesioni del midollo spinale e ictus. taVNS, approvato per varie condizioni neurologiche e noto per la sua sicurezza, attiva i neuromodulatori che contribuiscono alla plasticità e all'apprendimento motorio. Tuttavia, i parametri ottimali di stimolazione, in particolare i tempi durante il movimento, non sono stati completamente esplorati.

Obiettivi dello studio:

Obiettivo primario: valutare la fattibilità e gli effetti di diversi protocolli di temporizzazione taVNS in un compito sensomotorio robotico sull'apprendimento e l'adattamento sensomotorio. L'ipotesi è che la variazione dei tempi di movimento del taVNS influenzerà le misure di fattibilità sia soggettive che oggettive e l'adattamento sensomotorio.

Obiettivi secondari: confrontare la cinematica del movimento e contrastare gli effetti della stimolazione percepita con i risultati fisiologici misurati e le metriche delle prestazioni del compito.

Metodologia:

Lo studio sarà condotto presso l'ETH di Zurigo con soggetti sani utilizzando un compito sensomotorio robotico per valutare la fattibilità del taVNS sincronizzato con il movimento e la sua influenza sull'apprendimento di nuove abilità sensomotorie.

Ai partecipanti verranno assegnati tempi di stimolazione diversi, con lo studio che valuterà l'apprendimento motorio e la coerenza delle prestazioni in un massimo di 6 sessioni o fino al raggiungimento del 70% di successo in due sessioni successive.

Il disegno dello studio è in cieco singolo, pseudo-randomizzato, esplorativo e longitudinale, utilizzando controlli come nessuna stimolazione e stimolazione a tempo casuale.

Dettagli dell'intervento:

Prima di ogni sessione, due elettrodi (ad es. Gli elettrodi TensCare) saranno collegati al generatore di impulsi e 1) posizionati sulla conca dell'orecchio e 2) sul trago dell'orecchio, consentendo al treno di impulsi bifasici taVNS precedentemente descritto di viaggiare. Qui, impulsi quadrati bifasici di 250 ms di ampiezza vengono inviati alla frequenza di 25 Hz per 0,5 s con un'attitudine massima di 3 mA. Gli impulsi di stimolazione sono controllati dalla corrente, limitati a 50 V e regolati da un generatore di impulsi che limita la corrente erogabile nell'hardware in base alla progettazione con resistori e diodi seriali.

All'inizio della sessione, i partecipanti utilizzeranno una GUI Python per calibrare l'ampiezza taVNS desiderata aumentandola gradualmente da un minimo di 0,1 mA fino all'ampiezza massima tollerata inferiore a 3 mA in intervalli di 0,1 mA. Il livello di intensità sarà impostato al 90% dell'ampiezza massima tollerata per la persona (tipico ~1,5-2 mA e limitato a 3 mA, che è significativamente inferiore al limite di sicurezza di 50 mA (secondo la norma IEC 60601-2-10: 2012). Questa procedura richiede 1-2 minuti. Dopo la calibrazione inizierà la sessione con il compito sensomotorio.

Compito sensomotorio Il compito sensomotorio utilizza un effettore finale tattile commerciale (Touch, sistemi 3D), una maniglia stampata in 3D personalizzata e un ambiente di realtà virtuale, implementato in Python e PsychoPy su un laptop Microsoft Windows. Il manipolatore robotico è sincronizzato con un cursore circolare di 1 cm nell'area di lavoro dell'ambiente virtuale. Inoltre, viene utilizzato un supporto per il braccio (SaeboMas Mini) per sostenere il braccio contro la gravità per ridurre l'affaticamento e mantenere il braccio nella posizione corretta: il gomito è perpendicolare a 90 gradi rispetto al suolo.

L'obiettivo del compito sensomotorio è raggiungere un bersaglio di 2,4 cm a una distanza di 10 cm da una posizione iniziale, entrambi rappresentati visivamente nell'ambiente virtuale. Per completare con successo una prova il partecipante deve raggiungere l'obiettivo entro un limite di tempo di 0,5 s +/- 0,067 s. Verrà emesso un segnale acustico di 0,5 s che notifica la durata target del movimento. Durante questo movimento la posizione del cursore è nascosta e non visualizzata sullo schermo (nelle fasi di perturbazione e ritenzione) al fine di forzare l'adattamento motorio feedforward, piuttosto che il controllo feedback guidato visivamente, poiché l'adattamento feedforward può essere compromesso nei pazienti con ictus. I risultati di ciascuna prova vengono visualizzati come 3 possibilità distinte: corretto, obiettivo raggiunto troppo rapidamente o obiettivo non raggiunto. Il soggetto verrà informato dell'esito della prova facendo diventare il bersaglio rispettivamente verde, arancione o rosso. Successivamente verrà visualizzata la posizione di partenza a cui il partecipante potrà tornare. Dopo 1-3 s dal punto iniziale verrà avviata una nuova prova.

I partecipanti eseguiranno 75 prove di base (senza rotazione visuomotoria) per acquisire familiarità con il manipolatore robotico e l'ambiente. Quindi i partecipanti eseguiranno altre 150 prove nella condizione sfidata con un campo rotazionale virtuale (rotazione/perturbazione visuomotoria), visualizzato sullo schermo. I soggetti non saranno informati sulla natura della sfida sensomotoria e dovranno apprendere progressivamente la mappatura correttiva per adattarsi alla perturbazione. Non verranno applicate forze esterne e l'effettore finale tattile verrà utilizzato esclusivamente per misurare la cinematica del punto finale della maniglia. Quindi i soggetti eseguiranno 50 prove delle stesse prove di base (wash-out) e infine altre 50 prove del campo rotazionale (ritenzione). Il tempo richiesto dovrebbe essere di 5-10 minuti per l'impostazione e le spiegazioni e di circa 30 minuti per il compito sensomotorio. Verranno archiviati i dati di ciascuna prova contenenti la posizione del cursore, il successo/fallimento e le informazioni sul tempo per l'analisi successiva. Ulteriori dati cinematici di movimento possono essere raccolti utilizzando sensori IMU indossati al polso. L'IMU registra le misurazioni dell'accelerazione e del giroscopio e registra i dati sul computer sperimentale a una frequenza di 120 Hz. Verranno inoltre archiviati tutti i dati relativi alla stimolazione, inclusi tempi, misurazioni dell'impedenza e tutti i comandi di comunicazione da e verso lo stimolatore.

Significato della ricerca:

I risultati potrebbero informare futuri studi clinici sulla neuroriabilitazione. Lo studio utilizza un dispositivo tattile "Touch™" per l'attività, garantendo la sicurezza e il comfort dei partecipanti.

I potenziali effetti collaterali di taVNS sono minimi e attentamente monitorati.