機能的近赤外分光法 (fNIRS) による仮想現実歩行介入中の神経活動の評価 (fNIRS)

毎年、推定 290 万人のアメリカ人が外傷性脳損傷 (TBI) を負い、救急外来の受診、入院、死亡につながっています。 外傷性脳損傷後の初期の数週間および数か月には多くの治療戦略がありますが、何百万人もの人々が後遺障害を抱えて生きています。 この残存する慢性障害には、未解決の神経生理学的欠陥に加えて、可動性などの機能的能力の重大な障害が含まれることがよくあります。 可動性の向上は生活の質の向上と社会参加の強化に直接関係しているため、慢性外傷性脳損傷における可動性を改善するように設計された介入は不可欠です。

慢性外傷性脳損傷における可動性を改善できる介入候補の 1 つは、仮想現実 (VR) です。 VR システムは、個人がリアルタイムでシミュレートされた環境を表示し、動的に対話できるようにするコンピューター ベースのアプリケーションです。 VR はユーザーに増加した感覚刺激、より没入型の環境、リアルタイムのフィードバックを提供するため、VR が運動学習を強化し、最終的には神経可塑性 (学習に応じてシナプス接続を再編成する能力) を強化する可能性があることが証拠によって示唆されています。 VR は、外傷性脳損傷を含む複数の神経学的症状に関連する平衡感覚と可動性の障害を改善するために使用されてきました。 神経画像研究によると、VR の関与により、視覚野、頭頂皮質、運動前野などのさまざまな皮質ネットワークが活性化され、運動結果に影響を与える可能性があることがわかっています。 Craig 氏は、2012 年に自宅での VR バランス トレーニングを、書かれた自宅運動プログラムと比較して評価するサイト固有の研究を実施して以来、外傷性脳損傷における VR 使用の影響を評価してきました。 重要なのは、どちらの介入も慢性外傷性脳損傷者の平衡感覚の臨床測定値に有意な改善をもたらしたが、グループ間には差が見られなかったことが判明したことである。

現在の外傷性脳損傷モデル システム (TBIMS) の助成金において、研究者は、トレッドミル トレーニング (TT) と VR を組み合わせることで皮質の興奮性が高まり、同時に神経筋系の活性化が促進されるだろうと仮説を立てました。 その後、この介入により、ゴールドスタンダードの臨床測定で評価されるように、歩行、バランス、認知の結果が改善されると考えられます。 しかし、TT + VRの有効性は確立されておらず、TT + VR介入に対する特定の「反応者」も特定されておらず、反応に関連するもっともらしいメカニズムも解明されていないため、この仮説を検証し、知識のギャップに対処するにはさらなる研究が必要です。設立。 特に、臨床転帰と皮質活性化との関係は研究でまだ評価されていません。

これらのギャップに対処するために、研究者らはトランスレーショナルリサーチアプローチを提案しています。 トランスレーショナル研究は、基礎科学と臨床科学を統合して、慢性外傷性脳損傷などの疾患をより深く理解し、回復プロセスを促進するための強化された診断と治療法を作成します。 ここで研究者らは、神経科学的手法と慢性外傷性脳損傷の成人に対する臨床介入を組み合わせることを提案している。 具体的には、ポータブル神経画像装置である機能的近赤外分光法（fNIRS）を使用して、TT + VR介入中の神経活動を測定し、VRにおける将来の研究と臨床の取り組みをサポートすることを計画しています。

fNIRS は、近赤外光を使用して、酸素化ヘモグロビン (HbO) と脱酸素化ヘモグロビン (HbR) の代理測定を通じて脳活動の変化を評価する神経画像技術です。 具体的には、神経活動の後、ヘモグロビンから酸素が引き出され、HbR が即座に増加します。 次に、酸素の減少により局所的な脳血流 (CBF) の増加が引き起こされます。これは神経血管結合と呼ばれるメカニズムです。 CBF が増加すると、より高い濃度の HbO が検出されます。 HbR と HbO はどちらも光学的特性を持っており、近赤外光で濃度を測定できることを意味します。 したがって、fNIRS は HbR と HbO を評価することで局所的な神経活動を検出でき、HbO 濃度の増加は神経活動の部位特異的な増加を反映します。

要約すると、この提案されたパイロット研究は、成人外傷性脳損傷における TT + VR 介入中の神経活動を測定するためにポータブル fNIRS を使用する実現可能性を評価するように設計されています。 実現可能性を確立することで、さまざまな介入タイプを比較する将来の研究で fNIRS を使用できるようになります。 これらの成果は VR 研究を前進させ、VR 介入後の臨床的および生理学的結果の科学的理解を強化し、最終的には臨床ケアに情報を提供します。