가상 현실 걷기 개입 중 신경 활동을 평가하는 기능적 근적외선 분광법(fNIRS) (fNIRS)

매년 약 290만 명의 미국인이 응급실 방문, 입원 및 사망을 초래하는 외상성 뇌 손상(TBI)을 앓고 있습니다. TBI 후 초기 몇 주 및 몇 달 동안 다양한 치료 전략이 있지만 수백만 명의 사람들이 잔여 장애를 안고 살아가고 있습니다. 이러한 잔여 만성 장애에는 해결되지 않은 신경 생리학적 결함과 함께 이동성과 같은 기능적 능력의 심각한 장애가 포함되는 경우가 많습니다. 더 나은 이동성은 삶의 질 향상 및 사회적 참여 강화와 직접적으로 연관되어 있으므로 만성 TBI의 이동성을 개선하기 위해 고안된 개입이 필수적입니다.

만성 TBI의 이동성을 향상시킬 수 있는 중재 후보 중 하나는 가상 현실(VR)입니다. VR 시스템은 개인이 실시간으로 시뮬레이션된 환경을 보고 동적으로 상호 작용할 수 있도록 하는 컴퓨터 기반 애플리케이션입니다. VR이 사용자에게 증가된 감각 자극, 보다 몰입적인 환경 및 실시간 피드백을 제공하기 때문에 VR이 운동 학습과 궁극적으로 신경가소성(학습에 반응하여 시냅스 연결을 재구성하는 능력)을 향상시킬 수 있다는 증거가 있습니다. VR은 TBI를 포함한 여러 신경학적 질환과 관련된 균형 및 이동성 결함을 개선하는 데 사용되었습니다. 신경 영상 연구에 따르면 VR 참여는 특히 시각 피질, 두정엽 피질, 전운동 피질을 비롯한 다양한 피질 네트워크를 활성화하여 운동 결과에 영향을 줄 수 있는 것으로 나타났습니다. Craig는 서면 가정 운동 프로그램과 비교하여 가정에서의 VR 균형 훈련을 평가하는 현장별 연구를 수행한 2012년부터 TBI에서 VR 사용의 영향을 평가해 왔습니다. 중요한 것은 두 가지 중재 모두 만성 TBI 환자의 균형에 대한 임상적 측정에서 상당한 개선을 이끌어냈지만 그룹 간 차이는 발견되지 않았다는 것입니다.

현재 외상성 뇌 손상 모델 시스템(TBIMS) 보조금에서 연구자는 러닝머신 훈련(TT)과 VR을 결합하면 피질 흥분성이 증가하여 신경근 시스템의 활성화가 동시에 향상될 것이라는 가설을 세웠습니다. 결과적으로, 이 개입은 최적의 임상 측정으로 평가된 바와 같이 걷기, 균형 및 인지 결과를 향상시킬 것입니다. 그러나 이 가설을 테스트하고 지식 격차를 해결하려면 더 많은 연구가 필요합니다. TT + VR에 대한 효능이 확립되지 않았고, TT + VR 개입에 대한 특정 "응답자"가 확인되지 않았으며, 반응과 관련된 그럴듯한 메커니즘이 아직 확립되지 않았기 때문입니다. 확립된. 특히, 연구에서는 아직 임상 결과와 피질 활성화 사이의 관계를 평가하지 않았습니다.

이러한 격차를 해소하기 위해 연구자들은 중개 연구 접근법을 제안하고 있습니다. 중개 연구는 만성 TBI와 같은 장애를 더 잘 이해하고 회복 과정을 가속화하기 위한 향상된 진단 및 치료법을 만들기 위해 기초 과학과 임상 과학을 통합합니다. 여기에서 연구자들은 만성 TBI가 있는 성인에 대한 임상 개입과 신경과학 방법을 결합할 것을 제안합니다. 특히 그들은 VR에 대한 향후 연구 및 임상 이니셔티브를 지원하기 위해 TT + VR 개입 중 신경 활동을 측정하기 위해 휴대용 신경 영상 장치인 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)을 사용할 계획입니다.

fNIRS는 근적외선을 사용하여 산소화(HbO) 및 탈산소화 헤모글로빈(HbR)의 대리 측정을 통해 뇌 활동의 변화를 평가하는 신경 영상 기술입니다. 특히, 신경 활동에 따라 헤모글로빈에서 산소가 빠져나와 HbR이 즉시 증가합니다. 다음으로, 산소 감소는 국소적인 뇌혈류(CBF)의 증가를 유도합니다. 이는 신경혈관 결합이라고 불리는 메커니즘입니다. CBF가 증가하면 더 높은 농도의 HbO가 검출될 수 있습니다. HbR과 HbO는 모두 광학적 특성을 갖고 있어 근적외선으로 농도를 측정할 수 있습니다. 따라서 fNIRS는 HbR과 HbO를 평가하여 국소적인 신경 활동을 감지할 수 있으며, HbO 농도의 증가는 신경 활동의 부위별 증가를 반영합니다.

요약하면, 이 제안된 파일럿 연구는 TBI가 있는 성인의 TT + VR 개입 중 신경 활동을 측정하기 위해 휴대용 fNIRS를 사용하는 타당성을 평가하도록 설계되었습니다. 타당성을 확립하면 다양한 개입 유형을 비교하는 향후 연구에서 fNIRS를 사용할 수 있습니다. 이러한 결과는 VR 연구를 발전시키고 VR 개입 후 임상 및 생리학적 결과에 대한 과학적 이해를 향상시켜 궁극적으로 임상 치료에 정보를 제공할 것입니다.