Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) Beoordeling van neurale activiteit tijdens loopinterventie in virtual reality (fNIRS)

Elk jaar lopen naar schatting 2,9 miljoen Amerikanen traumatisch hersenletsel (TBI) op dat resulteert in bezoeken aan de spoedeisende hulp, ziekenhuisopnames en overlijden. Hoewel er in de eerste weken en maanden na traumatisch hersenletsel veel behandelstrategieën bestaan, leven miljoenen mensen met een resterende handicap. Deze resterende, chronische handicap omvat vaak aanzienlijke beperkingen in functionele vermogens, zoals mobiliteit, samen met onopgeloste neurofysiologische tekorten. Omdat betere mobiliteit rechtstreeks verband houdt met een betere levenskwaliteit en een grotere maatschappelijke participatie, zijn interventies die zijn ontworpen om de mobiliteit bij chronisch TBI te verbeteren essentieel.

Eén kandidaat-interventie die de mobiliteit bij chronisch TBI zou kunnen verbeteren, is virtual reality (VR). VR-systemen zijn computergebaseerde toepassingen waarmee een individu in realtime een gesimuleerde omgeving kan bekijken en er dynamisch mee kan communiceren. Er zijn aanwijzingen dat VR het motorisch leren en uiteindelijk de neuroplasticiteit (het vermogen om synaptische verbindingen te reorganiseren als reactie op het leren) kan verbeteren, aangezien VR gebruikers meer sensorische stimulatie, een meer meeslepende omgeving en realtime feedback biedt. VR is gebruikt om evenwichts- en mobiliteitstekorten te verbeteren die verband houden met meerdere neurologische aandoeningen, waaronder TBI. Neuroimaging-onderzoeken hebben aangetoond dat VR-betrokkenheid verschillende corticale netwerken kan activeren, waaronder onder meer de visuele cortex, pariëtale cortex en premotorische cortex, wat van invloed kan zijn op de motorische resultaten. Craig evalueert de impact van VR-gebruik bij TBI sinds 2012, toen ze een locatiespecifiek onderzoek uitvoerden waarin VR-balanstraining thuis werd geëvalueerd in vergelijking met een geschreven oefenprogramma voor thuis. Belangrijk is dat werd vastgesteld dat beide interventies significante verbeteringen teweegbrachten in de klinische evenwichtsmetingen bij personen met chronisch traumatisch hersenletsel, maar dat er geen verschillen tussen de groepen werden gevonden.

In de huidige subsidie ​​voor Traumatic Brain Injury Model Systems (TBIMS) veronderstelde de onderzoeker dat het combineren van loopbandtraining (TT) en VR de corticale prikkelbaarheid zou vergroten, wat tegelijkertijd de activering van het neuromusculaire systeem zou verbeteren. Vervolgens zou deze interventie de loop-, evenwichts- en cognitieve resultaten verbeteren, zoals geëvalueerd met gouden standaard klinische metingen. Er is echter meer onderzoek nodig om deze hypothese te testen en kennislacunes aan te pakken, aangezien de werkzaamheid voor TT + VR nog niet is vastgesteld, er geen specifieke ‘responders’ op TT + VR-interventies zijn geïdentificeerd en de plausibele mechanismen die verband houden met de respons nog niet zijn vastgesteld. gevestigd. In het bijzonder hebben onderzoeken de relatie tussen klinische uitkomsten en corticale activering nog niet geëvalueerd.

Om deze lacunes aan te pakken, stellen de onderzoekers een translationele onderzoeksaanpak voor. Translationeel onderzoek integreert fundamentele en klinische wetenschap om aandoeningen zoals chronisch hersenletsel beter te begrijpen en om verbeterde diagnostiek en behandelingen te creëren om herstelprocessen te versnellen. Hier stellen de onderzoekers voor om een ​​neurowetenschappelijke methode te combineren met klinische interventies bij volwassenen met chronisch TBI. Concreet zijn ze van plan een draagbaar neuroimaging-apparaat, functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS), te gebruiken om neurale activiteit te meten tijdens een TT + VR-interventie ter ondersteuning van toekomstig onderzoek en klinische initiatieven op het gebied van VR.

fNIRS is een neuroimaging-techniek die gebruik maakt van nabij-infraroodlicht om veranderingen in de hersenactiviteit te evalueren via proxymetingen van zuurstofrijk (HbO) en zuurstofarm hemoglobine (HbR). Concreet wordt na neurale activiteit zuurstof uit hemoglobine gehaald, wat resulteert in een onmiddellijke toename van HbR. Vervolgens veroorzaakt de zuurstofreductie een toename van de gelokaliseerde cerebrale bloedstroom (CBF) - een mechanisme dat neurovasculaire koppeling wordt genoemd. Naarmate CBF toeneemt, kan een grotere concentratie HbO worden gedetecteerd. Zowel HbR als HbO hebben optische eigenschappen, wat betekent dat hun concentraties kunnen worden gemeten met nabij-infraroodlicht. fNIRS kan dus gelokaliseerde neurale activiteit detecteren door HbR en HbO te evalueren, en verhogingen van HbO-concentraties weerspiegelen plaatsspecifieke toenames in neurale activiteit.

Samenvattend is deze voorgestelde pilotstudie bedoeld om de haalbaarheid te beoordelen van het gebruik van draagbare fNIRS om neurale activiteit te meten tijdens een TT + VR-interventie bij volwassenen met TBI. Door de haalbaarheid vast te stellen, kunnen we fNIRS gebruiken in toekomstige onderzoeken waarin verschillende interventietypen worden vergeleken. Deze uitkomsten zullen het VR-onderzoek bevorderen en het wetenschappelijke inzicht in de klinische en fysiologische uitkomsten na VR-interventies vergroten, waardoor uiteindelijk de klinische zorg kan worden geïnformeerd.