AI-Gestuurde Gesloten-Lus Multielectrode Transcutane Ruggenmergstimulatie: Real-Time Aanpassingen voor Verbeterd Motorisch Herstel bij Ruggenmergletsel (AIM RECOVER) (AIM RECOVER)

Ruggenmergletsel (SCI) is een slopende aandoening die wereldwijd ongeveer 20,6 miljoen mensen treft, met een jaarlijkse incidentie van 0,9 miljoen. In Singapore nam de prevalentie van SCI toe van 5 tot 6 per 100.000 in 1990 tot 13 tot 15 per 100.000 in 2019. SCI resulteert vaak in diepgaande en langdurige neurologische beperkingen, vooral in de motorische functie, wat leidt tot aanzienlijke beperkingen in activiteiten van het dagelijks leven (ADL) en mobiliteit. De kosten verbonden aan acute behandeling, revalidatie en langdurige zorg voor SCI zijn aanzienlijk. Hoewel conventionele revalidatiestrategieën essentieel blijven, is hun effectiviteit in het herstellen van verloren motorische functie beperkt, waardoor veel mensen met een blijvende handicap achterblijven.

Ruggenmergstimulatie (SCS) is naar voren gekomen als een veelbelovende neuromodulatietechniek om neurologisch herstel na SCI te verbeteren. SCS levert elektrische impulsen om afferente vezels te activeren, waardoor interneurale verbindingen, motorneuronprikkelbaarheid en communicatie tussen spinale netwerken worden versterkt. SCS kan grofweg worden ingedeeld in epidurale SCS (eSCS) en transcutane SCS (tSCS). Vanwege zijn niet-invasieve aard en therapeutisch potentieel heeft tSCS aanzienlijke aandacht gekregen, met talrijke studies die de effectiviteit ervan aantonen bij het verbeteren van motorische functie na SCI. De meeste huidige tSCS-protocollen voor motorische controle van de onderste ledematen omvatten het plaatsen van een of twee actieve elektroden over de thoracolumbale wervelkolom (T10 - L2), met vaste stimulatieplaatsen en parameters gedurende elke sessie. Deze benadering is gebaseerd op de hypothese dat tSCS de algehele prikkelbaarheid van het neurale netwerk verhoogt door de sensorische input te vergroten. Het gebrek aan spierspecifieke stimulatie kan echter leiden tot ongewenste co-contractie van antagonistische spieren, wat functionele beweging belemmert en de algehele loopefficiëntie vermindert.

Opkomend bewijs geeft aan dat de prikkelbaarheid van het ruggenmerg dynamisch reageert op variaties in stimulatieplaatsen en parameters. Ruimtelijk selectieve eSCS met real-time verwerking is aangetoond om snel vrijwillige motorische controle te herstellen, zelfs bij personen met chronische, motorisch complete SCI. In dierstudies vertoonden geïntegreerde benaderingen die epidurale ruggenmergstimulatie combineren met perifere spierstimulatie, ontworpen om sensorische feedback en feedforward spiercontractielussen na te bootsen, synergetische effecten, wat een raamwerk biedt voor de ontwikkeling van neuromodulatiesystemen om motorisch herstel na SCI te verbeteren. In menselijke studies heeft een ander onderzoeksteam gerapporteerd dat multielektrode tSCS met continue stimulatie om centrale patroongenerator (CPG) netwerken te activeren, in combinatie met spatiotemporele afwisselende stimulatie gericht op dorsale wortels die naar de buiger- en strekker motorpools van het been projecteren, afwisselende locomotieactiviteit kan induceren. Opmerkelijk genoeg maakte deze benadering onmiddellijk herstel van locomotiefunctie mogelijk bij personen met ernstige motorische tekorten van de onderste ledematen, zelfs bij klinisch complete SCI.

Tot op heden is de relatieve effectiviteit van het combineren van continue stimulatie met spatiotemporele modulatie, vergeleken met alleen continue stimulatie, nog niet systematisch geëvalueerd bij mensen. Deze studie beoogt deze hiaten aan te pakken door een AI-gestuurd gesloten lus multielektrode tSCS-systeem te ontwikkelen en evalueren dat continue middenlijnstimulatie integreert met real-time, feedback-gestuurde spatiotemporele modulatie. Het systeem maakt gebruik van draagbare kinematische sensoren en oppervlakte-elektromyografie (EMG) om stimulatietiming en intensiteit dynamisch aan te passen op basis van voortdurende gang- en spieractivatiepatronen. Door stimulatie-afgifte af te stemmen op fysiologische motorische eisen, probeert de voorgestelde benadering spierselectiviteit te verbeteren, motorische rekrutering van de onderste ledematen te optimaliseren en loopprestaties te verbeteren bij personen met incomplete SCI.

Indien succesvol, zal deze studie cruciaal bewijs leveren dat adaptieve, AI-gestuurde neuromulatiestrategieën ondersteunt en een basis leggen voor tSCS-systemen van de volgende generatie die spinale sensorimotorische circuits effectiever betrekken om functioneel herstel na SCI te bevorderen.