AI-drevet lukket løkke multielektrodet transkutan ryggmargstimulering: Sanntidsjusteringer for forbedret motorisk gjenoppretting ved ryggmargsskade (AIM RECOVER) (AIM RECOVER)

Ryggmargsskade (SCI) er en invalidiserende tilstand som rammer omtrent 20,6 millioner mennesker globalt, med en årlig forekomst på 0,9 millioner. I Singapore økte forekomsten av SCI fra 5 til 6 per 100 000 i 1990 til 13 til 15 per 100 000 i 2019. SCI fører ofte til dype og langvarige nevrologiske funksjonsnedsettelser, spesielt i motorisk funksjon, noe som resulterer i betydelige begrensninger i aktiviteter i dagliglivet (ADL) og gangfunksjon. Kostnadene knyttet til akuttbehandling, rehabilitering og langtidspleie ved SCI er betydelige. Selv om konvensjonelle rehabiliteringsstrategier fortsatt er essensielle, er deres effektivitet i å gjenopprette tapt motorisk funksjon begrenset, noe som etterlater mange personer med permanent funksjonsnedsettelse.

Ryggmargstimulering (SCS) har vist seg som en lovende nevromodulerende teknikk for å forbedre nevrologisk gjenvinning etter SCI. SCS leverer elektriske impulser for å aktivere afferente fibere, noe som forbedrer interneuronale forbindelser, motorneuroners eksiterbarhet og kommunikasjon mellom ryggmargsnettverk. SCS kan grovt klassifiseres i epidural SCS (eSCS) og transkutan SCS (tSCS). På grunn av sin ikke-invasive natur og terapeutiske potensial, har tSCS fått betydelig oppmerksomhet, med mange studier som viser dens effektivitet i å forbedre motorisk funksjon etter SCI. De fleste nåværende tSCS-protokoller for motorisk kontroll i underekstremitetene innebærer plassering av en eller to aktive elektroder over thorakolumbal ryggraden (T10 - L2), med faste stimuleringssteder og parametere gjennom hver økt. Denne tilnærmingen er forankret i hypotesen om at tSCS forbedrer den generelle eksiterbarheten til det nevrale nettverket ved å øke sensorisk input. Imidlertid kan mangelen på muskelspesifikk stimulering føre til uønsket sammentrekning av antagonistiske muskler, noe som hemmer funksjonell bevegelse og reduserer den generelle gangeffektiviteten.

Nyere forskning indikerer at ryggmargseksiterbarhet reagerer dynamisk på variasjoner i stimuleringssteder og parametere. Romlig selektiv eSCS med sanntidsprosessering har vist seg å raskt gjenopprette frivillig motorisk kontroll selv hos personer med kronisk, motorisk komplett SCI. I dyrestudier viste integrerte tilnærminger som kombinerte epidural ryggmargstimulering med perifer muskelstimulering, designet for å etterligne sensorisk tilbakemelding og feedforward muskelkontraksjonsløkker, synergistiske effekter, noe som gir et rammeverk for utvikling av nevromoduleringssystemer for å forbedre motorisk gjenvinning etter SCI. I humanstudier har et annet forskningsteam rapportert at multielektrode tSCS med kontinuerlig stimulering for å engasjere sentrale mønstergenerator (CPG) nettverk i kombinasjon med romlig-tidsmessig vekslende stimulering rettet mot dorsale røtter som projiserer til benfleksor- og ekstensormotorpooler, kan indusere vekslende lokomotorisk aktivitet. Bemerkelsesverdig muliggjorde denne tilnærmingen umiddelbar gjenvinning av lokomotorisk funksjon hos personer med alvorlige motoriske underskudd i underekstremitetene, selv ved klinisk komplett SCI.

Til dags dato har den relative effektiviteten av å kombinere kontinuerlig stimulering med romlig-tidsmessig modulering, sammenlignet med kontinuerlig stimulering alene, ennå ikke blitt systematisk evaluert hos mennesker. Denne studien tar sikte på å adressere disse hullene ved å utvikle og evaluere et AI-drevet lukket sløyfe multielektrode tSCS-system som integrerer kontinuerlig midtlinjestimulering med sanntids, tilbakemeldingsdrevet romlig-tidsmessig modulering. Systemet utnytter bærbare kinematiske sensorer og overflateelektromyografi (EMG) for å dynamisk justere stimuleringstid og intensitet basert på pågående gang og muskelaktiveringsmønstre. Ved å tilpasse stimuleringsleveringen til fysiologiske motoriske krav, søker den foreslåtte tilnærmingen å forbedre muskelselektivitet, optimalisere rekruttering av motorisk funksjon i underekstremitetene og forbedre gangytelse hos personer med ufullstendig SCI.

Hvis vellykket vil denne studien gi kritisk evidens som støtter adaptive, AI-drevne nevromoduleringsstrategier og etablere et grunnlag for neste generasjons tSCS-systemer som mer effektivt engasjerer spinale sensorimotoriske kretser for å fremme funksjonell gjenvinning etter SCI.