Funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni (fNIRS) oceniająca aktywność neuronów podczas interwencji chodzenia w wirtualnej rzeczywistości (fNIRS)

Każdego roku szacunkowo 2,9 miliona Amerykanów doznaje urazowych uszkodzeń mózgu (TBI), które skutkują wizytami na oddziałach ratunkowych, hospitalizacjami i śmiercią. Chociaż istnieje wiele strategii leczenia w pierwszych tygodniach i miesiącach po TBI, miliony osób żyją z resztkową niepełnosprawnością. Ta szczątkowa, przewlekła niepełnosprawność często obejmuje znaczne upośledzenie zdolności funkcjonalnych, takich jak mobilność, wraz z nierozwiązanymi deficytami neurofizjologicznymi. Ponieważ lepsza mobilność jest bezpośrednio powiązana z poprawą jakości życia i większym uczestnictwem w społeczeństwie, niezbędne są interwencje mające na celu poprawę mobilności w przypadku przewlekłego TBI.

Jedną z potencjalnych interwencji, która mogłaby poprawić mobilność w przewlekłym TBI, jest rzeczywistość wirtualna (VR). Systemy VR to aplikacje komputerowe, które umożliwiają przeglądanie symulowanego środowiska i dynamiczną interakcję z nim w czasie rzeczywistym. Dowody sugerują, że VR może poprawić uczenie się motoryczne, a ostatecznie neuroplastyczność (zdolność do reorganizacji połączeń synaptycznych w odpowiedzi na uczenie się), ponieważ VR zapewnia użytkownikom zwiększoną stymulację sensoryczną, bardziej wciągające środowisko i informacje zwrotne w czasie rzeczywistym. VR zastosowano w celu poprawy deficytów równowagi i mobilności związanych z wieloma stanami neurologicznymi, w tym TBI. Badania neuroobrazowe wykazały, że zaangażowanie VR może aktywować różne sieci korowe, w tym między innymi korę wzrokową, korę ciemieniową i korę przedruchową, co może mieć wpływ na wyniki motoryczne. Craig ocenia wpływ wykorzystania VR na TBI od 2012 roku, kiedy to przeprowadzili badanie specyficzne dla danego miejsca, w którym oceniano trening równowagi VR w domu w porównaniu z pisemnym programem ćwiczeń w domu. Co ważne, stwierdzono, że obie interwencje spowodowały znaczną poprawę klinicznych wskaźników równowagi u osób z przewlekłym TBI, ale nie stwierdzono różnic między grupami.

W ramach obecnego grantu dotyczącego modeli urazowych uszkodzeń mózgu (TBIMS) badacz postawił hipotezę, że połączenie treningu na bieżni (TT) i VR zwiększy pobudliwość kory mózgowej, co jednocześnie wzmocni aktywację układu nerwowo-mięśniowego. Następnie interwencja ta poprawiłaby chodzenie, równowagę i wyniki poznawcze – jak oceniono za pomocą złotych standardów miar klinicznych. Jednakże potrzebne są dalsze badania, aby przetestować tę hipotezę i wypełnić luki w wiedzy, ponieważ nie ustalono skuteczności TT + VR, nie zidentyfikowano konkretnych „reagujących” na interwencje TT + VR ani nie poznano wiarygodnych mechanizmów związanych z odpowiedzią przyjęty. W szczególności w badaniach nie oceniano jeszcze związku między wynikami klinicznymi a aktywacją kory.

Aby wypełnić te luki, badacze proponują podejście badawcze mające charakter translacyjny. Badania mające przełożenie integrują naukę podstawową i kliniczną, aby lepiej zrozumieć zaburzenia, takie jak przewlekłe TBI, oraz opracować ulepszoną diagnostykę i metody leczenia przyspieszające procesy zdrowienia. W tym przypadku badacze proponują połączenie metody neurologicznej z interwencjami klinicznymi u dorosłych z przewlekłym TBI. W szczególności planują wykorzystać przenośne urządzenie do neuroobrazowania, funkcjonalną spektroskopię bliskiej podczerwieni (fNIRS), do pomiaru aktywności neuronowej podczas interwencji TT + VR w celu wsparcia przyszłych badań i inicjatyw klinicznych w zakresie VR.

fNIRS to technika neuroobrazowania wykorzystująca światło bliskiej podczerwieni do oceny zmian w aktywności mózgu za pomocą zastępczych pomiarów hemoglobiny utlenionej (HbO) i odtlenionej (HbR). W szczególności, w wyniku aktywności neuronalnej, tlen jest pobierany z hemoglobiny, co powoduje natychmiastowy wzrost HbR. Następnie redukcja tlenu powoduje wzrost zlokalizowanego mózgowego przepływu krwi (CBF) – mechanizm zwany sprzężeniem nerwowo-naczyniowym. Wraz ze wzrostem CBF można wykryć większe stężenie HbO. Zarówno HbR, jak i HbO mają właściwości optyczne, co oznacza, że ​​ich stężenie można zmierzyć za pomocą światła bliskiej podczerwieni. Zatem fNIRS może wykryć zlokalizowaną aktywność nerwową poprzez ocenę HbR i HbO, a wzrost stężenia HbO odzwierciedla specyficzny dla miejsca wzrost aktywności nerwowej.

Podsumowując, proponowane badanie pilotażowe ma na celu ocenę wykonalności wykorzystania przenośnego fNIRS do pomiaru aktywności neuronowej podczas interwencji TT + VR u dorosłych z TBI. Ustalenie wykonalności umożliwi nam wykorzystanie fNIRS w przyszłych badaniach porównujących różne rodzaje interwencji. Wyniki te przyspieszą badania nad VR i poprawią naukowe zrozumienie klinicznych i fizjologicznych wyników interwencji VR, co ostatecznie wpłynie na opiekę kliniczną.