Czas aplikacji taVNS podczas zadania sensomotorycznego robota (SMTaVNS2024)

Przegląd:

Badanie to skupia się na potencjale przezskórnej stymulacji nerwu błędnego (taVNS) w neurorehabilitacji ruchowej w leczeniu takich schorzeń jak choroba Parkinsona, urazowe uszkodzenie mózgu, uszkodzenie rdzenia kręgowego i udar. taVNS, zatwierdzony do leczenia różnych schorzeń neurologicznych i znany ze swojego bezpieczeństwa, aktywuje neuromodulatory przyczyniające się do plastyczności i uczenia się motorycznego. Jednak optymalne parametry stymulacji, zwłaszcza czas trwania ruchu, nie są w pełni zbadane.

Cele badania:

Cel główny: Ocena wykonalności i wpływu różnych protokołów taktowania taVNS w zadaniu sensomotorycznym robota na uczenie się i adaptację sensomotoryczną. Hipoteza jest taka, że ​​różne czasy ruchów taVNS będą miały wpływ zarówno na subiektywne, jak i obiektywne pomiary wykonalności oraz adaptację sensomotoryczną.

Cele drugorzędne: Porównanie kinematyki ruchu i kontrastu postrzeganych efektów stymulacji ze zmierzonymi wynikami fizjologicznymi i wskaźnikami wykonania zadania.

Metodologia:

Badanie zostanie przeprowadzone w ETH Zurich na zdrowych osobach z wykorzystaniem robota sensomotorycznego w celu oceny wykonalności taVNS sterowanego ruchem i jego wpływu na uczenie się nowych umiejętności sensomotorycznych.

Uczestnikom zostanie przypisany różny czas stymulacji, przy czym badanie oceniać będzie uczenie się motoryczne i spójność wyników w ciągu maksymalnie 6 sesji lub do momentu osiągnięcia 70% sukcesu w dwóch kolejnych sesjach.

Projekt badania jest pojedynczo zaślepiony, pseudorandomizowany, eksploracyjny i podłużny, z wykorzystaniem kontroli takich jak brak stymulacji i stymulacja w losowym czasie.

Szczegóły interwencji:

Przed każdą sesją dwie elektrody (np. Podkładki TensCare) zostaną podłączone do generatora impulsów i 1) umieszczone na małżowinie ucha cymbae oraz 2) na skraju ucha, umożliwiając przemieszczanie opisanego wcześniej dwufazowego ciągu impulsów taVNS. Tutaj dwufazowe impulsy kwadratowe o szerokości 250 ms są wysyłane z częstotliwością 25 Hz przez 0,5 s przy maksymalnej wartości 3 mA. Impulsy stymulacyjne są sterowane prądem, ograniczone do 50 V i regulowane przez generator impulsów, który zgodnie z projektem ogranicza dostarczany prąd z rezystorami szeregowymi i diodami.

Na początku sesji uczestnicy będą używać interfejsu graficznego Pythona do kalibracji pożądanej amplitudy taVNS poprzez stopniowe zwiększanie jej od minimalnej 0,1 mA do maksymalnej tolerowanej amplitudy poniżej 3 mA w odstępach co 0,1 mA. Poziom natężenia zostanie ustawiony na 90% maksymalnej tolerowanej przez osobę amplitudy (typowo ~1,5-2 mA i ograniczony do 3 mA, czyli znacznie poniżej bezpiecznego limitu 50 mA (zgodnie z IEC 60601-2-10: 2012). Ta procedura trwa 1-2 minuty. Po kalibracji rozpocznie się sesja z zadaniem sensomotorycznym.

Zadanie sensomotoryczne Zadanie sensomotoryczne wykorzystuje komercyjny dotykowy efektor końcowy (dotyk, systemy 3D), wykonany na zamówienie uchwyt wydrukowany w 3D oraz środowisko rzeczywistości wirtualnej, zaimplementowane w Pythonie i PsychoPy na laptopie z systemem Microsoft Windows. Manipulandum robota jest zsynchronizowane z okrągłym kursorem o średnicy 1 cm w obszarze roboczym środowiska wirtualnego. Dodatkowo zastosowano podłokietnik (SaeboMas Mini), który podpiera ramię wbrew grawitacji, redukując zmęczenie i utrzymując ramię we właściwej pozycji – łokieć ustawiony jest pod kątem 90 stopni prostopadle do podłoża.

Celem zadania sensomotorycznego jest dotarcie do celu o średnicy 2,4 cm w odległości 10 cm od pozycji wyjściowej, co jest wizualnie reprezentowane w środowisku wirtualnym. Aby pomyślnie ukończyć próbę, uczestnik musi dotrzeć do celu w czasie 0,5 s +/- 0,067 s. Rozlegnie się sygnał dźwiękowy trwający 0,5 s, informujący o docelowym czasie trwania ruchu. Podczas tego ruchu pozycja kursora jest ukryta i nie jest wyświetlana na ekranie (w fazie zaburzeń i zatrzymania), aby wymusić adaptację motoryczną ze sprzężeniem zwrotnym, zamiast sterowanej wizualnie kontroli ze sprzężeniem zwrotnym, ponieważ adaptacja ze sprzężeniem zwrotnym może być upośledzona u pacjentów po udarze. Wyniki każdej próby są wyświetlane jako 3 różne możliwości – prawidłowe, cel osiągnięty zbyt szybko lub cel nieosiągnięty. Podmiot zostanie powiadomiony o wyniku próby poprzez zmianę koloru celu odpowiednio na zielony, pomarańczowy lub czerwony. Następnie zostanie wyświetlona lokalizacja początkowa, do której uczestnik może wrócić. Po 1-3 s w punkcie początkowym rozpocznie się nowa próba.

Uczestnicy wykonają 75 prób wyjściowych (bez rotacji wzrokowo-ruchowej), aby zapoznać się z manipulandem robota i środowiskiem. Następnie uczestnicy wykonają dodatkowe 150 prób w stanie prowokacyjnym z wirtualnym polem rotacyjnym (rotacja/zaburzenie wzrokowo-motoryczne), wyświetlanym na ekranie. Badani nie zostaną poinformowani o naturze wyzwania sensomotorycznego i będą musieli stopniowo uczyć się mapowania korekcyjnego, aby dostosować się do zaburzenia. Nie zostaną przyłożone żadne siły zewnętrzne, a haptyczny efektor końcowy będzie używany wyłącznie do pomiaru kinematyki punktu końcowego uchwytu. Następnie pacjenci przeprowadzą 50 prób tych samych prób wyjściowych (wymywanie) i na koniec 50 kolejnych prób pola rotacyjnego (retencja). Oczekuje się, że wymagany czas wyniesie 5–10 minut na konfigurację i wyjaśnienia oraz ~ 30 minut na zadanie sensomotoryczne. Dane z każdej próby będą przechowywane, zawierające położenie kursora, informację o sukcesie/porażce oraz czas do późniejszej analizy. Dodatkowe dane kinematyczne ruchu można zbierać za pomocą czujników IMU noszonych na nadgarstku. IMU rejestruje pomiary przyspieszenia i żyroskopu oraz rejestruje dane w komputerze doświadczalnym z częstotliwością 120 Hz. Dodatkowo przechowywane będą wszystkie dane dotyczące stymulacji, w tym czas, pomiary impedancji i wszystkie polecenia komunikacyjne do i ze stymulatora.

Znaczenie badawcze:

Odkrycia mogą pomóc w przyszłych badaniach klinicznych dotyczących neurorehabilitacji. W badaniu wykorzystano do tego celu urządzenie dotykowe „Touch™”, zapewniające uczestnikom bezpieczeństwo i komfort.

Potencjalne skutki uboczne taVNS są minimalne i ściśle monitorowane.