Функциональная спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS) для оценки нейронной активности во время вмешательства в ходьбу в виртуальной реальности (fNIRS)

Ежегодно около 2,9 миллиона американцев получают черепно-мозговые травмы (ЧМТ), которые приводят к обращениям в отделения неотложной помощи, госпитализации и смерти. Хотя существует множество стратегий лечения в первые недели и месяцы после ЧМТ, миллионы людей живут с остаточной инвалидностью. Эта остаточная хроническая инвалидность часто включает значительные нарушения функциональных способностей, таких как подвижность, наряду с неразрешенными нейрофизиологическими нарушениями. Поскольку улучшение мобильности напрямую связано с улучшением качества жизни и расширением участия в обществе, меры, направленные на улучшение мобильности при хронической ЧМТ, имеют важное значение.

Одним из возможных вмешательств, которое могло бы улучшить мобильность при хронической ЧМТ, является виртуальная реальность (VR). Системы VR — это компьютерные приложения, которые позволяют человеку просматривать и динамически взаимодействовать с моделируемой средой в режиме реального времени. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что VR может улучшить моторное обучение и, в конечном итоге, нейропластичность (способность реорганизовать синаптические связи в ответ на обучение), поскольку VR обеспечивает пользователям повышенную сенсорную стимуляцию, более захватывающую среду и обратную связь в реальном времени. VR используется для улучшения баланса и дефицита подвижности, связанного с множественными неврологическими заболеваниями, включая ЧМТ. Исследования нейровизуализации показали, что взаимодействие с виртуальной реальностью может активировать различные корковые сети, включая, среди прочего, зрительную кору, теменную кору и премоторную кору, что может повлиять на двигательные результаты. Крейг оценивает влияние использования виртуальной реальности при ЧМТ с 2012 года, когда они провели специальное исследование, оценивающее тренировку баланса VR в домашних условиях по сравнению с письменной программой домашних упражнений. Важно отметить, что оба вмешательства вызвали значительные улучшения клинических показателей баланса у лиц с хронической ЧМТ, но не обнаружили различий между группами.

В текущем гранте «Системы моделирования черепно-мозговых травм» (TBIMS) исследователь предположил, что сочетание тренировки на беговой дорожке (ТТ) и VR повысит возбудимость коры головного мозга, что одновременно усилит активацию нервно-мышечной системы. Впоследствии это вмешательство улучшит ходьбу, равновесие и когнитивные результаты, что оценивается с помощью клинических показателей «золотого стандарта». Однако необходимы дополнительные исследования для проверки этой гипотезы и устранения пробелов в знаниях, поскольку эффективность TT + VR не установлена, конкретные «ответчики» на вмешательства TT + VR не выявлены, а возможные механизмы, связанные с ответом, не установлены. учредил. В частности, исследования еще не оценили взаимосвязь между клиническими исходами и активацией коры.

Чтобы устранить эти пробелы, исследователи предлагают поступательный исследовательский подход. Трансляционные исследования объединяют фундаментальную и клиническую науку, чтобы лучше понять такие расстройства, как хроническая ЧМТ, и создать расширенные методы диагностики и лечения для ускорения процессов восстановления. Здесь исследователи предлагают объединить нейробиологический метод с клиническими вмешательствами у взрослых с хронической ЧМТ. В частности, они планируют использовать портативное устройство нейровизуализации, функциональную ближнюю инфракрасную спектроскопию (fNIRS), для измерения нейронной активности во время вмешательства TT + VR для поддержки будущих исследований и клинических инициатив в области VR.

fNIRS — это метод нейровизуализации, который использует ближний инфракрасный свет для оценки изменений в активности мозга с помощью косвенных показателей насыщенного кислородом (HbO) и дезоксигенированного гемоглобина (HbR). В частности, после нейронной активности кислород вытягивается из гемоглобина, что приводит к немедленному увеличению HbR. Затем снижение содержания кислорода вызывает увеличение локализованного мозгового кровотока (CBF) – механизм, называемый нейроваскулярной связью. По мере увеличения CBF можно обнаружить большую концентрацию HbO. И HbR, и HbO обладают оптическими свойствами, а это означает, что их концентрации можно измерить с помощью ближнего инфракрасного света. Таким образом, fNIRS может обнаруживать локализованную нейронную активность путем оценки HbR и HbO, а увеличение концентраций HbO отражает сайт-специфическое увеличение нейронной активности.

Таким образом, предлагаемое пилотное исследование предназначено для оценки возможности использования портативного fNIRS для измерения нейронной активности во время вмешательства TT + VR у взрослых с ЧМТ. Установление осуществимости позволит нам использовать fNIRS в будущих исследованиях, сравнивающих различные типы вмешательств. Эти результаты будут способствовать развитию исследований в области виртуальной реальности и улучшат научное понимание клинических и физиологических результатов после вмешательств с использованием виртуальной реальности, что в конечном итоге послужит основой для оказания клинической помощи.