Синхронизация приложения taVNS во время роботизированной сенсомоторной задачи (SMTaVNS2024)

Обзор:

В этом исследовании основное внимание уделяется потенциалу чрескожной стимуляции аурикулярного блуждающего нерва (taVNS) в моторной нейрореабилитации при таких состояниях, как болезнь Паркинсона, черепно-мозговая травма, повреждение спинного мозга и инсульт. taVNS, одобренный для лечения различных неврологических заболеваний и известный своей безопасностью, активирует нейромодуляторы, способствующие пластичности и моторному обучению. Однако оптимальные параметры стимуляции, особенно время во время движения, до конца не изучены.

Цели исследования:

Основная цель: оценить осуществимость и влияние различных протоколов синхронизации taVNS в роботизированной сенсомоторной задаче на сенсомоторное обучение и адаптацию. Гипотеза состоит в том, что изменение времени движения taVNS будет влиять как на субъективные, так и на объективные показатели осуществимости и сенсомоторную адаптацию.

Вторичные цели: сравнить кинематику движений и сопоставить воспринимаемые эффекты стимуляции с измеренными физиологическими результатами и показателями выполнения задач.

Методология:

Исследование будет проводиться в ETH Zurich со здоровыми субъектами с использованием роботизированной сенсомоторной задачи для оценки возможности taVNS с синхронизацией движения и ее влияния на обучение новым сенсомоторным навыкам.

Участникам будет назначено разное время стимуляции, при этом исследование будет оценивать двигательное обучение и стабильность производительности максимум в течение 6 сеансов или до достижения 70% успеха в двух последовательных сеансах.

Дизайн исследования является слепым, псевдорандомизированным, исследовательским и продольным, с использованием контроля, например отсутствия стимуляции и стимуляции в случайном порядке.

Детали вмешательства:

Перед каждым сеансом два электрода (например, Накладки TensCare) будут подключены к генератору импульсов и 1) размещены на раковинах уха и 2) на козелке уха, позволяя перемещаться ранее описанной двухфазной серии импульсов taVNS. Здесь двухфазные прямоугольные импульсы длительностью 250 мс отправляются с частотой 25 Гц в течение 0,5 с при максимальной силе тока 3 мА. Импульсы стимуляции контролируются по току, ограничиваются до 50 В и регулируются генератором импульсов, который ограничивает подаваемый ток аппаратно с помощью последовательных резисторов и диодов.

В начале сеанса участники будут использовать графический интерфейс Python для калибровки желаемой амплитуды taVNS, постепенно увеличивая ее от минимального 0,1 мА до максимально допустимой амплитуды ниже 3 мА с интервалами 0,1 мА. Уровень интенсивности будет установлен на уровне 90 % от максимально допустимой для человека амплитуды (типично ~ 1,5–2 мА и ограничен до 3 мА, что значительно ниже безопасного предела в 50 мА (согласно IEC 60601-2-10: 2012). Эта процедура занимает 1-2 мин. После калибровки начнется сеанс сенсомоторной задачи.

Сенсомоторная задача Сенсомоторная задача использует коммерческий тактильный эффектор (Touch, 3D-системы), изготовленную на заказ 3D-печатную ручку и среду виртуальной реальности, реализованную на Python и PsychoPy на ноутбуке с Microsoft Windows. Роботизированный манипуланд синхронизируется с круглым курсором диаметром 1 см в рабочей области виртуальной среды. Дополнительно используется подставка для рук (SaeboMas Mini) для поддержки руки против силы тяжести, чтобы уменьшить усталость и удерживать руку в правильном положении — локоть находится под углом 90 градусов перпендикулярно земле.

Цель сенсомоторной задачи — достичь цели размером 2,4 см на расстоянии 10 см от исходной позиции, оба визуально представлены в виртуальной среде. Чтобы успешно завершить испытание, участник должен достичь цели за время 0,5 с +/- 0,067 с. Раздастся звуковой сигнал длительностью 0,5 с, уведомляющий о целевой продолжительности движения. Во время этого движения положение курсора скрыто и не отображается на экране (в фазах возмущения и удержания), чтобы ускорить адаптацию двигателя с прямой связью, а не с визуально управляемой обратной связью, поскольку адаптация с прямой связью может быть нарушена у пациентов с инсультом. Результаты каждого испытания отображаются в виде трех различных вариантов: правильно, цель достигнута слишком быстро или цель не достигнута. Субъект будет уведомлен о результатах испытания, когда мишень станет зеленой, оранжевой или красной соответственно. После этого будет отображено место старта, куда участник сможет вернуться. Через 1–3 секунды в начальной точке будет начато новое испытание.

Участники проведут 75 базовых испытаний (без зрительно-моторного вращения), чтобы ознакомиться с роботизированным манипуландом и окружающей средой. Затем участники выполнят еще 150 попыток в заданном состоянии с виртуальным вращательным полем (зрительно-моторное вращение/возмущение), отображаемым на экране. Субъекты не будут проинформированы о природе сенсомоторных проблем, и им придется постепенно изучать корректирующее картирование, чтобы адаптироваться к возмущению. Никакие внешние силы не применяются, а тактильный концевой эффектор используется исключительно для измерения кинематики конечной точки ручки. Затем испытуемые выполняют 50 попыток тех же исходных испытаний (вымывание) и, наконец, еще 50 попыток вращающегося поля (удержание). Ожидается, что требуемое время составит 5-10 минут для настройки и объяснений и ~ 30 минут для сенсомоторной задачи. Данные каждого испытания будут сохранены, включая положение курсора, успех/неуспех и информацию о времени для последующего анализа. Дополнительные кинематические данные движения можно собирать с помощью датчиков IMU, которые носят на запястье. IMU записывает измерения ускорения и гироскопа и записывает данные в экспериментальный компьютер с частотой 120 Гц. Кроме того, будут сохранены все данные, относящиеся к стимуляции, включая время, измерения импеданса и все команды связи со стимулятором.

Значение исследования:

Результаты могут послужить основой для будущих клинических исследований в области нейрореабилитации. В исследовании для этой задачи используется тактильное устройство Touch™, обеспечивающее безопасность и комфорт участников.

Потенциальные побочные эффекты taVNS минимальны и тщательно контролируются.