AI-Управляемая Закрытая Петля Мультиэлектродной Чрескожной Стимуляции Спинного Мозга: Регулировки в Реальном Времени для Улучшенного Восстановления Двигательных Функций при Травме Спинного Мозга (AIM RECOVER) (AIM RECOVER)

Повреждение спинного мозга (SCI) — это изнурительное состояние, которым страдают примерно 20,6 миллиона человек во всем мире, с ежегодной заболеваемостью 0,9 миллиона человек. В Сингапуре распространенность SCI увеличилась с 5–6 на 100 000 человек в 1990 году до 13–15 на 100 000 человек в 2019 году. SCI часто приводит к серьезным и долгосрочным неврологическим нарушениям, особенно в двигательной функции, что приводит к значительным ограничениям в повседневной деятельности (ADLs) и передвижении. Затраты, связанные с острым лечением, реабилитацией и долгосрочным уходом при SCI, являются значительными. Хотя традиционные стратегии реабилитации остаются важными, их эффективность в восстановлении утраченной двигательной функции ограничена, оставляя многих людей с постоянной инвалидностью.

Стимуляция спинного мозга (SCS) стала перспективной нейромодуляционной техникой для улучшения неврологического восстановления после SCI. SCS подает электрические импульсы для активации афферентных волокон, усиливая межнейронные связи, возбудимость мотонейронов и коммуникацию между спинальными сетями. SCS можно в целом классифицировать на эпидуральную SCS (eSCS) и чрескожную SCS (tSCS). Благодаря своей неинвазивной природе и терапевтическому потенциалу tSCS привлекла значительное внимание, и многочисленные исследования продемонстрировали ее эффективность в улучшении двигательной функции после SCI. Большинство современных протоколов tSCS для контроля двигательной активности нижних конечностей включают размещение одного или двух активных электродов над грудопоясничным отделом позвоночника (T10–L2) с фиксированными местами и параметрами стимуляции на протяжении каждого сеанса. Этот подход основан на гипотезе, что tSCS повышает общую возбудимость нейронной сети за счет увеличения сенсорного входа. Однако отсутствие специфической для мышц стимуляции может привести к нежелательному совместному сокращению мышц-антагонистов, затрудняя функциональное движение и снижая общую эффективность походки.

Новые данные указывают на то, что возбудимость спинного мозга динамически реагирует на вариации мест и параметров стимуляции. Показано, что пространственно-селективная eSCS с обработкой в реальном времени способна быстро восстановить произвольный двигательный контроль даже у людей с хроническим, двигательно-полным SCI. В исследованиях на животных интегрированные подходы, сочетающие эпидуральную стимуляцию спинного мозга с периферической мышечной стимуляцией, разработанной для имитации сенсорной обратной связи и прямых контуров мышечного сокращения, продемонстрировали синергетические эффекты, предоставив основу для разработки нейромодуляционных систем для улучшения двигательного восстановления после SCI. В исследованиях на людях другая исследовательская группа сообщила, что многоканальная tSCS с непрерывной стимуляцией для вовлечения сетей центрального генератора паттернов (CPG) в сочетании со спатиотемпоральной чередующейся стимуляцией, нацеленной на задние корешки, проецирующиеся на двигательные пулы сгибателей и разгибателей ног, может вызывать чередующуюся локомоторную активность. Примечательно, что этот подход позволил немедленно восстановить локомоторную функцию у людей с тяжелыми двигательными дефицитами нижних конечностей даже при клинически полном SCI.

На сегодняшний день относительная эффективность сочетания непрерывной стимуляции со спатиотемпоральной модуляцией по сравнению только с непрерывной стимуляцией еще не была систематически оценена у людей. Это исследование направлено на устранение этих пробелов путем разработки и оценки многоканальной tSCS системы с замкнутым контуром на базе ИИ, которая интегрирует непрерывную срединную стимуляцию с управляемой обратной связью спатиотемпоральной модуляцией в реальном времени. Система использует носимые кинематические датчики и поверхностную электромиографию (ЭМГ) для динамической корректировки времени и интенсивности стимуляции на основе текущих паттернов походки и мышечной активации. Согласовывая подачу стимуляции с физиологическими двигательными потребностями, предлагаемый подход стремится улучшить мышечную селективность, оптимизировать моторный набор нижних конечностей и улучшить показатели походки у людей с неполным SCI.

В случае успеха это исследование предоставит важные доказательства в поддержку адаптивных стратегий нейромодуляции на базе ИИ и заложит основу для tSCS систем следующего поколения, которые более эффективно вовлекают спинальные сенсомоторные цепи для содействия функциональному восстановлению после SCI.