Lågintensivt fokuserat ultraljud på individer med medvetandestörning av traumatisk hjärnskada

Traumatisk hjärnskada (TBI) är ett viktigt globalt hälsoproblem. Det uppskattas att cirka 70 miljoner individer kommer att drabbas av en traumatisk hjärnskada (TBI) varje år. Allvarliga TBIs för sjukhusvistelse eller dödsfall är minst 10 miljoner årligen.

Nyligen har framsteg inom neurokritisk vård lett till en ökning av antalet patienter med svår TBI som återhämtar kognitiv och fysisk funktion, för att så småningom återgå till ett självständigt liv. Vissa av patienter med svår TBI misslyckas dock med att helt återställa medvetandet. Detta tillstånd kallas medvetslöshet (DoC). De återhämtar sig från koma och bibehåller sömn-vaken cykel, men har försämrad medvetenhet om sig själva och sin miljö. Dessa tillstånd kallas oresponsivt vakenhetssyndrom eller minimalt medvetet tillstånd. Dessa tillstånd gör att patienter förlorar all autonomi och en tung känslomässig och ekonomisk börda på sina familjer. Förutom dessa förödande effekter är dessa tillstånd kända för att öka utbrändhet hos vårdgivare.

Tidigare ansågs patienter med posttraumatisk DoC vara "ingenting att göra". Men behandlingar som sensorisk stimulering, sjukgymnastik och medicinering har använts och studerats nyligen. Sensorisk stimulering bygger på idén att berikade stimuleringar gynnar neural plasticitet och återhämtning. De flesta studier av sensorisk stimulering har varit fallrapporter, med få randomiserade kontrollerade studier. Sjukgymnastik omfattar främst rörelseomfång, hållningsförändringar och så vidare. Nästan alla sjukhus erbjuder sjukgymnastik, men det finns fortfarande inte tillräckligt med bevis för att dra slutsatsen att det är effektivt för patienter med posttraumatisk DoC. Studier av farmakologiska behandlingar hos patienter med DoC är huvudsakligen relaterade till dopaminergika, eftersom dopaminergika kan stimulera det retikulära aktiverande systemet för att förbättra vakenhet och uppmärksamhet. Bland dem har amantadin visat sig vara en effektiv behandling genom en stor randomiserad kontrollerad klinisk prövning på patienter med posttraumatisk DoC. Men även om amantadin är effektivt för att påskynda återhämtningstakten, finns det en begränsning att effekten på långsiktiga resultat förblir okänd.

När en vetenskaplig förståelse för medvetandet växer, har många studier genomförts för att återställa medvetandet genom neuromodulationstekniker, såsom mediannervstimulering, dorsal kolonnstimulering, transkraniell likströmsstimulering (tDCS), repetitiv transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) och djup hjärna stimulering (DBS). Mediannervstimulering försökte rikta sensorisk stimulering till hjärnan. Det har dock visat sig vara ineffektivt i små randomiserade kontrollerade studier. Försök att stimulera ryggmärgens ryggpelare direkt har gjorts. Men eftersom det är invasivt förfarande har inga randomiserade kontrollerade studier utförts.

Under de senaste 10 åren, som en återställande behandling av medvetande efter TBI, har neurostimulering som tDCS, rTMS och DBS fått ökad uppmärksamhet. I en dubbelblind skenkontrollerad crossover-designstudie, Thibaut et al. har undersökt effekten av tDCS hos 55 DOC-patienter. Signifikanta beteendeförändringar observerades efter tDCS hos MCS-patienter, men efter 1 år bibehölls inte effekten. DBS har allmänt använts vid Parkinsons sjukdom, men det har även utförts hos patienter med DoC eftersom det direkt kan stimulera talamus. Förbättrat medvetandet efter att DBS har rapporterats, men bevisen är fortfarande inte tillräckliga och risken är för hög för att administreras till patienter med posttraumatisk DoC.

Lågintensiv fokuserat ultraljud (LIFU) har nyligen föreslagits som en teknik för att övervinna begränsningarna hos befintliga neurostimuleringstekniker. LIFU har en rumslig upplösning på endast 2-5 mm och ett penetrationsdjup på mer än 10-15 cm. Således kan den passera genom skallen för att stimulera den djupa hjärnvävnaden och kan även stimulera fint.

De senaste åren har vi fokuserat på studier av stimulering av nervvävnad med ett fokuserat ultraljudsstimuleringssystem. Det rapporterades att aktiverings- och hämningskontroll av det motoriska och visuella nervsystemet hos kaniner kan uppnås med ett fokuserat ultraljudsstimuleringssystem. Vi rapporterade också att thalamus hos sövda råttor stimulerades med ett fokuserat ultraljudsstimuleringssystem, vilket resulterade i en kortare återhämtningstid från anestesi. Det bildstyrda navigationssystemet med hjälp av MRI gjorde det möjligt att fokusera ultraljudsstimuleringen på hjärnans målpunkt med hög noggrannhet. Under 2018 utvecklades en bärbar FUS-huvudbonad för en råttmodell och effekten av långvariga förändringar av hjärnans funktion genom fokuserad ultraljudsstimulering rapporterades, vilket identifierade möjligheten till neuroplasticitet med LIFU.

2016, Monti et al. rapporterade ett kliniskt fall av medvetandetillfrisknande hos en trafikolyckspatient som legat i koma i cirka 20 dagar. Det centrala talamusområdet hos patienten stimulerades med LIFU i 5-10 minuter varje dag, vilket återställde medvetandet från den 3:e dagen och började gå på den 5:e dagen. Detta resultat stöds av förhållandet mellan central thalamus och medvetande. Dessutom liknar det fallet att central thalamusstimulering med DBS hos patienten som hade MCS i 6 år efter TBI modulerade beteenderesponser hos patienten.

Baserat på ovanstående resultat, är denna studies syfte att utvärdera den terapeutiska effekten av återhämtning från DoC och säkerheten av LIFU-stimulering vid talamusområdet hos patienter med posttraumatisk DoC.