Funktionell nära-infraröd spektroskopi (fNIRS) Bedömning av neural aktivitet under Virtual Reality Walking Intervention (fNIRS)

Varje år får uppskattningsvis 2,9 miljoner amerikaner traumatiska hjärnskador (TBI) som resulterar i akutmottagningsbesök, sjukhusvistelser och dödsfall. Även om det finns många behandlingsstrategier under de första veckorna och månaderna efter TBI, lever miljontals individer med kvarvarande funktionshinder. Denna kvarstående, kroniska funktionsnedsättning inkluderar ofta betydande försämringar av funktionella förmågor, som rörlighet, tillsammans med olösta neurofysiologiska brister. Eftersom bättre rörlighet är direkt kopplat till förbättrad livskvalitet och ökat samhällsdeltagande är insatser utformade för att förbättra rörligheten vid kronisk TBI väsentliga.

En kandidatintervention som kan förbättra rörligheten vid kronisk TBI är virtuell verklighet (VR). VR-system är datorbaserade applikationer som låter en individ se och dynamiskt interagera med en simulerad miljö i realtid. Bevis tyder på att VR kan förbättra motorisk inlärning och i slutändan neuroplasticitet (förmågan att omorganisera synaptiska kopplingar som svar på inlärning), eftersom VR ger användare ökad sensorisk stimulering, en mer uppslukande miljö och realtidsfeedback. VR har använts för att förbättra balans- och rörlighetsbrister associerade med flera neurologiska tillstånd, inklusive TBI. Neuroimaging-studier har funnit att VR-engagemang kan aktivera olika kortikala nätverk, inklusive visuell cortex, parietal cortex och premotor cortex, bland annat, vilket kan påverka motoriska resultat. Craig har utvärderat effekten av VR-användning i TBI sedan 2012 då de genomförde en platsspecifik studie som utvärderade VR-balansträning i hemmet i jämförelse med ett skriftligt träningsprogram för hemmet. Viktigt, det visade sig att båda interventionerna framkallade signifikanta förbättringar i kliniska mätningar av balans hos individer med kronisk TBI, men fann inte skillnader mellan grupper.

I det nuvarande anslaget för Traumatic Brain Injury Model Systems (TBIMS) antog utredaren att en kombination av löpbandsträning (TT) och VR skulle öka kortikal excitabilitet, vilket samtidigt skulle öka aktiveringen av det neuromuskulära systemet. Därefter skulle denna intervention förbättra gång, balans och kognitiva resultat - som utvärderats med kliniska mätningar av guldstandard. Mer forskning behövs dock för att testa denna hypotes och ta itu med kunskapsluckor, eftersom effektiviteten för TT + VR inte har fastställts, specifika "svarare" på TT + VR-interventioner inte har identifierats och de rimliga mekanismerna förknippade med respons inte har identifierats. Etablerade. Specifikt har studier ännu inte utvärderat sambandet mellan kliniska resultat och kortikal aktivering.

För att komma till rätta med dessa luckor, föreslår utredarna en translationell forskningsansats. Translationell forskning integrerar grundläggande och klinisk vetenskap för att bättre förstå sjukdomar som kronisk TBI och för att skapa förbättrad diagnostik och behandlingar för att påskynda återhämtningsprocesser. Här föreslår utredarna att para ihop en neurovetenskaplig metod med kliniska interventioner hos vuxna med kronisk TBI. Specifikt planerar de att använda bärbar en neuroavbildningsenhet, funktionell nära-infraröd spektroskopi (fNIRS), för att mäta neural aktivitet under en TT + VR-intervention för att stödja framtida forskning och kliniska initiativ inom VR.

fNIRS är en neuroavbildningsteknik som använder nära-infrarött ljus för att utvärdera förändringar i hjärnans aktivitet via proxymått för syresatt (HbO) och syrefattigt hemoglobin (HbR). Närmare bestämt, efter neural aktivitet, dras syre från hemoglobin vilket resulterar i en omedelbar ökning av HbR. Därefter framkallar syrereduktionen en ökning av lokaliserat cerebralt blodflöde (CBF) - en mekanism som kallas neurovaskulär koppling. När CBF ökar kan en högre koncentration av HbO detekteras. Både HbR och HbO har optiska egenskaper, vilket innebär att deras koncentrationer kan mätas med nära-infrarött ljus. Således kan fNIRS detektera lokaliserad neural aktivitet genom att utvärdera HbR och HbO, och ökningar i HbO-koncentrationer återspeglar platsspecifika ökningar i neural aktivitet.

Sammanfattningsvis är denna föreslagna pilotstudie utformad för att bedöma möjligheten att använda bärbar fNIRS för att mäta neural aktivitet under en TT + VR-intervention hos vuxna med TBI. Genom att etablera genomförbarhet kommer vi att kunna använda fNIRS i framtida studier som jämför olika interventionstyper. Dessa resultat kommer att främja VR-forskning och förbättra den vetenskapliga förståelsen av kliniska och fysiologiska resultat efter VR-interventioner, vilket i slutändan informerar den kliniska vården.