研究人员创造了新的装置来测量用于治疗脓毒症和PTSD的神经活动
一个多校区研究小组开发了一种用于无创测量人类颈神经活动的新型设备。该设备在《科学报告》的一篇文章中进行了描述，具有潜在的应用，可用于支持针对败血症和心理健康状况(如创伤后应激障碍(PTSD))进行更个性化的治疗。
“通过这种新开发的设备，我们(第一次)确定了自主神经(战斗或逃跑与休息和消化)生物型的宫颈神经电图证据，这些生物型在自主或非自愿神经系统面临的不同挑战中非常一致，”该研究的资深人士说作者，加州大学圣地亚哥分校高通研究所、医学院和雅各布斯工程学院的 Imanuel Lerman，以及 VA 压力和心理健康卓越中心。
该设备具有一个灵活的电极阵列，从颈部的前下部延伸到颈部的后上部，使研究人员能够捕捉不同神经的电活动。其他功能包括用于实时可视化数据的集成用户界面，以及用于根据人们的神经系统对压力的反应进行分组的自定义算法。
一种更安全、侵入性更小的神经系统研究方法
过去，测量颈部神经活动的更可靠方法需要手术植入微电极。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯学院和斯坦福大学的 Lerman 和 Todd Coleman 着手通过采用 Coleman 与合著者 Jonas Kurniawan 共同开发的现有技术来创建一种风险较小且侵入性较小的方法来监测神经系统的这一部分，他现在是纽约大学的博士后研究员。斯坦福。新的、灵活的阵列可以佩戴一天，并且可以随着患者的头部和颈部运动轻松移动，从而实现更长时间、无痛的监测。
为了探索人类自主生物型，或非自愿神经系统对压力反应相似的患者群体，研究人员进行了一系列测试，要求研究参与者将手放在冰水中，然后进行定时呼吸运动。电极阵列记录了颈神经信号，被团队称为颈神经电图，以及冰水挑战前后和呼吸运动期间受试者的心率。
研究人员发现，研究参与者始终分为两个不同的生物型组：在两次测试中神经放电和心率增加的人，以及表现出相反趋势的人。该设备的独特算法还提供了识别特定神经簇对压力源的反应差异的机会，例如冰水挑战引起的疼痛和与定时呼吸挑战相关的身体症状，包括出汗和心率增加。
“结果令人兴奋。我们新开发的传感器阵列被发现能够记录自主神经系统的活动，”科尔曼说。“我们惊喜地发现，在压力测试挑战(即冷加压测试和深呼吸挑战)中观察到一致的自主反应。需要更多的工作来证明我们的传感器在更大人群中的能力。”
迈向个性化医疗的未来
尽管电极阵列无法识别响应冷水挑战的压力和疼痛而激发的确切神经，但研究人员希望它有朝一日将有助于诊断和治疗包括 PTSD 和败血症在内的疾病。例如，迷走神经会因身体受伤或感染而引发炎症，这种机制可能会被 PTSD 破坏。
Lerman 及其同事希望他们的新设备有朝一日可以通过监测迷走神经中的神经放电来帮助临床医生测量患者对 PTSD 治疗的反应，例如在正念冥想期间进行的深呼吸练习。Lerman 已经是众多使用迷走神经电刺激来测试刺激这些神经结构是否可以减轻 PTSD 患者的炎症和疼痛的研究人员之一。
在相关应用中，该阵列还可用于通过检测引起头晕或恶心的神经活动的耀斑来提高操作军用飞机的飞行员的安全性。
在医院环境中，该设备可以通过识别对身体压力反应强烈的人来帮助标记易患败血症等危及生命的疾病的患者。当身体的免疫系统对感染反应过度时，就会发生败血症，并在此过程中损害其自身的组织。死亡风险每小时增加 7%。有助于检测和标记有风险的住院患者的技术将为医生提供使用抗生素的早期通知，从而提高患者避免或幸免败血症的机会。
作为下一步，研究人员计划将该阵列与其他硬件集成，以形成可在实验室外部署的无线可穿戴传感器。研究人员现在正在推进一项院内败血症检测临床试验。
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