Nuevo dispositivo permite la medición no invasiva de la actividad del nervio cervical

A El equipo de investigación de varios campus ha desarrollado un dispositivo novedoso para medir de forma no invasiva la actividad del nervio cervical en humanos. El dispositivo, descrito en un artículo en Informes científicostiene aplicaciones potenciales para apoyar tratamientos más personalizados para la sepsis y las condiciones de salud mental, como el trastorno de estrés postraumático (TEPT).


“Con este dispositivo recientemente desarrollado, identificamos (por primera vez) evidencia electroneurográfica cervical de biotipos autonómicos (lucha o huida versus descanso y digestión) que fueron notablemente consistentes en diferentes desafíos al sistema nervioso autónomo o involuntario”, dijo el autor principal del estudio. Imanuel Lerman del Instituto Qualcomm, la Escuela de Medicina y la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, así como el Centro de Excelencia para el Estrés y la Salud Mental de VA.

El dispositivo cuenta con una matriz flexible de electrodos que se extienden desde la parte inferior delantera hasta la parte superior trasera del cuello, lo que permite a los investigadores capturar la actividad eléctrica a través de diferentes nervios. Otras características incluyen una interfaz de usuario integrada para visualizar datos en tiempo real y un algoritmo personalizado para agrupar a las personas según la respuesta de su sistema nervioso al estrés.

Una forma más segura y menos invasiva de estudiar el sistema nervioso

En el pasado, las formas más confiables de medir la actividad nerviosa en el cuello requerían microelectrodos implantados quirúrgicamente.

Lerman y Todd Coleman de la Escuela Jacobs de UC San Diego y la Universidad de Stanford se propusieron crear un medio menos riesgoso e invasivo de monitorear esta parte del sistema nervioso al adaptar la tecnología existente que Coleman había desarrollado con el coautor Jonas Kurniawan, ahora investigador postdoctoral en Stanford. La nueva matriz flexible se puede usar hasta un día y se mueve fácilmente con los movimientos de la cabeza y el cuello del paciente para un control más prolongado e indoloro.

Para explorar los biotipos autónomos humanos, o grupos de pacientes cuyos sistemas nerviosos involuntarios respondían de manera similar al estrés, los investigadores realizaron una serie de pruebas que pedían a los participantes del estudio que colocaran y sostuvieran la mano en agua helada, seguido de un ejercicio de respiración cronometrado. El conjunto de electrodos registró la señalización del nervio cervical, denominada electroneurografía cervical por el equipo, y la frecuencia cardíaca en los sujetos antes y después del desafío con agua helada y durante el ejercicio de respiración.

Los investigadores encontraron que los participantes del estudio se dividieron consistentemente en dos grupos de biotipo distintos: aquellos cuya activación neuronal y frecuencia cardíaca aumentaron durante ambas pruebas, y aquellos que exhibieron la tendencia opuesta. El algoritmo único del dispositivo también ofrece la oportunidad de identificar diferencias en la respuesta de grupos de nervios específicos a factores estresantes como el dolor inducido por el desafío del agua helada y los síntomas físicos, que incluyen sudoración y aumentos en la frecuencia cardíaca, asociados con el desafío de respiración cronometrada.

“Los resultados son emocionantes. Se encontró que nuestra matriz de sensores recientemente desarrollada es capaz de registrar la actividad del sistema nervioso autónomo”, dijo Coleman. “Nos sorprendió gratamente observar una respuesta autonómica constante en los desafíos de la prueba de estrés, es decir, la prueba del frío y el desafío de la respiración profunda. Se necesita más trabajo para demostrar nuestras capacidades de sensor en poblaciones más grandes”.

Hacia un futuro de la medicina personalizada

Aunque el conjunto de electrodos no puede identificar los nervios exactos que se disparan en respuesta al estrés y el dolor del desafío del agua fría, los investigadores esperan que algún día ayude a diagnosticar y tratar afecciones que incluyen TEPT y sepsis.

El nervio vago, por ejemplo, controla la inflamación en respuesta a lesiones o infecciones en el cuerpo, un mecanismo que puede verse afectado por el TEPT. Lerman y sus colegas esperan que su nuevo dispositivo algún día pueda ayudar a los médicos a medir la respuesta de los pacientes a la terapia para el PTSD, como los ejercicios de respiración profunda empleados durante la meditación de atención plena, al monitorear el disparo neuronal en el nervio vago. Lerman ya es uno de varios investigadores que utilizan estimulación eléctrica del nervio vago para probar si la estimulación de estas estructuras neurales puede disminuir la inflamación y el dolor en personas con PTSD.

En una aplicación relacionada, la matriz también se puede usar para promover la seguridad en los pilotos que operan aeronaves militares mediante la detección de erupciones en la actividad nerviosa que provocan mareos o náuseas.

Dentro de los entornos hospitalarios, el dispositivo podría ayudar a identificar a los pacientes susceptibles a condiciones potencialmente mortales como la sepsis al identificar a las personas que reaccionan fuertemente al estrés físico. La sepsis ocurre cuando el sistema inmunológico del cuerpo reacciona de forma exagerada a una infección, dañando sus propios tejidos en el proceso. El riesgo de mortalidad aumenta un siete por ciento cada hora. La tecnología que ayuda en la detección y el marcado de pacientes hospitalizados en riesgo proporcionaría a los médicos un aviso temprano para administrar antibióticos, mejorando así las posibilidades de que un paciente evite o sobreviva a la sepsis.

Como siguiente paso, los investigadores planean integrar la matriz con hardware adicional para un sensor portátil inalámbrico que se puede implementar fuera del laboratorio. Los investigadores ahora están avanzando con un ensayo clínico de detección de sepsis en el hospital.

Referencia: Bu Y, Kurniawan JF, Prince J, et al. Una matriz de electrodos de superficie adhesiva flexible capaz de electroneurografía cervical durante un desafío de estrés autonómico secuencial. Representante científico. 2022;12(1):19467. hacer: 10.1038/s41598-022-21817-w

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