فهم آثار تحفيز العصب المبهم عبر الأذن غير الغازية على تخطيط كهربية الدماغ و HRV
Summary
يوفر هذا البروتوكول معلومات حول كيفية تطبيق تحفيز العصب المبهم الأذني عبر الجلد (taVNS) في تجربة سريرية ، بما في ذلك المؤشرات الحيوية المحتملة مثل مقاييس EEG وتقلب معدل ضربات القلب (HRV) لقياس تأثير هذا العلاج على الجهاز العصبي اللاإرادي.
Abstract
أظهرت العديد من الدراسات نتائج واعدة لتحفيز العصب المبهم الأذني عبر الجلد (taVNS) في علاج الاضطرابات المختلفة. ومع ذلك ، لم تحقق أي دراسات ميكانيكية في تأثيرات الشبكة العصبية والجهاز العصبي اللاإرادي لهذه التقنية. تهدف هذه الدراسة إلى وصف كيفية تأثير taVNS على مقاييس EEG و HRV ومستويات الألم. تم توزيع الأشخاص الأصحاء بشكل عشوائي إلى مجموعتين: مجموعة taVNS النشطة ومجموعة taVNS الوهمية. تم تسجيل تخطيط كهربية الدماغ (EEG) وتقلب معدل ضربات القلب (HRV) عند خط الأساس ، 30 دقيقة ، وبعد 60 دقيقة من 30 هرتز ، 200-250 ميكرو ثانية taVNS ، أو التحفيز الوهمي ، وتم حساب الاختلافات بين المقاييس. فيما يتعلق بالإسقاطات المبهمية ، أظهرت بعض الدراسات دور العصب المبهم في تعديل نشاط الدماغ والنظام اللاإرادي ومسارات الألم. ومع ذلك ، لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لفهم آليات taVNS على هذه الأنظمة. في هذا السياق ، تقدم هذه الدراسة طرقا لتوفير بيانات لمناقشة أعمق حول الآثار الفسيولوجية لهذه التقنية ، والتي يمكن أن تساعد التحقيقات العلاجية المستقبلية في مختلف الحالات.
Introduction
تحفيز العصب المبهم عبر الأذن (taVNS) هو تقنية تعديل عصبي حديثة لا تتطلب جراحة وتستخدم جهاز تحفيز غير جراحي يوضع في محارة الأذن أو الزنمة. وبالتالي ، يمكن الوصول إليها بشكل أكثر أمانا للمرضى1. في السنوات الأخيرة ، توسع مجال taVNS بسرعة ، مع التركيز بشكل أساسي على التجارب السريرية التي توضح المزايا العلاجية المحتملة لمختلف الحالات المرضية ، بما في ذلك الصرع والاكتئاب وطنين الأذن ومرض باركنسون وضعف تحمل الجلوكوز والفصام والرجفان الأذيني2. هناك الكثير لمناقشته حول taVNS وتأثيراته على العمليات البيولوجية في الأنظمة المركزية والمحيطية. من الناحية المثالية ، قد تثبت العلامة البيولوجية أن الفرع الأذني للورم المبهم قد تم تحفيزه ، مما يؤثر على الهياكل داخل الجمجمة ويسمح للباحثين بتحليل كيفية تأثير taVNS على الوظيفة الفسيولوجية. ومع ذلك ، بدون علامة حيوية جديرة بالثقة ، ليس من السهل فهم ما تعنيه بيانات taVNS وكيفية تفسيرها بشكل فعال.
تخطيط كهربية الدماغ (EEG) هو أداة تصوير مشجعة لتوفير المؤشرات الحيوية ل taVNS. إنه نهج غير جراحي وموثوق وغير مكلف لقياس وقياس النشاط القشري 3,4. بعد هذه العملية ، أجرت مجموعتنا مراجعة منهجية ، موضحة التفاصيل الأولية التي يمكن أن تؤثر على taVNS على النشاط القشري ، وخاصة زيادة نشاط طيف طاقة EEG في الترددات المنخفضة (دلتا وثيتا). ومع ذلك ، تم الكشف أيضا عن نتائج متنوعة في الترددات العالية (ألفا) والتغيرات في مكونات تخطيط موارد المؤسسات المبكرة المتعلقة بالمهام المثبطة. تم العثور على عدم تجانس كبير بين الدراسات. لذلك ، تعد الدراسات الأكثر تجانسا والأكثر أهمية والتخطيط الجيد ضرورية لتقديم استنتاجات أكثر قوة حول تأثيرات taVNS على نشاط الدماغ الذي تم قياسه بواسطة EEG3. يمكن أن يؤدي تقييم EEG أثناء taVNS إلى تقدم الأبحاث المستقبلية حول دمج التقنيتين لأداة تحفيز متنقلة ومغلقة الحلقة والمراقبة وغير الغازية للتأثير على نشاط تذبذب الدماغ4.
عدم تناسق ألفا ، الذي يقيم نشاط نطاق ألفا النسبي بين نصفي الكرة المخية ، خاصة عند الأقطاب الأمامية ، هو علامة حيوية EEG يتم بحثها بشكل متكرر. استخدمت الأدبيات السابقة هذه العلامة الحيوية لتحليل فرضية النهجوالانسحاب 5,6 ، والتي تنص على أن الجانب الأمامي الأيمن من الدماغ مرتبط بسلوكيات الانسحاب. في المقابل ، يرتبط الجانب الأمامي الأيسر بسلوكيات النهج. نظرا لأن ألفا يرتبط بانخفاض نشاط الدماغ ، فإن الزيادة في ألفا على الجانب الأيسر من الدماغ تشير إلى انخفاض النشاط وقد تظهر نقصا في سلوك النهج. يساعد هذا المفهوم في تفسير بعض النتائج في شريط ألفا في نصف الكرة الأيسر في مرضى الاكتئاب7. بالإضافة إلى ذلك ، تسجل أقطاب EEG نشاط المجموعات العصبية ، وتفحص الاتصال الوظيفي (FC) أو التغيرات في شبكات الدماغ واسعة النطاق ، مثل شبكة الوضع الافتراضي (DMN) 7,8.
بناء على ذلك ، يمكن استخدام تخطيط كهربية الدماغ الكمي لتقييم آثار taVNS على نشاط الدماغ. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لإثبات المقاييس والتأثيرات المحددة بشكل منهجي والتي من شأنها تسليط الضوء على التحفيز غير الجراحي من خلال الفرع الأذني للعصب المبهم.
محيطيا ، يتوسط العصب المبهم والجهاز العصبي الودي وظيفة القلب الانقباضيةوالكهربائية 9. يعزز هذا التنظيم قدرة جهاز تنظيم ضربات القلب ويتحكم فيه من خلال المظاهر الفسيولوجية للجسم ، والمعروفة باسم إزالة استقطاب الجيوب الأنفية. يسجل تقلب معدل ضربات القلب (HRV) التغيرات لكل نبضة من إزالة استقطاب الجيوب الأنفية ، وبالتالي يصف التأثيرات المبهمية على العقدة الجيبية10 بشكل غير جراحي. بالنظر إلى هذه الوظيفة ، تم النظر إلى HRV ودراسته كعلامة حيوية بارزة لوظيفة القلب العصبي المرتبطة برفاهية الفرد واحتمال الإصابة بالأمراض والوفيات والإجهاد11,12.
في سياق taVNS ، تم تسجيل HRV في العديد من التجارب ، ويعتقد أن التحفيز يعدل HRV9،11،12. بالنظر إلى أن انخفاض HRV قد ارتبط باعتلال ووفيات الأمراض المختلفة من خلال آليات مثل الإفراط في نشاط الجهاز العصبي الودي ، والاستجابة الالتهابية ، والإجهاد التأكسدي ، يعتقد أن تعديل العصب المبهم ل taVNS يؤثر بشكل مباشر على HRV وتنظيم الجيوب الأنفية13,14. في الواقع ، أشارت بعض التجارب بالفعل إلى أن taVNS يمكن أن يزيد من HRV في الأشخاص الأصحاء ، وبالتالي دعم هذه الفرضية15,16. ومع ذلك ، لا تزال هناك حاجة لفهم ما إذا كانت معلمات taVNS المختلفة يمكن أن تؤثر على HRV بشكل مختلف.
حاليا ، لم تحقق أي دراسات ميكانيكية في تأثيرات الشبكة العصبية taVNS والجهاز العصبي اللاإرادي لهذه التقنية معا. لذلك ، يهدف هذا البروتوكول إلى تقييم كيفية تأثير taVNS على مقاييس EEG و HRV وتقييم سلامتها. بالإضافة إلى ذلك ، يهدف هذا أيضا إلى تحديد المتنبئين الذين يمكن أن يؤثروا على الاستجابة ل taVNS. يمكن أن يساعد فهم المتغيرات المرتبطة بالاستجابة ل taVNS في تصميم التجارب السريرية المستقبلية لتعظيم آثار هذا التدخل.
Protocol
Representative Results
Discussion
يبرز تحفيز العصب المبهم عبر الأذن (taVNS) كوسيلة علاجية واعدة لمعالجة العديد من الحالات العصبية والنفسية. تشكل اضطرابات المزاج ، مثل الاكتئاب والقلق ، عبئا صحيا عالميا كبيرا ، خاصة بعد جائحةCOVID-19 19. أظهرت الدراسات الحديثة التي تستكشف taVNS القدرة على تخفيف الأعراض المرتبطة بهذه ال?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلف ممتن لفريق البحث (ماريا فرناندا أندرادي ، أليسون كيم ، روبن هيملز).
Materials
| Articulated arm | Electrical Geodesics, Inc. | 20090645 | |
| Baby shampoo | Dynarex | 1396 | |
| Charge Cable | NEURIVE Co. | HV12303003 | |
| Computer | Apple | YM92704U4PC | |
| Condutive eartip | NEURIVE Co. | HV12303003 | |
| Earset | NEURIVE Co. | HV12303003 | |
| EEG 64-channel cap | Electrical Geodesics, Inc. | H11333 | |
| Heart rate sensor | Polar | M311370175396 | |
| Monitor | Dell | REVA01 | |
| Net Amps 300 | Electrical Geodesics, Inc. | A09370244 | |
| Peltier thermode | Advanced Medical Systems, Ramat Yishai, Isreal | ||
| Potassium Chloride (dry) | Electrical Geodesics, Inc. | 820127755 | |
| Rally | Mass General Brigham Research | online platform | |
| Research Electronic Data Capture (REDCap) | Vanderbilt | web-based software platform | |
| Thermosensory Stimulator | Medoc Ltd | 1241 | |
| Transauricular vagus nerve stimulator | NEURIVE Co. | HV12303003 |
Riferimenti
- Ben-Menachem, E., Revesz, D., Simon, B. J., Silberstein, S. Surgically implanted and non-invasive vagus nerve stimulation: a review of efficacy, safety and tolerability. Eur J Neurol. 22 (9), 1260-1268 (2015).
- Johnson, R. L., Wilson, C. G. A review of vagus nerve stimulation as a therapeutic intervention. J Inflamm Res. 11, 203-213 (2018).
- Gianlorenco, A. C. L., et al. Electroencephalographic patterns in taVNS: A systematic review. Biomedicines. 10 (9), 2208 (2022).
- Ruhnau, P., Zaehle, T. Transcranial Auricular Vagus Nerve Stimulation (taVNS) and Ear-EEG: Potential for closed-loop portable non-invasive brain stimulation. Front Hum Neurosci. 15, 699473 (2021).
- Coan, J. A., Allen, J. J. Frontal EEG asymmetry as a moderator and mediator of emotion. Biol Psychol. 67 (1-2), 7-49 (2004).
- Davidson, R. J. Cerebral asymmetry, emotion, and affective style. Brain Asymmetry. , 361-387 (1995).
- de Aguiar Neto, F. S., Rosa, J. L. G. Depression biomarkers using non-invasive EEG: A review. Neurosci Biobehav Rev. 105, 83-93 (2019).
- Rao, R. P. N. . Brain-Computer Interfacing: An Introduction. , (2013).
- Machetanz, K., Berelidze, L., Guggenberger, R., Gharabaghi, A. brain-heart interaction during Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation. Front Neurosci. 15, 632697 (2021).
- Spyer, K. M. Annual review prize lecture. Central nervous mechanisms contributing to cardiovascular control. J Physiol. 474 (1), 1-19 (1994).
- Jarczok, M. N., et al. Investigating the associations of self-rated health: heart rate variability is more strongly associated than inflammatory and other frequently used biomarkers in a cross sectional occupational sample. PLoS One. 10 (2), 0117196 (2015).
- Shaffer, F., Ginsberg, J. P. An overview of heart rate variability metrics and norms. Front Public Health. 5, 258 (2017).
- Haensel, A., Mills, P. J., Nelesen, R. A., Ziegler, M. G., Dimsdale, J. E. The relationship between heart rate variability and inflammatory markers in cardiovascular diseases. PNEC. 33 (10), 1305-1312 (2008).
- Wolf, V., Kühnel, A., Teckentrup, V., Koenig, J., Kroemer, N. B. Does transcutaneous auricular vagus nerve stimulation affect vagally mediated heart rate variability? A living and interactive Bayesian meta-analysis. Psychophysiol. 58 (11), e13933 (2021).
- Geng, D., Liu, X., Wang, Y., Wang, J. The effect of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation on HRV in healthy young people. PLoS One. 17 (2), 0263833 (2022).
- Garrido, M. V., Prada, M. KDEF-PT: Valence, emotional intensity, familiarity and attractiveness ratings of angry, neutral, and happy faces. Front Psychol. 8, 2181 (2017).
- Granot, M., et al. Determinants of endogenous analgesia magnitude in a diffuse noxious inhibitory control (DNIC) paradigm: do conditioning stimulus painfulness, gender and personality variables matter. Pain. 136 (1-2), 142-149 (2008).
- Nirl, R. R., et al. A psychophysical study of endogenous analgesia: the role of the conditioning pain in the induction and magnitude of conditioned pain modulation. EJP. 15 (5), 491-497 (2011).
- Santomauro, D. F., et al. Global prevalence and burden of depressive and anxiety disorders in 204 countries and territories in 2020 due to the COVID-19 pandemic. Lancet. 398 (10312), 1700-1712 (2021).
- Tan, C., Yan, Q., Ma, Y., Fang, J., Yang, Y. Recognizing the role of the vagus nerve in depression from microbiota-gut brain axis. Front. Neurol. 13, 1015175 (2022).
- Kim, A. Y., et al. Safety of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS): A systematic review and meta-analysis. Sci. Rep. 12 (1), 22055 (2022).
- Martins, D. F., et al. The role of the vagus nerve in fibromyalgia syndrome. Neurosci. Biobehav. Rev. 131, 1136-1149 (2021).
- Frøkjaer, J. B., et al. Modulation of vagal tone enhances gastroduodenal motility and reduces somatic pain sensitivity. J Neurogastroenterol Motil. 28 (4), 592-598 (2016).
