DOI: https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1346634
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38525376
تاريخ النشر: 2024-03-08
المؤلف: Meng-Huan Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث تحفيز العصب الحائر
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة فعالية تحفيز العصب المبهم الأذني عبر الجلد (taVNS) بالاقتران مع التدريب الموجه نحو المهام (TOT) في إعادة تأهيل الأطراف العلوية لدى مرضى السكتة الدماغية تحت الحادة. تم إجراء الدراسة كاختبار تجريبي مزدوج التعمية، عشوائي، ومراقب مع 40 مشاركًا، وهدفت إلى توضيح آليات التعافي الحركي. تم تقسيم المشاركين إلى مجموعة VNS (VG)، التي تلقت taVNS خلال TOT، ومجموعة Sham (SG)، التي تلقت تحفيزًا وهميًا. استمرت التدخلات 5 أيام في الأسبوع لمدة 4 أسابيع، مع تقييمات لوظيفة الأطراف العلوية باستخدام تقييم فوجل-ماير للأطراف العلوية (FMA-UE) واختبار الذراع للبحث عن الحركة (ARAT)، بالإضافة إلى أنشطة الحياة اليومية التي تم قياسها بواسطة مؤشر بارتيل المعدل (MBI).
أشارت النتائج إلى أن VG أظهرت تحسينات ملحوظة في وظيفة الأطراف العلوية وأنشطة الحياة اليومية مقارنةً بـ SG. ومن الجدير بالذكر أن VG أظهرت زيادة في معدلات الاستجابة الكهربائية الحركية المستحثة (MEPs) وانخفاض في زمن الاستجابة لـ MEPs في الجانب المقابل، مما يشير إلى زيادة في الاستثارة القشرية. كما كشفت تقنية قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) عن زيادة في النشاط في القشرة الجبهية المقابلة والقشرة الحسية الحركية في VG. ومع ذلك، لم تُلاحظ اختلافات كبيرة في تباين معدل ضربات القلب (HRV) بين المجموعتين. تشير النتائج إلى أن الجمع بين taVNS وTOT يعزز بشكل فعال الوظيفة الحركية في الشلل النصفي بعد السكتة الدماغية، على الأرجح من خلال تعديل الاستثارة القشرية، مما يسهل إعادة تشكيل الوظيفة الحركية.
مقدمة
تستعرض المقدمة التأثير الكبير للحوادث الوعائية الدماغية (CVAs)، أو السكتات الدماغية، التي تُعتبر السبب الرئيسي للوفيات بين البالغين الصينيين والثاني عالميًا. يعاني نسبة كبيرة من الناجين من السكتة الدماغية (55-75%) من خلل حركي مستمر في الأطراف العلوية خلال 3-6 أشهر بعد السكتة، مما يؤثر سلبًا على حركتهم وجودة حياتهم. ظهر التدريب الموجه نحو المهام (TOT) كاستراتيجية فعالة لإعادة التأهيل، تعزز الوظيفة الحركية من خلال ممارسة منظمة للأنشطة اليومية. أظهرت التطورات الأخيرة في تحفيز الحركة، خاصة من خلال تقنيات تحفيز الدماغ غير الغازية مثل التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) والتحفيز المباشر عبر الجمجمة (tDCS)، وعدًا في تعزيز التعافي الحركي.
تناقش المقدمة أيضًا تحفيز العصب المبهم (VNS) كنهج جديد لتحفيز الدماغ، مع تسليط الضوء على إمكانيته في تنظيم الجهاز العصبي الذاتي وتعزيز المرونة العصبية. بينما أظهر VNS المزروع (iVNS) فعالية في التجارب السريرية، فإن تدخله ينطوي على مخاطر. بالمقابل، يوفر تحفيز العصب المبهم الأذني عبر الجلد (taVNS) بديلاً أكثر أمانًا، حيث تشير الدراسات إلى فعاليته عند دمجه مع التدريب على إعادة التأهيل. على الرغم من هذه التقدمات، لا تزال الآليات الكامنة وراء فوائد taVNS في استعادة الأطراف العلوية غير واضحة. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في الآثار الفورية وطويلة الأمد لـ taVNS بالاقتران مع TOT على استعادة وظيفة الأطراف العلوية لدى مرضى السكتة الدماغية تحت الحادة، باستخدام قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) وTMS ذو النبضة الواحدة لاستكشاف الآليات الأساسية.
الطرق
تستعرض قسم “المواد والطرق” التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة في الدراسة. توضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. كما يصف قسم الطرق البروتوكولات المتبعة، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها، وأحجام العينات، والضوابط المنفذة للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي تقنيات محددة تم تطبيقها، مثل الكروماتوغرافيا أو الطيفية. من خلال تقديم نظرة شاملة على المنهجيات، يهدف هذا القسم إلى تسهيل فهم الإطار التجريبي ودعم موثوقية النتائج التي تم الحصول عليها في الدراسة.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تجنيد ما مجموعه 43 مريضًا، تم تخصيص 21 منهم إلى VG (المجموعة البصرية) و21 إلى SG (المجموعة القياسية). يتم توضيح تدفق المشاركين في الشكل 1. خلال فترة الدراسة، انسحب مشاركان – واحد من كل مجموعة – لأسباب شخصية. علاوة على ذلك، أدت تحليل البيانات باستخدام قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) إلى استبعاد ثمانية مشاركين من VG وتسعة من SG، مع توضيح الأسباب المحددة لهذه الاستبعادات في الشكل 1.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الدراسة الضوء على فعالية تحفيز العصب المبهم الأذني عبر الجلد (taVNS) في تعزيز الوظيفة الحركية للأطراف العلوية لدى مرضى السكتة الدماغية الذين يعانون من خلل حركي في الأطراف العلوية. شملت الدراسة تجربة عشوائية مزدوجة التعمية ومراقبة وهمية مع مشاركين استوفوا معايير إدراج محددة، بما في ذلك السكتة الدماغية الأحادية الجانب فوق التاجية لأول مرة والضعف الكبير في الأطراف العلوية. أشارت النتائج إلى أن المرضى الذين تلقوا taVNS خلال التدريب الموجه نحو المهام (TOT) أظهروا تحسينات أكبر في وظيفة الأطراف العلوية، كما تم قياسه بواسطة تقييم فوجل-ماير للأطراف العلوية (FMA-UE)، واختبار الذراع للبحث عن الحركة (ARAT)، ومؤشر بارتيل المعدل (MBI)، مقارنةً بالمجموعة الوهمية. ومن الجدير بالذكر أن التحسينات في مجموعة taVNS تجاوزت الحد الأدنى من الفرق السريري المهم لـ FMA-UE، مما يشير إلى فوائد سريرية هامة.
بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) وتقييمات تباين معدل ضربات القلب (HRV) لاستكشاف الآليات العصبية الأساسية لـ taVNS. أظهرت نتائج fNIRS زيادة في النشاط القشري في القشرة الحسية الحركية في الجانب المصاب خلال مهام القبض، مما يشير إلى زيادة في الانخراط العصبي المرتبط بـ taVNS. كشفت تحليل HRV عن تغييرات كبيرة في معدل ضربات القلب ونبرة العصب المبهم، مما يدعم الفكرة القائلة بأن taVNS يعدل بشكل فعال شبكة العصب المبهم. علاوة على ذلك، لاحظت الدراسة زيادة في معدل استجابة الحوافز الكهربائية الحركية (MEPs) في نصف الكرة المخية المصاب بعد العلاج، مما يشير إلى تحسين الاستثارة القشرية. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانية استخدام taVNS كعلاج مساعد لاستراتيجيات إعادة التأهيل لمرضى السكتة الدماغية، مما يعزز التغيرات العصبية والشفاء الوظيفي.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود تستدعي الانتباه في الأبحاث المستقبلية. أولاً، قد تؤثر حجم العينة الصغيرة ومعدل الانسحاب العالي خلال فحص قياس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء الوظيفية (fNIRS) على القوة الإحصائية للنتائج، مما يزيد من احتمال حدوث خطأ من النوع الأول. لتعزيز موثوقية النتائج، من الضروري وجود حجم عينة أكبر للتحقق. ثانيًا، تثير الحدوث المحدود للأحداث الإيجابية، وبشكل خاص الحوافز الكهربائية الحركية المستحثة (MEPs)، مخاوف بشأن أهمية وعمومية النتائج، مما يتطلب تفسيرًا حذرًا. أخيرًا، يبرز غياب تقييمات المتابعة لتقييم الآثار طويلة الأمد لتحفيز العصب المبهم الأذني عبر الجلد (taVNS) فجوة في الدراسة، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تتضمن مثل هذه التقييمات لفهم أفضل للتأثير المستمر للتدخل.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1346634
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38525376
Publication Date: 2024-03-08
Author(s): Meng-Huan Wang et al.
Primary Topic: Vagus Nerve Stimulation Research
Overview
This study investigates the efficacy of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) combined with task-oriented training (TOT) on upper extremity rehabilitation in patients with subacute stroke. Conducted as a double-blinded, randomized, controlled pilot trial with 40 participants, the research aimed to elucidate the mechanisms of motor recovery. Participants were divided into a VNS group (VG), receiving taVNS during TOT, and a Sham group (SG), receiving sham stimulation. The intervention spanned 5 days per week for 4 weeks, with assessments of upper extremity function using the Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremity (FMA-UE) and the Action Research Arm Test (ARAT), as well as activities of daily living measured by the modified Barthel Index (MBI).
Results indicated that the VG exhibited significant improvements in upper extremity function and daily living activities compared to the SG. Notably, the VG showed increased rates of elicited ipsilesional motor-evoked potentials (MEPs) and reduced latency of contralesional MEPs, suggesting enhanced cortical excitability. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) further revealed increased activation in the contralesional prefrontal cortex and ipsilesional sensorimotor cortex in the VG. However, no significant differences in heart rate variability (HRV) were observed between groups. The findings suggest that the combination of taVNS and TOT effectively enhances motor function in post-stroke hemiplegia, likely through modulation of cortical excitability, facilitating motor function remodeling.
Introduction
The introduction outlines the significant impact of cerebrovascular accidents (CVAs), or strokes, which are the leading cause of mortality among Chinese adults and the second globally. A substantial proportion of stroke survivors (55-75%) experience persistent upper extremity motor dysfunction within 3-6 months post-stroke, adversely affecting their mobility and quality of life. Task-oriented training (TOT) has emerged as an effective rehabilitation strategy, promoting motor function through structured practice of daily activities. Recent advancements in motor priming, particularly through non-invasive brain stimulation techniques like transcranial magnetic stimulation (TMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS), have shown promise in enhancing motor recovery.
The introduction further discusses vagus nerve stimulation (VNS) as a novel approach to brain stimulation, highlighting its potential in regulating the autonomic nervous system and promoting neuroplasticity. While implanted VNS (iVNS) has demonstrated effectiveness in clinical trials, its invasiveness poses risks. In contrast, transcutaneous auricular VNS (taVNS) offers a safer alternative, with studies indicating its efficacy when combined with rehabilitation training. Despite these advances, the mechanisms underlying taVNS’s benefits in upper extremity recovery remain unclear. This study aims to investigate the immediate and long-term effects of taVNS combined with TOT on upper extremity function recovery in subacute stroke patients, utilizing functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) and single-pulse TMS to explore the underlying mechanisms.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methods section also describes the protocols followed, including any statistical analyses performed, sample sizes, and controls implemented to validate the findings.
Additionally, the section may include information on the experimental conditions, such as temperature, duration, and any specific techniques applied, such as chromatography or spectrometry. By providing a comprehensive overview of the methodologies, this section aims to facilitate understanding of the experimental framework and support the reliability of the results obtained in the study.
Results
In this study, a total of 43 patients were recruited, with 21 assigned to the VG (visual group) and 21 to the SG (standard group). The participant flow is illustrated in Figure 1. During the course of the study, two participants—one from each group—withdrew due to personal reasons. Furthermore, data analysis using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) resulted in the exclusion of eight participants from the VG and nine from the SG, with specific reasons for these exclusions detailed in Figure 1.
Discussion
The discussion section of the study highlights the efficacy of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) in enhancing upper extremity motor function in stroke patients with upper extremity motor dysfunction. The study involved a randomized, double-blind, sham-controlled trial with participants who met specific inclusion criteria, including first-time unilateral supratentorial stroke and significant upper extremity impairment. The results indicated that patients receiving taVNS during task-oriented training (TOT) showed greater improvements in upper extremity function, as measured by the Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremity (FMA-UE), Action Research Arm Test (ARAT), and Modified Barthel Index (MBI), compared to the sham group. Notably, the improvements in the taVNS group exceeded the minimal clinically important difference for the FMA-UE, suggesting clinically significant benefits.
Additionally, the study employed functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) and heart rate variability (HRV) assessments to explore the underlying neural mechanisms of taVNS. The fNIRS results demonstrated increased cortical activation in the ipsilesional sensorimotor cortex during grasp tasks, indicating enhanced neural engagement associated with taVNS. The HRV analysis revealed significant changes in heart rate and vagal tone, supporting the notion that taVNS effectively modulates the vagus nerve network. Furthermore, the study observed an increase in the elicitation rate of motor-evoked potentials (MEPs) in the ipsilesional hemisphere post-treatment, suggesting improved cortical excitability. Overall, the findings underscore the potential of taVNS as a therapeutic adjunct to rehabilitation strategies for stroke patients, promoting neuroplastic changes and functional recovery.
Limitations
The study presents several limitations that warrant attention in future research. Firstly, the small sample size and high dropout rate during the functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) examination may compromise the statistical power of the findings, thereby increasing the likelihood of a type I error. To enhance the reliability of the results, a larger sample size is essential for validation. Secondly, the limited occurrence of positive events, specifically the elicited ipsilesional motor-evoked potentials (MEPs), raises concerns regarding the significance and generalizability of the results, necessitating cautious interpretation. Lastly, the absence of follow-up assessments to evaluate the long-term effects of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) highlights a gap in the study, suggesting that future investigations should incorporate such evaluations to better understand the sustained impact of the intervention.