Автономная Нейрография: новое устройство измеряет активность шейных нервов

Исследовательская группа из Университета Калифорнии в Сан-Диего впервые продемонстрировала возможность измерения активности шейных нервов у человека с помощью носимого, неинвазивного устройства в клинических условиях.

В 2022 году был разработан гибкий электродный массив, интегрированный в клейкую основу, для предоставления медицинским специалистам инструмента, позволяющего в режиме реального времени отслеживать уровень активности в вегетативной нервной системе — раннего индикатора стресса организма. В текущем исследовании эта методика была применена для обнаружения глубокой нейронной активности в имитационной модели гипервоспаления.

Устройство, названное Автономной Нейрографией (ANG), фиксирует нервную активность вагуса, каротидного синуса и других автономных нервов, расположенных в коже и мышцах шеи. Блуждающий нерв, играющий ключевую роль в автономной нервной системе, простирается от основания черепа через туловище и живот, влияя на такие функции, как пищеварение, сердечный ритм и иммунные ответы. Его значение в управлении воспалительными реакциями организма на травмы или инфекции делает его важной областью для изучения при таких серьёзных состояниях, как сепсис и посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Сепсис является одной из основных причин смертности в отделениях неотложной помощи, ежегодно регистрируется около 1,7 миллиона случаев в США. ПТСР затрагивает примерно 3,5% населения.

Для мониторинга или стимуляции блуждающего нерва без хирургических имплантов было использовано новое устройство, применяющее технику «магнетонейрографии». Этот метод позволяет точно и неинвазивно обнаруживать нервную активность, фиксируя магнитные поля, генерируемые нервами блуждающего и каротидного синуса. В исследовании, проведённом с участием девяти взрослых, сначала измеряли базовые уровни воспаления, анализируя концентрации цитокинов в плазме крови. Затем участникам вводили липополисахариды, бактериальные токсины, временно вызывающие состояние повышенного воспаления, схожее с инфекциями крови.

В магнитно экранированном помещении сенсоры устройства размещались вокруг правого уха и над правой сонной артерией. Устройство отслеживало сердечный ритм и магнитные поля, связанные с нервной активностью. Через тридцать минут после введения липополисахаридов устройство зафиксировало изменения нервной активности под правым ухом. Эти изменения подтвердились анализами крови, выявившими выброс воспалительных белков.

Исследователи обнаружили значительную корреляцию между активностью нервов и изменениями в концентрациях двух ключевых воспалительных цитокинов: фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α) и интерлейкина-10 (IL-10). Высокий уровень TNF-α указывает на повышенный риск септического шока, серьёзного состояния, при котором воспалительная реакция организма становится чрезмерно сильной и может привести к системным последствиям. В то же время высокий уровень IL-10 ассоциируется с иммунопараличом, состоянием при сепсисе, когда иммунная система теряет способность бороться с инфекциями, что может привести к неконтролируемому росту микроорганизмов или вирусов и летальному исходу.

Разработка позволяет медикам получать ранние предупреждения о гипериммунной реакции или иммунопараличе при сепсисе, что может значительно повысить эффективность лечения и снизить смертность. Технология также может оценивать эффективность противовоспалительных терапий, исследовать взаимодействие нервной системы с воспалением при ПТСР и других психических расстройствах, а также точнее корректировать терапию на основе индивидуальных реакций нервной системы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications Biology.