一个研究小组已经证明了一种可穿戴、非侵入性的设备可以在临床环境中评估人类颈神经的活动。这一发展可能帮助医疗提供者为感染性疾病如脓毒症和创伤后应激障碍（PTSD）定制治疗。
来自加州大学圣地亚哥分校的研究团队取得了突破性成就：他们首次成功展示了一种可穿戴的非侵入性设备可以在临床环境中测量人类颈部神经活动。
该设备捕捉研究人员所称的自主神经图（ANG），包括来自迷走神经和颈动脉窦神经的神经活动，以及皮肤和颈部肌肉中的其他自主神经。迷走神经是非自愿神经系统中的一条主要通路，从颅底延伸到躯干和腹部，以调节消化、心率和免疫反应。它在身体如何应对由伤害或感染引起的炎症中起着关键作用，是针对危及生命疾病（如脓毒症）的研究重点，该病每年在美国夺走至少170万成年人的生命，根据国家普通医学科学研究所的报告，创伤后应激障碍（PTSD）影响了大约3.5%的人口，根据国家心理健康研究所的数据显示。
为了为医疗提供者提供一个实时、经过临床验证的工具，以测量非自愿神经系统的活动水平——这一活动水平是身体压力的早期指标——研究人员创建了一种灵活的、集成粘合电极阵列（详见2022年《科学报告》文章）。当前的研究已于2024年7月29日发表于《自然通讯生物学》，采用该方法识别了在模拟的超炎症临床模型中深层神经活动。
“我们对我们的发现感到兴奋。这种设备将提供感染或由于病理过程引起的炎症的早期诊断指标，”研究的高级作者、加州大学圣地亚哥分校科尔曼学院、医学院和雅各布工程学院的Lerman实验室主任Imanuel Lerman评论道。此外，Lerman还建立了InflammaSense Inc.，这家公司是该设备技术的背后公司。Lerman补充说：“基于我们的发现，我们正在将该设备推向加州大学圣地亚哥健康中心雅各布医疗中心的重症监护病房，以检测可能表明脓毒症发作的早期神经信号。”
雅各布工程学院电气和计算机工程系的博士研究生Troy Bu是该研究的主要作者。
急救室中的实时监测
该新型设备旨在替代用于监测或刺激迷走神经的外科植入微电极。它利用一种名为“磁神经图”的先进技术，能够准确、非侵入性地实时检测颈部神经活动。该设备感知由迷走神经和颈动脉窦神经活动产生的磁场，这些磁场“脉动”以提醒非自愿神经系统潜在的威胁。
在他们的实验中，研究人员招募了九名成年参与者。从患者身上抽取血样以测量炎症相关蛋白质（如细胞因子）的基线水平。随后，他们接受了来自细菌的内毒素注射，这暂时诱发了一种类似于血液感染情况下的超炎症反应。
在加州大学圣地亚哥分校科尔曼学院磁脑电图中心的一个磁性隔离房间内，研究人员将设备传感器放置在右耳下方的迷走神经附近以及右颈动脉上方，这两个区域都包含迷走神经和颈动脉窦神经。设备跟踪心率和神经活动产生的磁场。
在注射内毒素后半小时内，设备注意到右耳下方神经活动的变化。研究人员通过血液分析验证了神经活动的增加和炎症蛋白质的分泌。他们还监测了心率变化，观察到两个位置的神经放电与特定炎症细胞因子的波动（包括肿瘤坏死因子α（TNF-α）和抗炎细胞因子IL-10）之间有明确的联系。
高水平的TNF-α可能表示患者发展为脓毒性休克的风险更高，这是一种严重状况，其中身体的炎症反应失调，导致关键的系统性损伤，最终可能导致死亡。
相比之下，IL-10的升高水平可能表示患者面临免疫麻痹的风险——这种状态在脓毒症期间发生，当免疫细胞无法对抗外部病原体或宿主病毒时，可能导致无法控制的感染和死亡。
“在脓毒症中，及时干预至关重要，因为每一分钟都很重要，快速治疗可以挽救生命，”Bu指出。“早期检测脓毒症至关重要；每延迟一小时治疗，死亡风险就会增加最多七个百分点。我们的技术可以为医生提供脓毒症中超免疫或免疫麻痹反应的早期指标，从而实现迅速和适当的治疗。”
与2022年研究的发现相似，研究人员再次发现患者在应激反应上存在不同反应的群体。一些参与者在炎症蛋白质上的峰值反应更为显著，副作用更为明显，而其他参与者的峰值较低。
借助这一创新技术，医生可能能够辨别出特别容易产生增强免疫反应和免疫麻痹的患者亚组，这两者都与脓毒症相关的并发症和死亡率有关。此外，该设备还可能有助于评估旨在降低炎症的治疗效果，加深我们对神经系统和被PTSD及相关心理健康问题影响的个体之间炎症的理解，并根据每位患者的神经系统需求个性化治疗剂量。
该研究是加州大学圣地亚哥分校、桑迪亚国家实验室、威斯康星大学麦迪逊分校、退伍军人事务部压力与心理健康中心、Quspin实验室、斯坦福大学和InflammaSense Inc.之间的合作努力。
资金支持来自生物医学高级研究与开发局（BARDA）和以艾伦·E·沃尔夫为名的David和Janice Katz神经传感器研究基金。
