« Avec ce dispositif nouvellement développé, nous avons (pour la première fois) identifié des preuves électroneurographiques cervicales de biotypes autonomes (combat ou fuite contre repos et digestion) qui étaient remarquablement cohérents à travers différents défis du système nerveux autonome ou involontaire », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Imanuel Lerman de l’Institut Qualcomm, de l’École de médecine et de l’École d’ingénierie Jacobs de l’UC San Diego, ainsi que du Centre d’excellence VA pour le stress et la santé mentale.

L’appareil comporte un réseau flexible d’électrodes qui s’étendent du bas du devant au haut du dos du cou, permettant aux chercheurs de capturer l’activité électrique sur différents nerfs. Les autres fonctionnalités incluent une interface utilisateur intégrée pour visualiser les données en temps réel et un algorithme personnalisé pour regrouper les personnes en fonction de la réponse de leur système nerveux au stress.

Une manière plus sûre et moins invasive d’étudier le système nerveux

Dans le passé, les moyens les plus fiables de mesurer l’activité nerveuse dans le cou nécessitaient des microélectrodes implantées chirurgicalement.

Lerman et Todd Coleman de la Jacobs School de l’UC San Diego et de l’Université de Stanford ont entrepris de créer un moyen moins risqué et invasif de surveiller cette partie du système nerveux en adaptant la technologie existante que Coleman avait développée avec le co-auteur Jonas Kurniawan, maintenant chercheur postdoctoral à Stanford. Le nouveau réseau flexible peut être porté jusqu’à une journée et se déplace facilement avec les mouvements de la tête et du cou du patient pour une surveillance plus longue et indolore.

Pour explorer les biotypes autonomes humains, ou des groupes de patients dont le système nerveux involontaire répondait de manière similaire au stress, les chercheurs ont effectué une série de tests qui demandaient aux participants à l’étude de placer et de tenir leur main dans de l’eau glacée, suivis d’un exercice de respiration chronométré. Le réseau d’électrodes a enregistré la signalisation nerveuse cervicale, appelée électroneurographie cervicale par l’équipe, et la fréquence cardiaque chez les sujets avant et après le défi à l’eau glacée et pendant l’exercice de respiration.

Les chercheurs ont découvert que les participants à l’étude se répartissaient systématiquement en deux groupes de biotypes distincts : ceux dont le déclenchement neuronal et la fréquence cardiaque augmentaient au cours des deux tests, et ceux qui présentaient la tendance opposée. L’algorithme unique de l’appareil offre également la possibilité d’identifier les différences dans la réponse de groupes nerveux spécifiques aux facteurs de stress tels que la douleur induite par le défi de l’eau glacée et les symptômes physiques, y compris la transpiration et l’augmentation de la fréquence cardiaque, associés au défi respiratoire chronométré.

« Les résultats sont passionnants. Notre réseau de capteurs nouvellement développé s’est avéré capable d’enregistrer l’activité du système nerveux autonome », a déclaré Coleman. « Nous avons été agréablement surpris d’observer une réponse autonome cohérente dans tous les défis du test d’effort, c’est-à-dire le test du presseur à froid et le défi de la respiration profonde. Plus de travail est nécessaire pour démontrer nos capacités de capteur dans des populations plus importantes. »

Vers un avenir de médecine personnalisée

Bien que le réseau d’électrodes ne puisse pas identifier les nerfs exacts qui se déclenchent en réponse au stress et à la douleur du défi de l’eau froide, les chercheurs espèrent qu’il aidera un jour à diagnostiquer et à traiter des conditions telles que le SSPT et la septicémie.

Le nerf vague, par exemple, déclenche une inflammation en réponse à des blessures ou à une infection dans le corps, un mécanisme qui peut être perturbé par le SSPT. Lerman et ses collègues espèrent que leur nouvel appareil pourra un jour aider les cliniciens à mesurer la réponse des patients au traitement du SSPT, comme les exercices de respiration profonde utilisés pendant la méditation de pleine conscience, en surveillant le déclenchement neuronal dans le nerf vague. Déjà, Lerman est l’un des nombreux chercheurs utilisant la stimulation électrique du nerf vague pour tester si la stimulation de ces structures neurales peut réduire l’inflammation et la douleur chez les personnes atteintes de SSPT.

Dans une application connexe, le réseau peut également être utilisé pour promouvoir la sécurité des pilotes pilotant des avions militaires en détectant les poussées d’activité nerveuse qui provoquent des étourdissements ou des nausées.

En milieu hospitalier, l’appareil pourrait aider à signaler les patients susceptibles de contracter des affections potentiellement mortelles comme la septicémie en identifiant les personnes qui réagissent fortement au stress physique. La septicémie survient lorsque le système immunitaire de l’organisme réagit de manière excessive à une infection, endommageant ainsi ses propres tissus. Le risque de mortalité augmente de sept pour cent toutes les heures. La technologie qui aide à détecter et à signaler les patients hospitalisés à risque fournirait aux médecins un préavis d’administration d’antibiotiques, améliorant ainsi les chances d’un patient d’éviter ou de survivre à une septicémie.

Dans une prochaine étape, les chercheurs prévoient d’intégrer le réseau avec du matériel supplémentaire pour un capteur portable sans fil pouvant être déployé à l’extérieur du laboratoire. Les chercheurs vont maintenant de l’avant avec un essai clinique de détection de la septicémie à l’hôpital.

Cette étude était un effort à plusieurs volets entre des chercheurs de l’UC San Diego Qualcomm Institute, School of Medicine, Jacobs School of Engineering (départements de génie électrique et informatique, science et génie des matériaux, nanoingénierie et bioingénierie), département de physique et Herbert Wertheim School of Public Health and Human Longevity Science, Université de Stanford et système de santé des anciens combattants de San Diego. Le financement a été rendu possible par la Biomedical Advanced Research and Development Authority et le David and Janice Katz Neural Sensor Research Fund in Memory of Allen E. Wolf.