加州大學圣地亞哥分校領導的研究小組首次證明，一種可穿戴、非侵入式設備可以在臨床環境中測量人體頸神經活動。

該設備記錄了團隊所稱的自主神經圖 (ANG)，即人類迷走神經和頸動脈竇神經以及頸部皮膚和肌肉中的其他自主神經的神經活動。迷走神經是不自主神經系統的“高速公路”，其卷須從顱底延伸到軀干和腹部，影響消化、心率和免疫系統。迷走神經在人體對損傷或感染的炎癥反應中起著關鍵作用，一直是研究致命疾病的重點，如敗血癥。根據美國國立綜合醫學研究所的數據，敗血癥是急診室亡的主要原因，每年影響美國至少 170 萬成年人，以及創傷后應激障礙，根據美國國立精神衛生研究所的數據，創傷后應激障礙影響約 3.5% 的人口。

為了向醫療專業人員提供一種實時、臨床驗證的工具來檢測非自主神經系統的活動水平，這是身體處于壓力下的早期預信號，研究人員設計了一種靈活的、粘合劑集成的電極陣列(如 2022 年《科學報告》論文中所述)。這項研究于 2024 年 7 月 29 日發表在《自然通訊生物學》上，采用了這種方法，旨在檢測模擬臨床炎癥模型中的深層神經活動。

“我們的研究結果讓我們備受鼓舞。該設備有望提供病原體感染或病理過程炎癥的早期診斷標記，”該研究的資深作者、加州大學圣地亞哥分校高通研究所、醫學院和雅各布工程學院的勒曼實驗室負責人以及 VA 壓力和心理健康卓越中心負責人伊曼紐爾·勒曼 (Imanuel Lerman) 說道。勒曼是InflammaSense Inc的創始人，該公司是該設備技術的授權公司。“根據研究結果，我們現在正在加州大學圣地亞哥分校健康中心雅各布醫學中心的重癥監護室部署該設備。該設備將檢測出預示即將發生敗血癥的早期非自愿神經信號。”

雅各布學院電氣與計算機工程系的博士生 Troy Bu 是該研究的第一作者。

急診室實時信息

為了取代手術植入的微電極來監測或激活迷走神經，新設備利用一種名為“磁神經造影”的強大技術，以非侵入性的方式實時更準確地檢測頸神經放電。該設備檢測迷走神經和頸動脈竇神經活動產生的磁場，這些磁場會“脈動”以告非自主神經系統有威脅。

研究人員在 9 名成年人身上測試了該設備。研究人員抽取患者的血液，并檢測血漿中引發炎癥的蛋白質(即細胞因子)的基線水平。接下來，研究人員向患者注射了細菌素(即脂多糖)，從而在體內誘發暫時性炎癥過度狀態，類似于血液感染引起的炎癥。

在加州大學圣地亞哥分校高通研究所腦磁圖中心的一間磁屏蔽室內，研究人員將設備的傳感器放置在右耳下方和右頸動脈上方的迷走神經部位，迷走神經和頸動脈竇神經都位于此處。該設備監測心率和神經活動產生的磁場。

在患者注射脂多糖半小時內，該設備檢測到了患者右耳下方神經活動的變化。研究人員通過血液樣本證實了神經活動的增加和炎癥蛋白的釋放。他們還記錄了整個過程中心率的變化，以及兩個部位神經放電與一種名為腫瘤壞因子α(TNF-α)的特定炎癥細胞因子和一種名為IL-10的抗炎細胞因子的變化之間的明顯聯系。

TNF-α 是一種預兆;TNF-α 水平高的患者更容易陷入感染性休克，這是一種致命的疾病，人體的炎癥反應會超過正常水平，導致系統性毀滅性影響，最終可能導致亡。

另一方面，IL-10 水平升高可能表明患者有免疫麻痹的風險，這是一種在敗血癥期間發生的情況，此時免疫細胞無法抵抗外來或常駐微生物或常駐病，可能導致不受控制的感染和亡。

“對于敗血癥來說，每分鐘都很重要，早期治療可以挽救生命，”Bu 說道。“早期檢測敗血癥至關重要，因為敗血癥每得不到治療一小時，亡的可能性就會增加 7%。我們的技術可以為醫生提供敗血癥中超免疫或免疫麻痹反應的早期預信號。然后醫生可以盡快提供正確的治療。”

與 2022 年的研究一樣，研究人員再次發現，患者對注射壓力的反應各有不同。一些患者在存在炎癥蛋白和更強的副作用時表現出更高的峰值，而其他患者的峰值則較低。

借助這項技術，醫生可能能夠識別出免疫反應過度和免疫麻痹風險較高的患者亞群，這兩種情況都會導致敗血癥相關并發癥和亡。該設備還可用于確定治療是否能減輕體內炎癥，更好地了解創傷后應激障礙 (PTSD) 和其他精神健康疾病患者的神經系統和炎癥，并針對個體患者的神經系統量身定制治療劑量。

這項研究是加州大學圣地亞哥分校、桑迪亞國家實驗室、威斯康星大學麥迪遜分校、VA 壓力和心理健康中心、Quspin 實驗室、斯坦福大學和 InflammaSense Inc. 之間的合作成果。

資金由生物醫學高級研究與發展局 (BARDA) 和紀念 Allen E. Wolf 的 David and Janice Katz 神經傳感器研究基金提供。