Inzicht in de effecten van niet-invasieve transauriculaire nervus vagus stimulatie op EEG en HRV

Transauriculaire nervus vagus stimulatie (taVNS) is een recente neuromodulatietechniek waarvoor geen operatie nodig is en die gebruik maakt van een niet-invasief stimulatieapparaat dat bij de concha of tragus van het oor wordt geplaatst. Bijgevolg is het toegankelijker en veiliger voor patiënten¹. In de afgelopen jaren is het taVNS-veld snel uitgebreid, voornamelijk gericht op klinische onderzoeken die potentiële therapeutische voordelen aantonen voor verschillende pathologische aandoeningen, waaronder epilepsie, depressie, tinnitus, de ziekte van Parkinson, verminderde glucosetolerantie, schizofrenie en boezemfibrilleren^. Er valt veel te bespreken over taVNS en de effecten ervan op biologische processen in het centrale en perifere systeem. Idealiter zou een biologische marker kunnen aantonen dat de auriculaire tak van de vagus werd gestimuleerd, waardoor de intracraniale structuren werden beïnvloed en onderzoekers konden analyseren hoe taVNS de fysiologische functie beïnvloedt. Zonder een betrouwbare biomarker is het echter niet eenvoudig om te begrijpen wat de taVNS-gegevens betekenen en hoe ze effectief kunnen worden geïnterpreteerd.

Elektro-encefalografie (EEG) is een bemoedigend beeldvormingsinstrument om biomarkers voor taVNS te verkrijgen. Het is een niet-invasieve, betrouwbare, goedkope benadering om corticale activiteit te meten en te kwantificeren ^3,4. In navolging van dit proces voerde onze groep een systematische review uit, waarbij elementaire details werden aangetoond dat taVNS de corticale activiteit zou kunnen beïnvloeden, voornamelijk door de activiteit van het EEG-vermogensspectrum in lagere frequenties (delta en theta) te verhogen. Er werden echter ook diverse resultaten in hogere frequenties (alfa) en veranderingen in vroege ERP-componenten met betrekking tot remmende taken gedetecteerd. Er werd een hoge heterogeniteit tussen de onderzoeken gevonden; daarom zijn meer homogene, significantere en goed geplande studies essentieel om robuustere conclusies te trekken over de effecten van taVNS op hersenactiviteit gemeten door EEG³. Het beoordelen van EEG tijdens taVNS zou toekomstig onderzoek kunnen bevorderen naar de integratie van de twee technieken voor een mobiele, closed-loop, monitoring en niet-invasieve stimulatietool om de oscillerende activiteit van de hersenen te beïnvloeden⁴.

Alfa-asymmetrie, die de relatieve alfabandactiviteit tussen de hersenhelften beoordeelt, met name bij frontale elektroden, is een vaak onderzochte EEG-biomarker. Eerdere literatuur heeft deze biomarker gebruikt om de benadering-terugtrekkingshypothese ^5,6 te analyseren, die stelt dat de rechterfrontale kant van de hersenen wordt geassocieerd met terugtrekkingsgedrag. Daarentegen wordt de linker frontale kant geassocieerd met naderingsgedrag. Aangezien alfa wordt geassocieerd met een lage hersenactiviteit, suggereert een toename van alfa aan de linkerkant van de hersenen een lagere activiteit en kan het een gebrek aan benaderingsgedrag vertonen. Dit concept helpt bij het verklaren van enkele resultaten in de alfaband aan de linkerkant van de hemisfeer bij depressieve patiënten⁷. Bovendien registreren EEG-elektroden de activiteit van neuronale populaties, waarbij functionele connectiviteit (FC) of veranderingen in grootschalige hersennetwerken, zoals het default mode network (DMN), worden ^{onderzocht7,8}.

Op basis daarvan kan kwantitatieve elektro-encefalografie worden gebruikt om de effecten van taVNS op hersenactiviteit te beoordelen; Er zijn echter meer studies nodig om systematisch de specifieke metrieken en effecten aan te tonen die de niet-invasieve stimulatie via de auriculaire tak van de nervus vagus zouden benadrukken.

Perifeer bemiddelen de nervus vagus en het sympathische zenuwstelsel de contractiele en^{elektrische functie van} het hart. Deze regulatie bevordert het vermogen van de pacemaker van het hart en controleert het door middel van fysiologische manifestaties van het lichaam, bekend als sinusdepolarisaties. Hartslagvariabiliteit (HRV) registreert de veranderingen per slag van sinusdepolarisatie en beschrijft zo niet-invasief vagale invloeden op de sinusknoop¹⁰. Gezien deze functie is HRV gezien en bestudeerd als een prominente biomarker voor de neurocardiale functie die verband houdt met het welzijn van een individu en de kans op morbiditeit, mortaliteit en stress^11,12.

In de context van taVNS is HRV in veel onderzoeken geregistreerd en men denkt dat stimulatie HRV ^9,11,12 moduleert. Gezien het feit dat een verlaagde HRV in verband is gebracht met de morbiditeit en mortaliteit van verschillende ziekten door mechanismen zoals overactiviteit van het sympathische zenuwstelsel, ontstekingsreactie en oxidatieve stress, wordt aangenomen dat de modulatie van de nervus vagus van taVNS een directe invloed heeft op HRV en de sinusregulatie^13,14. Sommige onderzoeken hebben zelfs al aangetoond dat taVNS de HRV bij gezonde proefpersonen kan verhogen, wat deze hypothese ondersteunt^15,16. Er is echter nog steeds behoefte aan een beter begrip of verschillende taVNS-parameters de HRV anders kunnen beïnvloeden.

Momenteel zijn er geen mechanistische studies die de effecten van het taVNS neurale netwerk en het autonome zenuwstelsel van deze techniek samen hebben onderzocht. Daarom is dit protocol bedoeld om te beoordelen hoe taVNS de EEG-metriek en HRV kan beïnvloeden en de veiligheid ervan te evalueren. Daarnaast is dit ook bedoeld om voorspellers te identificeren die de respons op taVNS kunnen beïnvloeden. Inzicht in de variabelen die verband houden met de respons op taVNS kan helpen bij het ontwerpen van toekomstige klinische onderzoeken om de effecten van deze interventie te maximaliseren.