加州大学圣地亚哥分校领导的研究小组首次证明，一种可穿戴、非侵入式设备可以在临床环境中测量人体颈神经活动。

该设备记录了团队所称的自主神经图 (ANG)，即人类迷走神经和颈动脉窦神经以及颈部皮肤和肌肉中的其他自主神经的神经活动。迷走神经是不自主神经系统的“高速公路”，其卷须从颅底延伸到躯干和腹部，影响消化、心率和免疫系统。迷走神经在人体对损伤或感染的炎症反应中起着关键作用，一直是研究致命疾病的重点，如败血症。根据美国国立综合医学研究所的数据，败血症是急诊室亡的主要原因，每年影响美国至少 170 万成年人，以及创伤后应激障碍，根据美国国立精神卫生研究所的数据，创伤后应激障碍影响约 3.5% 的人口。

为了向医疗专业人员提供一种实时、临床验证的工具来检测非自主神经系统的活动水平，这是身体处于压力下的早期预信号，研究人员设计了一种灵活的、粘合剂集成的电极阵列(如 2022 年《科学报告》论文中所述)。这项研究于 2024 年 7 月 29 日发表在《自然通讯生物学》上，采用了这种方法，旨在检测模拟临床炎症模型中的深层神经活动。

“我们的研究结果让我们备受鼓舞。该设备有望提供病原体感染或病理过程炎症的早期诊断标记，”该研究的资深作者、加州大学圣地亚哥分校高通研究所、医学院和雅各布工程学院的勒曼实验室负责人以及 VA 压力和心理健康卓越中心负责人伊曼纽尔·勒曼 (Imanuel Lerman) 说道。勒曼是InflammaSense Inc的创始人，该公司是该设备技术的授权公司。“根据研究结果，我们现在正在加州大学圣地亚哥分校健康中心雅各布医学中心的重症监护室部署该设备。该设备将检测出预示即将发生败血症的早期非自愿神经信号。”

雅各布学院电气与计算机工程系的博士生 Troy Bu 是该研究的第一作者。

急诊室实时信息

为了取代手术植入的微电极来监测或激活迷走神经，新设备利用一种名为“磁神经造影”的强大技术，以非侵入性的方式实时更准确地检测颈神经放电。该设备检测迷走神经和颈动脉窦神经活动产生的磁场，这些磁场会“脉动”以告非自主神经系统有威胁。

研究人员在 9 名成年人身上测试了该设备。研究人员抽取患者的血液，并检测血浆中引发炎症的蛋白质(即细胞因子)的基线水平。接下来，研究人员向患者注射了细菌素(即脂多糖)，从而在体内诱发暂时性炎症过度状态，类似于血液感染引起的炎症。

在加州大学圣地亚哥分校高通研究所脑磁图中心的一间磁屏蔽室内，研究人员将设备的传感器放置在右耳下方和右颈动脉上方的迷走神经部位，迷走神经和颈动脉窦神经都位于此处。该设备监测心率和神经活动产生的磁场。

在患者注射脂多糖半小时内，该设备检测到了患者右耳下方神经活动的变化。研究人员通过血液样本证实了神经活动的增加和炎症蛋白的释放。他们还记录了整个过程中心率的变化，以及两个部位神经放电与一种名为肿瘤坏因子α(TNF-α)的特定炎症细胞因子和一种名为IL-10的抗炎细胞因子的变化之间的明显联系。

TNF-α 是一种预兆;TNF-α 水平高的患者更容易陷入感染性休克，这是一种致命的疾病，人体的炎症反应会超过正常水平，导致系统性毁灭性影响，最终可能导致亡。

另一方面，IL-10 水平升高可能表明患者有免疫麻痹的风险，这是一种在败血症期间发生的情况，此时免疫细胞无法抵抗外来或常驻微生物或常驻病，可能导致不受控制的感染和亡。

“对于败血症来说，每分钟都很重要，早期治疗可以挽救生命，”Bu 说道。“早期检测败血症至关重要，因为败血症每得不到治疗一小时，亡的可能性就会增加 7%。我们的技术可以为医生提供败血症中超免疫或免疫麻痹反应的早期预信号。然后医生可以尽快提供正确的治疗。”

与 2022 年的研究一样，研究人员再次发现，患者对注射压力的反应各有不同。一些患者在存在炎症蛋白和更强的副作用时表现出更高的峰值，而其他患者的峰值则较低。

借助这项技术，医生可能能够识别出免疫反应过度和免疫麻痹风险较高的患者亚群，这两种情况都会导致败血症相关并发症和亡。该设备还可用于确定治疗是否能减轻体内炎症，更好地了解创伤后应激障碍 (PTSD) 和其他精神健康疾病患者的神经系统和炎症，并针对个体患者的神经系统量身定制治疗剂量。

这项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、VA 压力和心理健康中心、Quspin 实验室、斯坦福大学和 InflammaSense Inc. 之间的合作成果。

资金由生物医学高级研究与发展局 (BARDA) 和纪念 Allen E. Wolf 的 David and Janice Katz 神经传感器研究基金提供。