Manualna akupunktura jest tradycyjną metodą stymulacji z użyciem igieł, która dostarcza dynamiczny bodziec mechaniczny do tkanek obwodowych poprzez bezpośrednią manipulację igłą i jest szeroko stosowana zarówno w warunkach klinicznych, jak i eksperymentalnych1,2. W przeciwieństwie do elektroakupunktury (EA), akupunktura manualna generuje złożoną stymulację mechaniczną, w tym deformację tkanek i aktywację obwodowych mechanoreceptorów, poprzez fizyczną manipulację wprowadzoną igłą2. Komponenty mechaniczne te są uważane za istotny czynnik przyczyniający się do charakterystycznych efektów fizjologicznych akupunktury i uważa się, że angażują one somatosensoryczne drogi doprowadzające w inny sposób niż stymulacja elektryczna3,4.
Pomimo znaczenia fizjologicznego i szerokiego zastosowania, eksperymentalne wykorzystanie akupunktury manualnej pozostaje ograniczone ze względu na słabą powtarzalność2. Efekty terapeutyczne akupunktury manualnej zależą w dużej mierze od czynników zależnych od operatora, w tym od technik manipulacji igłą, intensywności stymulacji, częstotliwości i czasu trwania, które mogą się znacząco różnić w zależności od praktyka i warunków eksperymentalnych1. Ta zmienność stanowi główną przeszkodę w badaniach mechanistycznych próbujących ustanowić związki przyczynowo-skutkowe między stymulacją akupunkturową a wynikami neurofizjologicznymi.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, często stosuje się elektroakupunkturę (EA) jako metodę alternatywną, ponieważ umożliwia ona precyzyjną kontrolę parametrów stymulacji, takich jak częstotliwość, amplituda i czas trwania. Jednak EA wprowadza impulsy elektryczne, które mogą aktywować szlaki neuronalne odmienne od tych pobudzanych podczas manualnego nakłuwania5. W konsekwencji trudno jest wyizolować i ocenić specyficzny wkład stymulacji mechanicznej, która stanowi fundamentalny element tradycyjnej akupunktury manualnej. Dlatego w badaniach nad mechanizmami działania akupunktury niezbędna jest powtarzalna metoda zdolna do dostarczania kontrolowanej stymulacji mechanicznej bez zakłóceń elektrycznych.
Aby wyeliminować to ograniczenie, w 2013 roku opracowano mechaniczny instrument do akupunktury (MAI), który pozwala na odtworzenie mechanicznej stymulacji opartej na wibracjach przy jednoczesnej ilościowej kontroli parametrów stymulacji3,5. Urządzenie to dostarcza kontrolowaną stymulację wibracyjną bezpośrednio do wprowadzonej igły do akupunktury, standaryzując tym samym bodziec mechaniczny przykładany do tkanki. Stosując to podejście, wcześniejsze badania wykazały, że mechaniczna akupunktura moduluje somatosensoryczne, związane z nagrodą oraz autonomiczne obwody neuronalne w wielu modelach eksperymentalnych4,6,7,8. Na przykład stymulacja mechaniczna w punktach akupunkturowych HT7 osłabiła reakcje behawioralne wywołane kokainą oraz uzależnienie od alkoholu poprzez modulację mezolimbicznego układu dopaminergicznego, endogennych szlaków opioidowych i somatosensorycznych obwodów przekaźnikowych6,7. Ponadto połączona stymulacja mechaniczna i elektryczna stosowana w punktach neurogennych hamowała nadciśnienie poprzez mechanizmy zależne od opioidów w centralnych obszarach autonomicznych5. Łącznie około 30 badań z wykorzystaniem tej platformy przyczyniło się do zrozumienia mechanizmów działania akupunktury w uzależnieniach, regulacji autonomicznej oraz w innych warunkach eksperymentalnych.
W przeciwieństwie do ogólnych systemów stymulacji opartych wyłącznie na wibracjach, niniejszy protokół zapewnia zintegrowany przebieg pracy dla nieelektrycznej, mechanicznej akupunktury wibracyjnej z wykorzystaniem sprzężenia igły u czuwających szczurów. Łączy on montaż urządzenia, sprzęganie igły z silnikiem, standaryzację głębokości wkłucia, kalibrację opartą na akcelerometrze, lokalizację punktów akupunkturowych oraz reprezentatywną walidację behawioralną z wykorzystaniem stymulacji HT7 w modelu aktywności lokomocyjnej indukowanej kokainą u szczurów. Tym samym artykuł ten dostarcza odtwarzalnego protokołu eksperymentalnego dla kontrolowanej mechanicznej stymulacji akupunkturowej, a nie prezentuje nowego urządzenia terapeutycznego.
Ustandaryzowany i ilościowo kontrolowany sygnał wyjściowy MAI może również stanowić użyteczną platformę dla przyszłej integracji z analitycznymi podejściami opartymi na danych. Ponieważ parametry stymulacji, takie jak częstotliwość wibracji, przyspieszenie, głębokość wprowadzenia i czas trwania stymulacji, mogą być precyzyjnie zdefiniowane i odtworzone, zmienne te mogą służyć jako ustrukturyzowane dane wejściowe dla modelowania obliczeniowego. Niedawne badania wykazały, że podejścia oparte na uczeniu maszynowym, głębokim uczeniu oraz uczeniu transferowym mogą poprawić ekstrakcję cech, klasyfikację sygnałów, rozpoznawanie wzorców i optymalizację w złożonych obrazach biomedycznych oraz zbiorach danych sygnałów wibracyjnych9,10,11,12. Podobne podejścia mogłyby potencjalnie zostać zastosowane w badaniach nad akupunkturą opartą na MAI poprzez integrację parametrów stymulacji z danymi behawioralnymi, neurofizjologicznymi i sygnałami wyjściowymi wibracji w celu wsparcia analizy sygnałów, klasyfikacji behawioralnej, optymalizacji parametrów stymulacji oraz przewidywania odpowiedzi związanych z akupunkturą. Zatem przyszłe badania łączące stymulację opartą na MAI z metodologiami uczenia maszynowego mogą dodatkowo zwiększyć precyzję, powtarzalność i interpretację mechanistyczną badań nad akupunkturą.
Ważnym aspektem jest fakt, że reprezentatywne dane walidacyjne przedstawione w niniejszym artykule zostały powielone, zaadaptowane lub podsumowane na podstawie wcześniej opublikowanych badań z wykorzystaniem platformy MAI. Głównym celem tego artykułu nie jest raportowanie nowych wyników eksperymentalnych, lecz dostarczenie szczegółowego, krok po kroku protokołu w celu odtwarzalnego zastosowania ustandaryzowanej mechanicznej stymulacji akupunkturowej w eksperymentalnych modelach zwierzęcych.