利用视觉诱发电位客观评估运动脑震荡
2021年4月27日
开发了一种能够测量稳态视觉诱发电位的便携式系统，并在18周内在65名业余橄榄球运动员身上进行了试验，以研究SSVEP作为脑震荡的潜在电生理生物标志物。球员的基线是在季前赛中测量的，分别在受控的时间段内进行可靠性，脑震荡和恢复评估的重新测试。
VEP是一种定量脑电图信号，可提供与大脑健康相关的信息。该协议提供了初始可行性数据，以支持Nurochek耳机作为收集这种性质数据的客观，便携式和可访问的方法。该协议可以在护理点快速轻松地获取VEP，并在各个领域具有潜在的应用，而无需复杂的神经生理学测试设置或高技能的设备操作员。
据我们所知，这是第一个允许这样做的消费类设备。使用Nurochek技术收集VEP的能力将使临床医生能够比较损伤或疾病前后，康复期间以及生命过程中纵向神经功能的客观临床发现。该系统可能适用于其他疾病和病症，其相对适中的成本意味着研究人员可以单独使用它或与其他方式一起进行低成本的发现。
Nurochek系统简单易用。该技术直观地指导用户完成穿戴技术的不同步骤，执行必要的传感器信号保真度检查以及完成评估。首先将充电的LCD智能手机安装到VR框架中。
生成一个 mp4 视频文件，其中包含一系列黑白屏幕，以 15 赫兹的频率交替播放，共 30 秒。在视频帧的中心放置一个随机数，确保以五秒的间隔更改该数字。将饱和传感器安装到耳机的黑色塑料臂中，轻轻地顺时针旋转每个传感器，直到感觉到咔嗒声并且传感器感觉安全。
用盐水溶液使供应的毛毡传感器完全饱和。要求同意的参与者坐在椅子上，在安静的封闭环境中，自然环境光，如办公室。当参与者坐下时，通过将头带从头顶向下滑动，将14通道脑电图耳机安装到参与者的头部。
根据国际10-20系统布置电极。将头戴式耳机的两个前置传感器与参与者的发际线或大约三个手指宽度放在参与者眉毛上方。要求参与者将VR框架内的测试智能手机举到眼睛上，齐平他们的脸和鼻梁，确保双眼完全被遮盖，并确认焦点数字在屏幕中心可见，并且框架阻挡了环境光。
告知参与者，他们将专注于焦点号码，并在SSVEP测试期间保持静止和安静。通过按下智能手机屏幕上的播放按钮启动视觉刺激视频。然后让参与者将VR帧放在正确的位置放在他们的脸上。
开始倒计时秒表30秒。然后选择14通道EEG耳机软件上的开始录制按钮开始录制。确保记录任何疑似脑震荡对场地的影响，并由队医或球员报告给研究调查员。
让队医进行神经学检查，除了使用SCAT的元素来确定球员的意识状态或是否存在与脑震荡相关的任何常见体征和症状。对于经历过所有三种评估类型评估的玩家，使用配对 T 检验比较所有三个评估组之间的平均 SNR，确保通过使用 Bonferroni 校正来应用多重比较校正。获取包含视觉刺激和电极配置的便携式 SSVEP 系统，如文本手稿中所述。
按照便携式 SSVEP 系统的 IFU 在 iOS 应用程序上生成主题帐户。打开应用，选择"主题"选项卡，然后按"添加新主题"按钮。根据 IFU 设置 SSVEP 耳机。
为耳机充满电，然后将其与 SSVEP iOS 应用程序进行蓝牙配对。将随附的聚氨酯传感器圆筒插入电极通道，并使用生理盐水溶液使其饱和。将 SSVEP 头戴式耳机戴在参加者的头上，后壳单元的下部位于参加者的内脏正上方，前遮阳板壳体牢固地放在他们的眼睛和鼻梁上，并且头戴式耳机通过弹性调节带和固定扣收紧。
在测试之前，请检查 SSVEP iOS 应用程序的阻抗绿色指示灯，以确保耳机与参与者头部之间的连接充分。确保参与者感到舒适，并指示他们在坐下时保持静止，冷静和安静，向前凝视灯光，并在需要时只眨眼。通过按下 iOS 应用程序上的开始测试按钮来启动视觉刺激。
出现提示时，按"继续"按钮进入下一阶段的测试。完成 SSVEP 评估后，从参与者的头部取下 SSVEP 耳机。让受试者放松至少30秒。
要获得测试重新测试可靠性值，请在休息一段时间后对 SSVEP 系统重复 SSVEP 评估协议。让参与者休息五分钟，然后再进行下一个脑电图系统。一旦两个SSVEP评估成功完成，让参与者从眼睛上取下前遮阳板，并小心地将电极贴片从头皮上取下。
询问参与者是否对刺激有任何异常反应，包括头痛或头晕的存在。在通知他们已完成参与研究之前，在研究日志中记录他们的回应。使用以逗号分隔值文件输出的移动管理实用程序软件，从 iOS 设备下载两个 SSVEP 主测试集的原始 SSVEP 值。
使用名称和日期保存文件。使用每个 SSVEP 读数的 SNR 来比较不同测试的结果，并估计测试重新测试的可靠性。概述确定 EEG 系统是否检测到 SSVEP 的标准，如文本手稿中所述。
创建两个系统在 0 到 25 赫兹之间的归一化平均 SNR 结果的 PSD。参与者的头发或皮肤可能会影响脑电图系统获得清洁SSVEP的能力，这是通过使用盐水饱和电极校正的。由相同的视觉刺激产生但用不同的脑电图系统记录的单独对照组的平均SSVEP值被绘制为PSD，这允许为非脑震荡玩家对调查设置的SSVEP反应设置明确的对照。
一体化便携式SSVEP系统也用于一般人群的健康对照受试者，未指定为具有不同电极系统的橄榄球运动，并且与初始SSVEP设置略有不同的刺激。因此，它们的中位数和平均SNR值对于比较无效。此外，该系统脑电图技术的准确性通过对传统临床级脑电图系统的一致研究进行了验证，该系统的脑电图系统返回了0.83的类似ICC值。
单个对照参与者的SSVEP反应的PSD由SSVEP系统和临床脑电图系统测量。在第二次重复中，两个系统产生SSVEP的总体精度表明，两个系统仅在15赫兹频率下具有突出的SNR。Nurochek耳机在主题上的正确位置对于获得清晰的读数至关重要。
如果你有任何问题，系统是如此简单，以至于重复阅读很少成为问题。随着Nurochek的发展，其能够从主要医院的遥远领域记录视觉诱发电位，可以在受伤前后跟踪患者的几种神经系统状况，并且可以跟踪其进展多年。
概述
本研究介绍了一种用于测量稳态视觉诱发电位（SSVEP）的便携式系统，旨在探索其作为橄榄球运动员脑震荡评估电生理生物标志物的潜力。采用Nurochek头戴设备进行为期18周的评估，赛季前进行基线测量，随后开展测试以评估其可靠性及恢复情况。
关键研究要素
科学领域
- 神经生理学
- 运动医学
- 电生理学
背景
- 视觉诱发电位（VEPs）是与大脑健康相关的重要信号。
- 迫切需要可及且客观的脑震荡评估方法。
- Nurochek 系统旨在通过便携式解决方案满足这一需求。
- 初步可行性数据表明，该系统在多种神经系统疾病中具有潜在的临床应用价值。
研究目的
- 开发并测试一种用于测量稳态视觉诱发电位（SSVEP）的便携式系统。
- 评估SSVEP作为脑震荡生物标志物的可靠性和有效性。
- 评估该系统相较于传统神经生理学方法的实用性。
使用的方法
- 主要平台是一种便携式脑电图头戴设备，专为SSVEP测量而设计。
- 生物模型包括接受脑震荡评估的业余橄榄球运动员。
- 研究时间线包括赛季前的基线评估，随后在受控时间间隔内进行脑震荡及恢复期评估。
- 评估过程涉及在视觉刺激呈现期间记录VEP数据。
- 进行了多次评估，以确保测量结果的保真度和可靠性。
主要结果
- Nurochek 头戴设备为评估稳态视觉诱发电位（SSVEPs）提供了可靠的数据，有助于深入了解脑震荡恢复情况。
- 对比分析显示，脑震荡前后 SSVEP 结果存在显著差异。
- 参与者在对视觉刺激的神经生理反应上表现出与其脑震荡状态相关的可识别变化。
- 研究结果支持将 Nurochek 系统作为传统检测方法的一种可行替代方案。
结论
- 本研究证明了Nurochek头戴设备在运动环境中用于脑震荡评估的可行性。
- 研究结果支持使用稳态视觉诱发电位（SSVEPs）来监测运动员的神经功能。
- 该研究的意义包括改进脑震荡管理策略，并提升不同环境下神经生理学评估的可及性。
常见问题
行业重要性概述
客观的神经生理学生物标志物对于降低中枢神经系统药物研发中靶点验证的风险至关重要，特别是在创伤性脑损伤适应症方面。便携式稳态视觉诱发电位（SSVEP）系统能够对视觉通路的完整性进行定量且可重复的评估，有助于深入理解脑震荡病理生理机制。该方法通过提供与临床康复里程碑相一致的可转化电生理读数，增强了早期发现阶段的预测可靠性。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过检测视觉皮层功能，间接评估神经系统损伤后的整体脑健康状况。
- 操作价值：提供一种便携、标准化的方法，用于在疾病模型中长期追踪神经生理反应。
- 预测价值：通过将稳态视觉诱发电位（SSVEP）振幅变化与损伤及恢复状态相关联，支持靶向假设的验证。
筛选与检测方法开发
- 检测准备就绪：在 15 Hz 频率下提供可量化的信噪比（SNR）输出，支持剂量-反应和时间进程分析。
- 可重复性：表现出高测试-重测可靠性，支持在不同实验地点和操作人员间实现检测标准化。
- 可扩展性：采用消费级硬件（智能手机、VR 框架），降低费用，提高大规模筛查的可及性。
转化与临床前研究
- 转化连续性： 模拟临床脑震荡评估方案，促进生物标志物的跨物种验证。
- 机制性风险降低： 识别与轻度创伤性脑损伤（mTBI）相关的电生理功能障碍，为靶点参与和通路调控研究提供依据。
- 基于风险的推进策略： 基于神经生理功能恢复情况对模型进行客观分层，优化决策流程中的推进或终止判断。
流程与工作流整合
稳态视觉诱发电位（SSVEP）检测适用于从靶点验证到临床前药效评估的整个发现过程，可提供与中枢神经系统治疗相关的神经环路功能的非侵入性读数。
- 发现生物学：通过研究创伤性脑损伤模型中受影响的感觉处理网络，支持通路的阐明。
- 筛选：通过干预前后重复、定量的信噪比（SNR）测量，实现化合物的评估。
- 分析：生成频率特异性的功率谱和标准化的信噪比（SNR）值，用于不同实验组之间的统计比较。
- 转化研究：与临床恢复时间线一致，支持在轻度创伤性脑损伤（mTBI）模型中进行生物标志物的资格认定工作。
- 企业级复用：代表一种可复用的神经生理学平台，适用于多种需要客观评估脑功能的适应症领域。
运营与企业影响
- 科学价值：通过客观、可量化的神经生理学数据，降低中枢神经系统靶点验证中的机制不确定性。
- 操作价值：通过自动化的刺激递送和标准化的电极放置，确保实验的标准化与可重复性。
- 战略价值：通过实现对靶点相关神经生理效应的早期检测，降低后期研发失败风险，提升资本使用效率。
- 项目组合影响：提供可转化的靶点参与和功能恢复生物标志物，为中枢神经系统候选药物的风险调整后优先排序提供依据。
实施注意事项
- 需要具备电生理学和神经科学方面的专业知识，以确保研究设计合理和数据解读准确。
- 依赖于脑电图采集硬件和刺激呈现系统（如智能手机、VR头显、支持蓝牙的耳机）。
- 需要跨团队对电极放置、刺激参数和信噪比分析等实验流程进行标准化。
- 在不同模型系统间进行适配时，必须考虑个体间颅骨厚度、毛发密度和眼球固定的差异性。
- 在运动伪迹较大或存在视觉障碍的人群中，信号质量受限，因此需要在受控的测试环境中进行。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:55
Investigative SSVEP Equipment Setup
2:47
Participant Baseline Assessment
4:29
Post-Injury Assessment, Clinical Concussion Evaluations, Statistical Analysis
5:23
Improved Portable SSVEP System Setup
5:56
EEG Validation of an Improved Portable SSVEP System
8:35
Test-Retest Reliability Calculation of the Portable SSVEP System and Agreement Calculation of the Portable SSVEP and Clinical EEG Systems
9:32
Results: Analysis of the Contact Quality, SSVEP Response, Electrode Overview, PSD Measured by Two EEG Systems
11:22
Conclusion
