Dynamische digitale Biomarker der motorischen und kognitiven Funktion bei Parkinson

Dieses Protokoll kann uns helfen, die heterogene Parkinson-Krankheit nach kognitiver und motorischer Schwere zu schichten. Mit tragbaren Sensoren können wir klinische Aufgaben digitalisieren, die häufig von Ärzten verwendet werden. Durch die Ko-Registrierung von Aktivitäten über verschiedene Funktionelle Ebenen des Nervensystems identifizieren wir hochinformative Parameter der Kognition, Bewegung und Emotion, um dynamische digitale Biomarker der Parkinson-Krankheit zu produzieren.

Diese Arbeit bietet einen vereinheitlichenden Rahmen, um die Signaturen neurologischer Störungen auf personalisierte Weise zu charakterisieren und zu verfolgen, zusammen mit der Entwicklung einer ganzen Kohorte, die eine bestimmte Behandlung oder Therapie erhält. Diese Technik bietet eine vereinheitlichende statistische Plattform, um Änderungen der Signaturen statistischer Variabilität, die durch selbst generierte biologische Aktivitäten von Molekülen über Zellen bis hin zu Verhalten entstehen, dynamisch nachzuverfolgen. Das Streaming mehrerer Software erfordert viel Computerspeicher, daher würden wir empfehlen, Computer mit hoher Rechenkapazität zu verwenden, da sonst Systeme während der Aufnahme abstürzen können.

Wir verwenden mehrere Geräte, um das Gehirn, den Körper und das Herz bei natürlichen Bewegungen im Tandem aufzuzeichnen, so dass ein dynamisches Medium, wie Video, dies am besten veranschaulichen würde. Die Absolventen Jihye Ryu und Joseph Vero zeigen die Verfahren aus meinem Labor. Messen Sie nach einholender informierter Zustimmung des Teilnehmers die Körpermaße des Teilnehmers, um die Erstellung seines Körper-Avatars im Motion-Capture-System zu ermöglichen.

Als nächstes richten Sie das Motion-Capture-System ein, einschließlich der siebzehn drahtlosen Motion-Tracking-Sensoren und der Motion-Tracking-Software. Platzieren Sie Sensoren wie angegeben auf allen Körperteilen und sichern Sie die Sensoren mit Gurtbändern, um eine ungehinderte Bewegung zu ermöglichen. Wenn alle Sensoren platziert wurden, kalibrieren Sie die Position des Teilnehmers, um den Avatar zu erstellen.

Um das EEG-Gerät und die Aufnahmesoftware einzurichten, positionieren Sie 31 Kanalsensoren über die Kopfhaut und legen Sie das Aufnahmegerät auf die Rückseite des Kopfes. Schließen Sie den letzten Kanalsensor an einen Stecker an, um das Herzsignal zu messen, und positionieren Sie den Sensor auf der linken Seite des Magens des Teilnehmers. Befestigen Sie dann referenzkanalische Sensoren hinter dem linken Ohr des Teilnehmers, und verwenden Sie eine Spritze, um Elektrodengel in die Sensoren an der EEG-Kappe einzufügen.

Um die Stimme des Teilnehmers während der Auswertungen zu erfassen, platzieren Sie ein Mikrofon vor dem Teilnehmer, und schließen Sie das Mikrofon an den Computer an, auf dem die Lab-Stream-Schicht ausgeführt wird. Wenn Sie als Nächstes das Lab-Stream-Layer-System einrichten, um die Streams von EEG-, Bewegungs-, Audio- und Mausklick-Zeitstempeln zu synchronisieren, öffnen Sie die Lab Recorder-App, öffnen und verknüpfen Sie die Lab-Stream-Layer-Apps für die Maus- und Audioaufnahme-Win-App, und öffnen Sie dann eine intern erstellte xsense-Synchronisierungs-App. Drücken Sie im Abschnitt Datensatz aus dem Stream der Lab-Recorder-App Update,um eine vollständige Liste der Streaming-Elemente zu erhalten, und aktivieren Sie die Kontrollkästchen für AudioCaptureWin'EEG'MouseButtons'Position'und TrackerKinematics', um Audio, EEG, Mausklicks und Bewegung durch das Lab-Stream-Layer-System zu verknüpfen.

Richten Sie die Aufzeichnung für die Aufnahme der Stiftbewegung, einschließlich des Stifttabletts und der Bewegungsanalysesoftware, ein, und platzieren Sie das Zeichentablett und den Tablettstift vor dem Teilnehmer. Schließen Sie das Tablet an den Computer an, auf dem die Bewegungsanalysesoftware aufgezeichnet wird, und kleben Sie ein Weißes Papier auf das Tablet. Drücken Sie dann die Aufzeichnung in der Lab-Stream-Schicht, der Motion-Capture-Software und der EEG-Aufnahmesoftware.

Klicken Sie am Anfang und Am Ende jeder Aufgabe auf die Zeitstempeltaste in der Motion-Capture-Software, um die Aufgabe mit einem Zeitstempel zu versehen. Vergessen Sie nicht, die tatsächliche Zeit aufzunoten, wenn Sie als Backup auf die Schaltfläche Zeitstempel klicken, sodass Sie die Aufgabe anhand der Zeitstempel identifizieren können, wenn Sie sich die Daten später ansehen. Für eine sofortige Benson komplexe Figur Kopie, weisen Sie den Teilnehmer an, die Benson-Figur auf dem Papier zu kopieren, und sich an das Design zu erinnern, da sie gebeten werden, das Design später wieder aus dem Speicher zu zeichnen.

Weisen Sie den Teilnehmer für Teil A eines Trailmaking-Tests an, eine Linie zwischen Kreisen zu zeichnen, die in aufsteigender Reihenfolge nummeriert sind. Um Teil B des Trailmaking-Tests durchzuführen, weisen Sie an, eine Linie zwischen Kreisen zu zeichnen, die entweder Zahlen oder Buchstaben in aufsteigender Reihenfolge enthalten, während sie zwischen den Zahlen und Buchstaben wechseln. Weisen Sie den Teilnehmer an, für eine Uhrzeichnungsaufgabe eine analoge Uhr mit den Zahlen eins bis zwölf zu zeichnen und die Uhrzeit auf zehn nach elf festzulegen.

Um eine verzögerte Benson-Komplex-Figur-Kopie durchzuführen, weisen Sie den Teilnehmer an, die Benson-Komplexfigur aus dem Gedächtnis auf einem leeren Blatt Papier zu zeichnen. Um einen Lüftertest für Vorwärtszahlen durchzuführen, weisen Sie den Teilnehmer an, die Zahlen zu wiederholen, die der Experimentator in derselben Reihenfolge laut ausliest. Weisen Sie den Teilnehmer bei einem Lüftertest für rückwärts zahlen an, die Zahlen zu wiederholen, die der Experimentator in umgekehrter Reihenfolge laut ausliest.

Positionieren Sie für eine Zeigeaufgabe ein Ziel vor dem Teilnehmer, um zu zeigen und zu berühren, und weisen Sie den Teilnehmer an, mit der dominanten Hand vierzig Mal auf das Ziel zu zeigen. Für eine Metronom-Zeigeaufgabe weisen Sie den Teilnehmer an, vierzig Mal auf das Ziel zu zeigen, während Sie ein Metronom setzen, um im Hintergrund bei 35 Schlägen pro Minute zu schlagen, aber nicht etwas über den Metronom-Beat anweisen. Für eine temporeiche Zeigeaufgabe weisen Sie den Teilnehmer an, vierzig Mal auf das Ziel zu zeigen, nachdem das Tempo des Metronom-Beats auf 35 Schläge pro Minute gesetzt wurde.

Um eine Wanderaufgabe durchzuführen, weisen Sie den Teilnehmer zunächst an, fünf Minuten lang natürlich durch den Raum zu laufen. Als nächstes weisen Sie den Teilnehmer an, natürlich durch den Raum zu gehen, während Sie das Metronom im Hintergrund für zwölf Schläge pro Minute schlagen. Dann weisen Sie den Teilnehmer an, natürlich durch den Raum zu gehen, während sie ihre Atemfrequenz auf den Metronom-Beat mit zwölf Schlägen pro Minute erhöhen.

Weisen Sie den Teilnehmer zunächst an, sich bequem zu setzen und eine Kamera vor dem Teilnehmer einzurichten. Weisen Sie den Teilnehmer für die Kontrollbewertung an, fünf Minuten lang ohne Reize auf einen Raum zu starren. Für die LächelnBewertung, weisen Sie den Teilnehmer an, ein lustiges Video für fünf Minuten zu sehen.

Bei jeder der Zeichnungsaufgaben schichteten die Patienten in dieser repräsentativen Studie neben den Kontrollen aus und unterschieden ihre individuellen stochastischen Signaturen der motorischen Variabilität nach der Movement Disorder Society, die die Parkinson-Krankheitsbewertungen skalieren, mit mittlerem Rang. Eine Aufgabe, auf ein räumliches Ziel zu zeigen, wird durchgeführt, um die verschiedenen Ebenen der volitionalen Kontrolle zu bewerten, und diese Abbildung veranschaulicht die Verschlechterung des Zentrums der Massenbahn, wenn der Schweregrad der Teilnehmer der Störung zunimmt. Mit diesem Test ist es möglich, jeden Subtyp des Patienten mit Parkinson-Krankheit zu unterscheiden und Veränderungen in den stochastischen Signaturen des Patienten von der Basislinie bis zu Metronom-assoziierten Pointing-Aufgaben sowohl spontaner als auch unangewiesener und absichtlicher und instruierter Fälle zu verfolgen.

In einer automatischen Walking-Bewertung, das Zentrum der Massenbahnen für Kontrollen und Patienten mit Parkinson-Krankheit, als mittelrangig von der Movement Disorders Society einheitliche Parkinson-Krankheit Bewertungen Skala Scores erhalten werden können. Anschließend kann eine stochastische Analyse der Gehaufgabe durchgeführt werden, bei der zwischen Patienten und Kontrollen sowie bei Patienten mit unterschiedlichen Schweregraden der Erkrankung unterschieden werden kann. Open Pose Software kann verwendet werden, um Bereiche des Gesichts zu ermitteln, die während einer bestimmten Aufgabe am aktivsten sind, und um den emotionalen Inhalt zu untersuchen, indem Bereichsübergänge über Emotionen während der Aufgaben ermittelt werden.

Durch die Integration digitaler biophysikalischer Signale für Das EEG, magnotometer motion und EKG durch die Verwendung von informationstheoretischen Messungen und Netzwerkkonnektivitätsanalysen ist es möglich, zwischen Patienten und Kontrollen und zwischen Patienten mit unterschiedlichem Schweregrad zu unterscheiden, indem die Netzwerkdichte untersucht wird. Anhand der digitalisierten Daten des Gehirns, das ein Körper signalisiert, können wir eine Vielzahl von Analysen anwenden, einschließlich Kreuzkorrelation und Cross-Coherency, um die Interaktivität zwischen verschiedenen Biosignalen zu charakterisieren. Unser Labor hat diese Methoden erweitert, um andere neurologische und Verhaltensstörungen, wie Schmerzen, zu charakterisieren und verkörperte Kognition zu studieren, und all diese behandeln verschiedene Fragen.