パーキンソン病における運動と認知機能の動的デジタルバイオマーカー

このプロトコルは、認知と運動の重症度によって異種性パーキンソン病を階層化するのに役立ちます。ウェアラブルセンサーを使用して、医師が一般的に使用する臨床タスクをデジタル化することができます。神経系の異なる機能レベルにわたる活動を共同登録することにより、我々はパーキンソン病の動的なデジタルバイオマーカーを生成するために、認知、運動、および感情の非常に有益なパラメータを同定する。

この研究は、特定の治療または治療を受けるコホート全体の進化と共に、神経疾患のシグネチャをパーソナライズされた方法で特徴付け、追跡するための統一された枠組みを提供する。この技術は、分子から細胞、行動に至るまでの自己生成生物学的活動によって生じる統計的変動性のシグネチャの変化を動的に追跡するための統一された統計的プラットフォームを提供します。複数のソフトウェアをストリーミングするには多くのコンピュータメモリが必要なので、計算能力の高いコンピュータを使用することをお勧めします。

私たちは、自然な動きの間に、脳、体、心臓を同時に記録するために複数のデバイスを使用するので、ビデオなどの動的媒体がこれを最もよく説明するでしょう。私の研究室の手順をデモンストレーションすることは、大学院生のジヒエ・リュウとジョセフ・ベロです。参加者からインフォームド・コンセントを得た後、参加者の身体寸法を測定して、モーションキャプチャシステムで自分の体のアバターを作成できるようにします。

次に、17個のワイヤレスモーショントラッキングセンサーとモーショントラッキングソフトウェアを含むモーションキャプチャシステムを設定します。指示されているように、すべての身体部分にセンサーを配置し、妨げられない動きを可能にするために、ストラップバンドでセンサーを固定します。すべてのセンサーが配置されたら、参加者の位置を調整してアバターを作成します。

EEGデバイスと録音ソフトウェアを設定するには、頭皮全体に31個のチャンネルセンサーを配置し、記録装置をヘッドの背面に置きます。最後のチャンネルセンサーをコネクタに取り付けて心臓信号を測定し、参加者の胃の左側にセンサーを配置します。次に、参加者の左耳の後ろのリファレンスチャンネルセンサーに取り付け、注射器を使用してEEGキャップのセンサーに電極ゲルを挿入します。

評価中に参加者の声をキャプチャするには、参加者の前にマイクを置き、ラボ ストリーム レイヤーを実行するコンピューターにマイクを接続します。次に、EEG、モーション、オーディオ、およびマウスクリックのタイムスタンプのストリームを同期するようにラボストリームレイヤーシステムを設定するには、ラボレコーダーアプリを開き、マウスとオーディオキャプチャwinアプリ用のラボストリームレイヤーアプリを開いてリンクし、社内で構築されたxsense同期アプリを開きます。ラボレコーダーアプリのストリームセクションからのレコードで、Update'を押してストリーミング項目の完全なリストを取得し、AudioCaptureWin'EEG'MouseButtons'PositionとTrackerKinematicsのボックスをオンにして、オーディオ、EEG、マウスクリック、およびラボストリームレイヤーシステムを介したモーションをリンクします。

ペンタブレットや動き解析ソフトウェアを含むペンの動きをキャプチャするための記録を設定し、描画タブレットとタブレットペンを参加者の前に配置します。移動解析ソフトウェアが記録されるコンピュータにタブレットを接続し、タブレットにホワイト ペーパーをテープで貼ります。次に、ラボストリームレイヤー、モーションキャプチャソフトウェア、およびEEG記録ソフトウェアでレコードを押します。

各タスクの開始と終了で、モーション キャプチャ ソフトウェアのタイム スタンプ ボタンをクリックして、タスクのタイムスタンプを指定します。タイム スタンプ ボタンをクリックしたときに実際の時間をバックアップとして書き留めるので、後でデータを見ると、タイムスタンプからタスクを識別できます。ベンソンの複雑な図形のコピーをすぐに使用する場合は、後でメモリからデザインを再描画するように求められるため、ベンソンの図を紙にコピーし、デザインを覚えておくように指示します。

証跡作成テストのパート A では、参加者に、昇順で番号が付いた円の間に線を引くように指示します。トレイル作成テストのパート B を実行するには、数字と文字を交互に使用しながら、数字または文字を含む円の間に線を引くように指示します。時計を描画するタスクの場合は、参加者に 1 から 12 までの数字でアナログ時計を描画し、時間を 11 時 10 分の 10 に設定するように指示します。

ベンソンの複雑な図のコピーを遅らせるには、参加者にベンソンの複雑な図を空白の紙にメモリから描くように指示します。前方番号ファンテストを行うには、実験者が同じ順序で大声で読み上げる番号を繰り返すように参加者に指示します。逆方向のファン テストの場合は、実験者が逆の順序で大声で読み上げる番号を繰り返すように参加者に指示します。

ポインティング タスクの場合、ターゲットを参加者の前に配置してポイントしてタッチし、参加者に対して、優勢な手で自己ペースでターゲットを 40 回ポイントするように指示します。メトロノームポインティングタスクの場合は、参加者に自己ペースで40回ポイントするように指示し、メトロノームをバックグラウンドで毎分35拍に設定しますが、メトロノームビートについては何も指示しないでください。ペースの速いポインティングタスクの場合は、1分間に35拍に設定されたメトロノームビートのペースに続いて、目標を40回指し示します。

歩行作業を行うためには、まず5分間、自然に部屋の周りを歩くように指示します。次に、1分間に12拍のメトロノームをバックグラウンドで打つように設定しながら、部屋の周りを自然に歩くように指示します。その後、毎分12拍に設定されたメトロノームビートに彼らの呼吸速度をペースしながら、部屋の周りを自然に歩くように参加者に指示します。

顔のビデオの場合は、まず、参加者に快適に座って、参加者の前にカメラを設置するように指示します。制御評価では、参加者に対して、5分間の刺激を受けずに空間を見つめる指示を行います。笑顔の評価のために、参加者に面白いビデオを5分間見るように指示します。

各描画タスクでは、この代表的な研究の患者は、運動障害協会統一パーキンソン病評価尺度中位スコアに従って運動変動の個々の確率的シグネチャを区別し、コントロールとは別に階層化した。様々なレベルの意志制御を評価するために、容量目標を指すタスクが実行され、この図は、この障害の参加者の重症度が高くなるにつれて、質量軌道の中心の劣化を示している。このアッセイを用いて、パーキンソン病患者の各サブタイプを区別し、患者の確率的シグネチャのベースラインから、自発的および指示されていない、意図的かつ指示された症例の両方のメトロノーム関連のポインティングタスクへの変化を追跡することができる。

自動歩行評価では、運動障害学会がパーキンソン病評価尺度スコアを統一した中ランクのパーキンソン病患者と対照のための質量軌道の中心を得ることができる。歩行作業の確率的分析を行い、患者とコントロールの間で、および疾患の異なる重症度を有する患者の間で分化することができる。オープンポーズソフトウェアを使用すると、特定のタスク中に最もアクティブな顔の領域を確認したり、タスク中に感情間の領域遷移を確認して感情的なコンテンツを調査したりできます。

EEG、マグノトメータモーション、EKGのデジタル生体物理信号を統合し、情報理論測定とネットワーク接続解析を用いることで、患者とコントロールを区別し、重症度の異なる患者間で、ネットワークの密度を調べることで区別することが可能です。脳のデジタル化されたデータを使用して、身体信号を信号として、相互相関や相互一貫性など、さまざまな分析を適用して、異なるバイオ信号モード間の相互活動性を特徴付けることができます。私たちの研究室は、痛みなどの他の神経学的および行動障害を特徴付け、具現化された認知を研究するためにこれらの方法を拡張し、これらのすべてが異なる質問に対処しています。