視覚誘発電位を利用したスポーツ脳震盪の客観的評価
2021年4月27日
脳震盪の潜在的な電気生理学的バイオマーカーとしてのSSVEPを調査するために、定常状態の視覚誘発電位を測定できるポータブルシステムが開発され、65人のアマチュアラグビー選手を18週間にわたって試験しました。選手のベースラインはシーズン前に測定され、信頼性、脳震盪、回復の評価の再テストは、それぞれ制御された期間内に実施されました。
VEPは、脳の健康に関連する情報を提供する定量的脳波信号の一種です。このプロトコルは、Nurochekヘッドセットをこの種のデータを収集するための客観的でポータブルでアクセス可能な方法としてサポートするための初期実現可能性データを提供します。このプロトコルにより、複雑な神経生理学的検査のセットアップや高度に熟練したデバイスオペレータを必要とせずに、さまざまな分野での潜在的なアプリケーションを備えた、ケアの時点でのVEPの迅速かつ容易な取得が可能になります。
私たちの知る限り、これはこれを可能にする最初のコンシューマデバイスです。Nurochek技術を使用してVEPを収集する能力により、臨床医は、傷害または疾患の前後、回復中、および生涯にわたって縦断的に神経学的機能における客観的な臨床所見を比較することができる。このシステムは他の疾患や状態にも適用できる可能性があり、その比較的控えめなコストは、研究者が低コストの発見に従事するために単独でまたは他のモダリティと共にそれを利用できることを意味する。
Nurochekシステムは簡単で使いやすいです。この技術は、技術の着用、信号の忠実度に必要なセンサーチェックの実行、および評価の完了のさまざまなステップを直感的にユーザーに案内します。充電済みのLCDスマートフォンをVRフレームに取り付けることから始めます。
15ヘルツの周波数で交互に並ぶ一連の白黒スクリーンからなるmp4ビデオファイルを合計30秒間生成します。乱数をビデオフレームの中央に配置し、5秒間隔で番号が変更されるようにします。飽和センサーをヘッドセットの黒いプラスチック製のアームに取り付け、カチッという感触が感じられてセンサーが安全になるまで、各センサーを時計回りに慎重に回します。
付属のフェルトセンサーを生理食塩水で完全に飽和させます。同意した参加者に、オフィスルームのような自然環境が差し込む静かな密閉された環境で椅子に座るように依頼する。参加者が着席している間に、ヘッドバンドを頭のてっぺんから下にスライドさせて、14チャンネルEEGヘッドセットを参加者の頭に合わせます。
国際10-20システムに従って電極を配置します。ヘッドセットの 2 つのフロント センサーを、参加者の生え際、または参加者の眉毛のおよそ 3 本の指の幅に合わせて配置します。参加者に、VRフレーム内のテストスマートフォンを目まで持ち、顔と鼻橋に当てて、両目が完全に覆われていることを確認し、焦点番号が画面の中央に表示され、フレームが環境光を遮断していることを確認するように依頼します。
参加者に、SSVEPテスト中は焦点番号に集中し、静かで静かにしておくことを通知します。スマートフォン画面の再生ボタンを押して視覚刺激ビデオを開始します。次に、参加者にVRフレームを正しい位置に顔の上に置きます。
カウントダウンストップウォッチを30秒間開始します。次に、14チャンネルEEGヘッドセットソフトウェアの録音開始ボタンを選択して録音を開始します。脳震盪の疑いのあるフィールドへの影響が記録され、チームドクターまたはプレーヤーのいずれかによって研究研究者に報告されるようにします。
チームドクターに、SCATの要素を使用してプレイヤーの意識状態または脳震盪に関連する一般的な徴候および症状のいずれかの存在を判断することに加えて、神経学的検査を実行させる。3 種類の評価をすべて経験したプレイヤーのペア T 検定を使用して、3 つの評価グループすべての平均 SNR を比較し、ボンフェローニ補正を利用して多重比較補正が適用されていることを確認します。テキスト原稿に記載されているように、視覚刺激と電極構成を含むポータブルSSVEPシステムを入手してください。
ポータブルSSVEPシステムのIFUに従って、iOSアプリケーションでサブジェクトアカウントを生成します。アプリを開き、[件名] タブを選択してから、[新しい件名の追加] ボタンを押します。IFU に従って SSVEP ヘッドセットをセットアップします。
ヘッドセットを完全に充電し、SSVEP iOS アプリケーションとペアリングでBluetoothます。付属のポリウレタンセンサーシリンダーを電極チャンネルに挿入し、通常の生理食塩水を使用して飽和させます。SSVEPヘッドセットを参加者の頭の上に置き、リアハウジングユニットの下側を参加者のイニオンの真上に置き、フロントバイザーハウジングを目と鼻ブリッジの上にしっかりと置き、ヘッドセットを弾性調整ストラップと固定バックルで締め付けます。
テストする前に、SSVEP iOS アプリケーションのインピーダンスの緑色のインジケータをチェックして、ヘッドセットと参加者の頭部が適切に接続されていることを確認します。参加者が快適であることを確認し、座っている間はじっとしていて、落ち着いていて、静かにしていて、ライトを見つめ、必要なときにだけ点滅するように指示します。iOSアプリケーションのテスト開始ボタンを押して、視覚刺激を開始します。
プロンプトが表示されたら、続行ボタンを押してテストの次の段階に進みます。SSVEP 評価が完了したら、SSVEP ヘッドセットを参加者の頭部から取り外します。被験者に最低30秒間リラックスさせます。
テスト再テストの信頼性値を取得するには、休憩期間後にSSVEPシステムでSSVEP評価プロトコルを繰り返します。次の脳波システムに進む前に、参加者に5分間休ませます。SSVEP評価のペアが正常に完了したら、参加者に目からフロントバイザーを取り外し、電極パッチを頭皮から慎重に取り外すように指示します。
参加者に、頭痛やめまいの存在を含む刺激に対する異常な反応を経験したかどうかを尋ねます。試験への参加を完了したことを通知する前に、回答を試験ログに記録します。コンマ区切り値ファイルとして出力されたモバイル管理ユーティリティソフトウェアを使用して、両方のSSVEPプライマリテストセットの生のSSVEP値をiOSデバイスからダウンロードします。
名前と日付を使用してファイルを保存します。各SSVEP読み取り値のSNRを使用して、異なるテストの結果を比較し、テストの再テストの信頼性を推定します。テキスト原稿に記載されているように、SSVEPが脳波システムによって検出されたかどうかを判断するための基準を概説する。
両方のシステムの正規化された平均 SNR 結果を 0 ~ 25 ヘルツの範囲で PSD を作成します。参加者の毛髪または皮膚は、生理食塩水飽和電極を使用して矯正された清潔なSSVEPを得るEEGシステムの能力に潜在的に影響する可能性がある。同じ視覚刺激によって生成されたが、異なるEEGシステムで記録された別の対照群の平均SSVEP値をPSDとしてグラフ化し、脳震盪を起こしていないプレイヤーのSSVEP応答について調査設定に対する明確な対照を設定することができた。
オールインワンポータブルSSVEPシステムは、一般集団の健康な対照者にも使用され、異なる電極システムと初期のSSVEPセットアップからわずかに変化した刺激でラグビーのスポーツに指定されていませんでした。したがって、それらの中央値と平均SNR値は比較に有効ではありませんでした。さらに、システムのEEG技術の精度は、従来の臨床グレードのEEGシステムに対する合意研究を通じて検証され、同様のICC値0.83が返されました。
単一の対照参加者のSSVEP応答のPSDを、SSVEPシステムおよび臨床脳波システムによって測定した。2回目の繰り返しで、SSVEPを生成するための2つのシステムの全体的な精度は、両方のシステムが15ヘルツ周波数でのみ顕著なSNRを有することを示しました。被写体に対するNurochekヘッドセットの適切な位置決めは、きれいな読み取り値を得るために重要です。
また、問題が発生した場合、システムは非常に単純なので、読み取りを繰り返すことはめったに問題になりません。主要な病院の遠い領域から視覚誘発電位の記録を取る能力を有するNurochekの開発に続いて、患者のいくつかの神経学的状態は、傷害の前後に追跡することができ、その進行を何年も追跡することができる。
概要
この研究では、ラグビー選手の脳震盪評価における電気生理学的バイオマーカーとしての可能性を探るため、定常状態視覚誘発電位（SSVEP）を測定するためのポータブルシステムを提示します。Nurochekヘッドセットは18週間にわたり評価され、シーズン前にベースライン測定が行われ、その後の信頼性と回復評価のためのテストが行われました。
主要な研究要素
科学の分野
- 神経生理学
- スポーツ医学
- 電気生理学
背景
- 視覚誘発電位（VEP）は脳の健康に関連する有益な信号です。
- 脳震盪評価のためのアクセス可能で客観的な方法の必要性が重要です。
- Nurochekシステムはポータブルなソリューションでこの要件を満たすことを目指しています。
- 初期の実現可能性データは、様々な神経学的状態における潜在的な臨床応用を示しています。
研究の目的
- SSVEPを測定するためのポータブルシステムを開発し、試験すること。
- 脳震盪のバイオマーカーとしてのSSVEPの信頼性と有効性を評価すること。
- 従来の神経生理学的方法と比較してシステムの有用性を評価すること。
使用された方法
- 主なプラットフォームはSSVEP測定用に設計されたポータブルEEGヘッドセットです。
- 生物学的モデルには脳震盪評価を受けるアマチュアラグビー選手が含まれます。
- 研究のタイムラインには、シーズン前のベースライン評価に続いて、制御された間隔での脳震盪と回復評価が含まれます。
- 評価には視覚刺激の提示中にVEPデータの記録が含まれます。
- 測定の忠実性と信頼性を確保するために複数の評価が行われました。
主な結果
- NurochekヘッドセットはSSVEPを評価するための信頼性の高いデータを提供し、脳震盪回復に関する洞察につながりました。
- 比較分析により、脳震盪の前後のSSVEP結果に有意な違いが示されました。
- 参加者は、脳震盪の状態に関連する視覚刺激に対する神経生理学的反応に明らかな変化を示しました。
- 結果は、Nurochekシステムが従来のテスト方法の代替手段としての実行可能性を支持しました。
結論
- この研究は、スポーツ環境での脳震盪評価のためのNurochekヘッドセットの実現可能性を示しています。
- 結果は、選手の神経学的機能のモニタリングにSSVEPの使用を支持しています。
- 影響には、脳震盪管理戦略の改善と様々な環境での神経生理学的評価の利用可能性の向上が含まれます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Objective neurophysiological biomarkers are critical for de-risking target validation in CNS drug development, particularly for traumatic brain injury indications. The portable SSVEP system enables quantitative, repeatable assessment of visual pathway integrity, supporting mechanistic understanding of concussion pathophysiology. This approach enhances predictive confidence in early discovery by providing translatable electrophysiological readouts that align with clinical recovery milestones.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of visual cortex function as a proxy for global brain health following neurological insult.
- Operational Value: Provides a portable, standardized method for longitudinal tracking of neurophysiological responses in disease models.
- Predictive Value: Supports target hypothesis testing by correlating SSVEP amplitude changes with injury and recovery states.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Delivers quantifiable SNR outputs at 15 Hz frequency, enabling dose-response and time-course analyses.
- Reproducibility: Demonstrates high test-retest reliability, supporting assay standardization across sites and operators.
- Scalability: Uses consumer-grade hardware (smartphone, VR frame) to reduce cost and increase accessibility for large-scale screening.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Mirrors clinical concussion assessment protocols, facilitating cross-species validation of biomarkers.
- Mechanistic De-risking: Identifies electrophysiological dysfunction linked to mTBI, informing target engagement and pathway modulation studies.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables objective stratification of models based on neurophysiological recovery, improving go/no-go decisions.
Pipeline & Workflow Integration
The SSVEP assay fits within the discovery continuum from target validation through preclinical efficacy, offering a non-invasive readout of neural circuit function relevant to CNS therapeutics.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by probing sensory processing networks affected in traumatic brain injury models.
- Screening: Enables compound evaluation through repeated, quantitative SNR measurements pre- and post-intervention.
- Analytics: Generates frequency-specific power spectra and normalized SNR values for statistical comparison across experimental groups.
- Translational Research: Aligns with clinical recovery timelines, supporting biomarker qualification efforts in mTBI models.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable neurophysiological platform applicable across multiple indication areas requiring objective brain function assessment.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation through objective, quantifiable neurophysiological data.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via automated stimulus delivery and standardized electrode placement.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of target-related neurophysiological effects, reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization of CNS candidates by providing translatable biomarkers of target engagement and functional recovery.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrophysiology and neuroscience for proper study design and data interpretation.
- Dependent on EEG acquisition hardware and stimulus delivery systems (smartphone, VR frame, Bluetooth-enabled headset).
- Necessitates cross-team standardization of protocols for electrode placement, stimulus parameters, and SNR analysis.
- Must account for individual variability in skull thickness, hair density, and ocular fixation when adapting across model systems.
- Limited by signal quality in populations with high movement artifact or visual impairment, necessitating controlled testing environments.
Biopharma FAQs
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
