Artykuł metodologiczny

Obiektywna ocena wstrząśnienia mózgu podczas uprawiania sportu z wykorzystaniem wizualnych potencjałów wywołanych

3.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/62082

⸱

27 kwietnia 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering, Faculty of Engineering and Information Technologies, University of Sydney, 2HeadsafeIP, 3Department of Rehabilitation Medicine, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, 4St Vincent's Clinical School, Faculty of Medicine, University of New South Wales

W tym artykule

Podsumowanie

Przenośny system zdolny do pomiaru potencjałów wizualnych w stanie ustalonym został opracowany i przetestowany na 65 amatorskich graczach rugby przez 18 tygodni w celu zbadania SSVEP jako potencjalnego elektrofizjologicznego biomarkera wstrząsu mózgu. Punkty wyjściowe zawodników zostały zmierzone przed sezonem, a ponowne testy pod kątem niezawodności, wstrząsu mózgu i oceny rekonwalescencji były przeprowadzane odpowiednio w kontrolowanych okresach czasu.

Streszczenie

Przenośny system zdolny do pomiaru potencjałów wizualnych w stanie ustalonym (SSVEP) został opracowany w celu zapewnienia obiektywnej, wymiernej metody testowania elektroencefalogramu (EEG) po traumatycznym wydarzeniu. W tym badaniu przenośny system został użyty na 65 zdrowych graczach rugby przez cały sezon, aby określić, czy SSVEP jest wiarygodnym elektrofizjologicznym biomarkerem wstrząsu mózgu. Przed sezonem rozgrywek wszyscy zawodnicy przeszli podstawową ocenę SSVEP. W trakcie sezonu zawodnicy byli ponownie testowani w ciągu 72 godzin od meczu pod kątem wiarygodności testu lub oceny po kontuzji. W przypadku zdiagnozowanego medycznie wstrząśnienia mózgu, zawodnicy byli ponownie oceniani, gdy lekarze uznali, że wyzdrowieli. System SSVEP składał się ze smartfona umieszczonego w ramce VR dostarczającego bodziec migotania o częstotliwości 15 Hz, podczas gdy bezprzewodowy zestaw słuchawkowy EEG rejestrował aktywność potyliczną. Gracze zostali poinstruowani, aby wpatrywać się w punkt fiksacji ekranu, pozostając w pozycji siedzącej i cicho. Elektrody zostały ułożone zgodnie z nomenklaturą pozycjonowania EEG 10-20, przy czym O1-O2 to kanały rejestrujące, a P1-P2 to odpowiednio odniesienia i odchylenia. Wszystkie dane EEG zostały przetworzone przy użyciu filtra pasmowoprzepustowego Butterwortha, transformacji Fouriera i normalizacji w celu konwersji danych do analizy częstotliwości. Odpowiedzi SSVEP graczy zostały określone ilościowo w stosunku sygnału do szumu (SNR), przy czym 15 Hz jest pożądanym sygnałem, i podsumowane w odpowiednich grupach badawczych w celu porównania. Zaobserwowano, że gracze ze wstrząśnieniem mózgu mają znacznie niższy SNR w porównaniu z ich wartością wyjściową; jednak po wyzdrowieniu ich stosunek do wartości rynkowej nie różnił się znacząco od wartości wyjściowej. Test-retest wykazał wysoką niezawodność urządzenia dla systemu przenośnego. Ulepszony przenośny system SSVEP został również przetestowany pod kątem sprawdzonego wzmacniacza EEG, aby upewnić się, że projekt badawczy jest w stanie uzyskać pomiary EEG o jakości badawczej. Jest to pierwsze badanie, które identyfikuje różnice w reakcjach SSVEP u sportowców amatorów po wstrząśnieniu mózgu i wskazuje na potencjał SSVEP jako pomocy w ocenie i leczeniu wstrząsu mózgu.

Wprowadzenie

Ludzie w dzisiejszych czasach są bardzo świadomi zachorowalności spowodowanej urazami mózgu w sporcie1. Wstrząśnienie mózgu związane ze sportem (SRC) jest formą łagodnego urazowego uszkodzenia mózgu (mTBI), które jest często zgłaszane w sportach kontaktowych, takich jak piłka nożna, rugby i boks2,3,4. Biomechaniczna transdukcja siły impulsywnej do mózgu po uderzeniu w boisko powoduje zakłócenie funkcji neuronów, co prowadzi zarówno do natychmiastowych, jak i przejściowych objawów, które wpływają na stan fizyczny, poznawczy i emocjonalny sportowca1,5. W większości przypadków objawy te ustępują w krótkim czasie, pod warunkiem, że sportowiec jest odpowiednio leczony i nie jest narażony na dalsze skutki6.

Ponieważ SRC jest szkodliwe dla zdrowia neurologicznego zawodników, organy zarządzające sportem stoją przed wyzwaniem zastosowania dokładnej i terminowej diagnozy wstrząsu mózgu, aby umożliwić bezpieczny protokół powrotu do gry5,7,8,9. Jednak wykrycie wstrząsu mózgu może być wykluczone przez sportowców, którzy minimalizują lub zaprzeczają objawom, aby uniknąć diagnozy wstrząsu mózgu, przyspieszając w ten sposób powrót do gry. Działania te mogą potencjalnie zwiększyć ryzyko wystąpienia zespołu drugiego uderzenia, stanu, w którym szybki obrzęk mózgu tworzy się po drugim urazie głowy podczas fazy rekonwalescencji po wstrząśnieniu mózgu10. Dodatkowo, ze względu na brak edukacji na temat diagnozy wstrząsu mózgu i zmienny charakter jego fizjologicznej definicji, nierzadko zdarza się, że SRC nie jest zgłaszane lub błędnie diagnozowane11. Niestety, długie okresy powtarzających się i niewłaściwie leczonych wstrząśnień mózgu mogą prowadzić do szeregu przewlekłych zaburzeń neurologicznych, takich jak przewlekła encefalopatia pourazowa (CTE), która jest silnie związana z SRC12,13,14.

W celu zwalczania wyzwań związanych z SRC, organizacje sportowe korzystają z różnych narzędzi do oceny wstrząsu mózgu. Najczęściej używanym i dostępnym narzędziem, Sports Concussion Assessment Tool (SCAT), jest standaryzowany test papierowy, który obejmuje oceny fizyczne i poznawcze w połączeniu ze skalowanym raportowaniem objawów15,16. Jednak wcześniejsze badania wykazały, że zgłaszanie objawów jest subiektywne i niewiarygodne, identyfikując różnice płci w grupach mTBI i wartości odstające w grupie kontrolnej17,18. Bardziej zaawansowane narzędzia, które są wykorzystywane na poziomie profesjonalnym, takie jak narzędzie do natychmiastowej oceny wstrząsu mózgu (ImPACT), które działa jako skomputeryzowany test neurokognitywny (CNT), również padają ofiarą manipulacji, ponieważ wymagają aktywnego udziału i wysiłku ze strony sportowca. Pomimo wbudowanych kontroli manipulacji w CNT, badania wykazały, że są one podatne na efekty sufitu i cierpią z powodu niskiej niezawodności19,20. Ograniczenia tych istniejących narzędzi oceny w połączeniu z bardziej publicznym zrozumieniem istotnych skutków zdrowotnych SRC spowodowały pilne zapotrzebowanie na obiektywny biomarker, który mógłby dokładnie i w odpowiednim czasie zdiagnozować wstrząs mózgu.

Jedną z dziedzin, która okazała się obiecująca w identyfikacji obiektywnego biomarkera wstrząsu mózgu, jest elektrofizjologia. Pojawiają się dowody na to, że potencjały związane ze zdarzeniami, w szczególności wzrokowe potencjały wywołane (VEP), są upośledzone po wstrząśnieniu mózgu21,22. Jeden podzbiór VEP; Potencjały wywołane wzrokowe w stanie ustalonym (SSVEP) to obiektywna, mierzalna fluktuacja aktywności elektrycznej, która występuje w mózgu w odpowiedzi na określony zestaw bodźców wzrokowych, mierzona za pomocą technologii elektroencefalogramu (EEG)23,24. SSVEP oferuje zwiększoną odporność na artefakty szumowe i zmienną impedancję styku w porównaniu z konwencjonalnymi pomiarami VEP. Ponadto, ze względu na kontrolowaną częstotliwość bodźca wzrokowego, następuje zmniejszenie synchronizacji między zapisami EEG a bodźcem, co skutkuje bardziej uproszczonym modelem elektrycznym25,26. Podejście to zostało zweryfikowane pod kątem częstotliwości w zakresie 12-15 Hz, co daje optymalną odpowiedź istotności dla bodźców typu migotanie27. Ogólnie rzecz biorąc, te zalety oznaczają, że SSVEP oferuje bardziej niezawodny pomiar elektrofizjologiczny, który może być stosowany w warunkach nieklinicznych, takich jak boiska sportowe i gabinety lekarskie. Ta poboczna możliwość zastosowania w połączeniu z pozytywnymi wynikami technologii w dotychczasowej literaturze sprawia, że jest ona obiecującym kandydatem do identyfikacji obiektywnego biomarkera SRC.

Celem tego badania było zbadanie potencjalnych różnic w SSVEP, które zostały zarejestrowane u sportowców, którzy zostali ocenieni przez doświadczonego lekarza sportowego jako zdrowi, wstrząśnieni mózgu lub wyleczeni z niedawnego wstrząsu mózgu. Metodologia badania obejmowała 65 amatorskich zawodników rugby union płci męskiej rutynowo ocenianych za pomocą przenośnego systemu SSVEP przez 18-tygodniowy sezon rywalizacji. Zawodnicy muszą zostać poddani ocenie pod kątem punktu odniesienia przed rozpoczęciem treningu w pełnym kontakcie i ponownie ocenieni w ciągu 72 godzin po rozegraniu meczu. Zawodnicy, którzy doznali kontuzji w trakcie sezonu, zostali ocenieni pod kątem wstrząśnienia mózgu przez lekarza zespołu i ponownie ocenieni za pomocą systemu SSVEP w celu odczytów po kontuzji i rekonwalescencji. Ponadto badanie to rozszerza swój protokół, aby zweryfikować zdolność przenośnego systemu SSVEP do uzyskiwania odczytów EEG o jakości badawczej, które mogą potencjalnie pomóc w bocznej ocenie SRC.

Protokół

Zgody na pierwszą część protokołu zostały uzyskane od Komisji Etyki Badań nad Ludźmi (HREC) okręgu South Eastern Sydney Local Health District (ESLHD). Wszyscy zawodnicy otrzymali szczegółowe arkusze informacji dla uczestników, a przed przystąpieniem do badania uzyskano ich zgodę (numer referencyjny SESLHD-HREC: 17/039 HREC/17/POWH/91).

Zgoda na wykorzystanie ulepszonego systemu przenośnego do badania została uzyskana z Bellberry Human Research Ethics Committee (HREC). Wszyscy uczestnicy grupy kontrolnej otrzymali szczegółowe arkusze informacyjne dla uczestników, a przed przystąpieniem do badania uzyskano ich zgodę (numer referencyjny HREC: 1802VEPEEG-CER).

1. Przesiewowe badanie uczestników i wyrażenie zgody

  1. Zrekrutuj uczestników z jednego klubu rugby union przed rozpoczęciem sezonu rozgrywkowego. Uczestnicy muszą być zdrowymi, anglojęzycznymi mężczyznami (powyżej 18 roku życia), będącymi członkami amatorskiej drużyny rugby union (Rysunek 1).
    1. Ze względu na migoczący charakter bodźców wzrokowych, upewnij się, że uczestnicy nie spełniają żadnego z poniższych rygorystycznych kryteriów wykluczenia: rozpoznanie lub objawy epilepsji, istniejące i/lub przebyte urazy mózgu lub prawnie stwierdzona ślepota.
    2. Poinformuj uczestników o obowiązku rzetelnego zgłaszania wszelkich objawów po urazie na boisku lekarzowi, który przekaże te informacje odpowiednim badaczom prowadzącym badanie. Uczestnicy muszą mieć świadomość, że udział w badaniu wymaga co najmniej dwóch sesji testowych SSVEP w ciągu sezonu, z możliwością przeprowadzenia dodatkowych testów w przypadku wystąpienia wstrząśnienia mózgu.

2. Konfiguracja aparatury do badania SSVEP

  1. Umieść naładowany smartfon z wyświetlaczem ciekłokrystalicznym (LCD) w goglach do wirtualnej rzeczywistości (VR) (Rycina 2A; patrz Tabela materiałów).
    1. Wygeneruj plik wideo .mp4 składający się z sekwencji czarnych i białych ekranów naprzemiennie zmieniających się z częstotliwością 15 Hz przez łącznie 30 s. Umieść losową liczbę w centrum klatki wideo (zajmującą mniej niż 2% ekranu pod kątem widzenia 1,5°), aby uczestnicy mogli skupić na niej wzrok podczas stymulacji. Upewnij się, że liczba zmienia się w odstępach 5 s, aby zachęcić do utrzymania uwagi (Rycina 2B).
    2. Prześlij utworzony plik wideo na smartfon i wyświetl go przy pełnej jasności (minimum ~490 nitów), co będzie służyć jako bodziec wizualny systemu SSVEP.
  2. Naładuj bezprzewodowy 14-kanałowy zestaw słuchawkowy EEG, który zostanie użyty jako główny rejestrator EEG (Rycina 3A).
    1. Sparuj zestaw słuchawkowy z pobliskim komputerem za pomocą dołączonego uniwersalnego odbiornika USB (dongle). Włóż odbiornik do portu USB komputera, włącz zestaw słuchawkowy przyciskiem zasilania, otwórz oprogramowanie do 14-kanałowego zestawu EEG na komputerze i wybierz przycisk Connect w aplikacji obok wyświetlanego identyfikatora zestawu słuchawkowego (patrz Tabela materiałów).
  3. Całkowicie nasącz dołączone filcowe sensory roztworem soli fizjologicznej.
    1. Zainstaluj nasączone sensory w czarnych plastikowych ramionach zestawu słuchawkowego, delikatnie obracając każdy sensor zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż do usłyszenia kliknięcia i poczucia stabilnego osadzenia sensora.

3. Ocena wyjściowa uczestników

  1. Uzyskaj zgodę od wszystkich uczestników, którzy przeszli pytania przesiewowe, na udział w badaniu przed rozpoczęciem sezonu rugby.
  2. Poproś zgodnych uczestników o zajęcie miejsca na krześle w cichym, zamkniętym pomieszczeniu z naturalnym oświetleniem otoczenia, np. w gabiecie. Gdy uczestnicy usiądą, załóż na ich głowy 14-kanałową zestaw słuchawkowy EEG, przesuwając opaskę w dół od czubka głowy. Rozmieść elektrody zgodnie z międzynarodowym systemem 10-20 (Ryc. 3B)28,29. Ustaw dwa przednie czujniki zestawu w linii z linią włosów uczestnika lub mniej więcej na szerokość trzech palców powyżej brwi.
    UWAGA: Jeśli uczestnicy mają gęste włosy, wprowadź czujnik pod włosy i dodaj dodatkową sól fizjologiczną. Jeśli badany poruszy się z nieruchomej pozycji siedzącej lub nastąpi zmiana warunków środowiskowych podczas oceny, może wystąpić artefakt (Ryc. 4), a dane SSVEP nie powinny być zbierane do analizy (należy je odrzucić).
    1. Użyj elektrod potylicznych (O1 i O2) jako głównych elektrod rejestrujących oraz elektrod ciemieniowych (P3 i P4) jako elektrod uziemiających i wspólnych (referencyjnych) (Ryc. 3B).
  3. Przed przystąpieniem do testów upewnij się, że istnieje odpowiednie połączenie między zestawem a głową uczestnika, korzystając z oprogramowania do kontroli jakości kontaktu. Zielone elektrody wskazują dobrą jakość kontaktu (<20 kOhms) zgodnie ze standardami producenta.
    1. W przypadku nieosiągnięcia dobrej jakości kontaktu dla wszystkich interesujących kanałów elektrod (O1, O2), ponownie nasyć czujniki roztworem soli fizjologicznej i sprawdź ich położenie, aby upewnić się, że czujniki przylegają do skóry głowy tak ściśle, jak to możliwe.
      UWAGA: Dobrą jakość kontaktu należy uzyskać, aby zapewnić przewodnictwo elektryczne między skórą głowy a elektrodami, minimalizując potencjalne artefakty (Ryc. 4).
  4. Poproś uczestników, aby trzymali testowy smartfon w ramce VR przed oczami, tak aby przylegał on do twarzy i grzbietu nosa, zapewniając całkowite zakrycie obu oczu.
    1. Poproś uczestników o potwierdzenie, że liczba ogniskowa jest widoczna w centrum ekranu i że ramka blokuje światło otoczenia.
  5. Zdejmij ramkę VR z twarzy uczestników i poinformuj ich, że teraz zostanie uruchomione wideo ze bodźcem wizualnym. Następnie oddaj im ramkę VR, aby ponownie założyli ją w tej samej pozycji, co w kroku 3.4.1.
    1. Przypomnij uczestnikom, że mają skupić się na liczbie ogniskowej oraz pozostać w bezruchu i ciszy przez cały czas trwania testu SSVEP.
  6. Uruchom wideo ze bodźcem wizualnym, naciskając przycisk Play na ekranie smartfona, a następnie poproś uczestnika o założenie ramki VR na twarz (zgodnie z krokiem 3.4).
  7. Poproś uczestników o potwierdzenie, że ramka VR znajduje się w prawidłowej pozycji zgodnie z krokiem 3.4. Po potwierdzeniu uczestnika jednocześnie uruchom stoper odliczający 30 s, a następnie wybierz przycisk Start Recording w oprogramowaniu 14-kanałowego zestawu EEG, aby rozpocząć rejestrację z zestawu EEG.
  8. Po upływie 30 s zatrzymaj rejestrację EEG, wybierając przycisk Stop w oprogramowaniu 14-kanałowego zestawu EEG.
    1. Zdejmij ramkę VR z oczu uczestników i poinformuj ich, że pierwsza ocena SSVEP została zakończona.
  9. Zapisz zarejestrowaną odpowiedź SSVEP na koncie lokalnym, klikając przycisk Saved Sessions w oprogramowaniu 14-kanałowego zestawu EEG. Eksportuj zapisany plik w formacie European Data Format (EDF) na preferowane urządzenie do przechowywania danych.
    UWAGA: Pliki EDF powinny być opisane inicjałami uczestnika, datą, godziną oraz rodzajem przeprowadzonego testu (bazowy, po urazie lub w fazie regeneracji) w celu identyfikacji i archiwizacji.
  10. Powtórz protokół oceny SSVEP (kroki 3.2 do 3.9) w krótkim odstępie czasu po kroku 3.9.
    ​UWAGA: Jest to przeprowadzane jako drugi odczyt z dwóch ocen i pozwala na uzyskanie konsekwentnie wyraźniejszego odczytu EEG.
  11. Po pomyślnym zakończeniu obu ocen SSVEP poproś uczestnika o zdjęcie ramki VR z oczu, a następnie ostrożnie zdejmij zestaw słuchawkowy z głowy uczestnika.
    1. Wyjmij czujniki elektrod z zestawu i przechowuj je w odpowiednim etui ochronnym do następnego użycia, aby zapobiec korozji elektrod zestawu przez sól fizjologiczną.
    2. Przed schowaniem obu elementów sprzętu do odpowiednich etui do następnego użycia, przemyj zestaw słuchawkowy oraz smartfon z ramką chusteczkami nasączonymi alkoholem izopropylowym (70%).
  12. Zapytaj uczestnika, czy wystąpiły jakiekolwiek nieprawidłowe reakcje na bodziec, w tym obecność bólu głowy lub zawrotów głowy. Zapisz odpowiedź w dzienniku badania.
  13. Poinformuj uczestnika, że zakończył testy bazowe i zostanie ponownie oceniony w ciągu 72 h od następnego meczu konkurencyjnego w sezonie.

4. Ocena po urazie

  1. Należy upewnić się, że każde uderzenie w głowę, w przypadku którego podejrzewano wstrząśnienie mózgu, zostało odnotowane i zgłoszone badaczowi badania przez lekarza drużynowego lub zawodnika.
  2. W ciągu 72 h od zdarzenia należy przeprowadzić oceny po urazie u wszystkich zawodników zgłoszonych w kroku 4.1, stosując protokół SSVEP opisany w sekcji 3.
  3. Należy zapewnić, aby wszyscy zawodnicy przeszli ocenę SSVEP po urazie, która zostanie przeanalizowana przez lekarza drużynowego (patrz sekcja 5) w celu ustalenia, kiedy zawodnik powrócił do zdrowia po urazie i może wznowić pełne treningi kontaktowe oraz mecze. Należy dopilnować, aby diagnoza lekarza drużynowego została zapisana do celów badawczych.
    1. Należy poinformować zawodnika, że zostanie on ponownie oceniony za pomocą systemu SSVEP, gdy lekarz drużynowy uzna, że powrócił on do zdrowia.

5. Kliniczna ocena wstrząśnienia mózgu

  1. Należy zapewnić, aby wszyscy zawodnicy zostali poddani ocenie przez lekarza zespołu w ciągu 72 h od potencjalnego uderzenia mogącego spowodować wstrząśnienie mózgu.
    UWAGA: Lekarz zespołu musi być licencjonowanym praktykiem z doświadczeniem klinicznym w ocenie urazów sportowych i posiadać zatwierdzenie przez odpowiedni organ zarządzający daną dyscypliną sportu.
    1. Lekarz zespołu powinien przeprowadzić badanie neurologiczne, a dodatkowo wykorzystać elementy narzędzia Sport Concussion Assessment Tool (SCAT), aby określić stan świadomości zawodnika oraz obecność typowych objawów i symptomów związanych z wstrząśnieniem mózgu15.
      UWAGA: Oceny są dokonywane w odniesieniu do typowego sposobu bycia i zachowania zawodnika.
  2. Zgodnie z wytycznymi Graduated Return to Play (GRTP) opracowanymi przez Rugby Australia30, należy zapewnić, aby zawodnik został ponownie oceniony przez tego samego lekarza zespołu w ciągu 48 h od diagnozy wstrząśnienia mózgu, a następnie po każdym treningu aż do momentu uzyskania zgody na powrót do gry30.
  3. Należy zapewnić, aby zawodnicy przeszli końcową ocenę u lekarza zespołu w celu ustalenia, czy nastąpiło kliniczne wyleczenie, przed dopuszczeniem ich do pełnego treningu kontaktowego lub meczów. Lekarz określa stan urazu zawodnika na podstawie poprawy w testach SCAT oraz redukcji związanych z tym objawów i wszelkich wcześniej odnotowanych nietypowych zachowań.
    UWAGA: Ta końcowa ocena powinna odbyć się po upływie minimum 12 dni od urazu, zgodnie z GRTP.
    1. Na potrzeby badawcze należy zapisać decyzję klinicysty dotyczącą stanu urazu zawodnika (wstrząśnienie mózgu lub wyzdrowienie).

6. Ocena odzysku

  1. Oceń zawodników, którzy zostali uznani za ozdrowiałych w kroku 5.3, stosując protokół SSVEP opisany w sekcji 3, aby uzyskać odpowiedź SSVEP po regeneracji.

7. Ocena niezawodności test-retest

  1. Należy upewnić się, że wszyscy niekontuzjowani uczestnicy zostaną poddani ponownym badaniom w ciągu 72 h po każdym meczu w sezonie, z wykorzystaniem przenośnego systemu SSVEP w tych samych warunkach, które szczegółowo opisano w sekcji 3, w celu uzyskania danych do oceny niezawodności test-retest systemu.

8. Przetwarzanie danych SSVEP

  1. Stwórz skrypt do obliczeń numerycznych, który może importować i przetwarzać wszystkie zapisane pliki danych EDF z sekcji 3-7 (patrz Tabela materiałów).
    1. Zastosuj filtr pasmowo-przepustowy Butterwortha z częstotliwościami odcięcia 5 Hz i 40 Hz do surowych napięć SSVEP uzyskanych za pomocą 14-kanałowego zestawu EEG, aby zminimalizować wpływ szumów niskoczęstotliwościowych, offsetu napięcia DC oraz zakłóceń z sieci elektrycznej31.
    2. Zastosuj szybką transformatę Fouriera (FFT) do przefiltrowanych wartości SSVEP, aby przeanalizować dane w dziedzinie częstotliwości32.
    3. Znormalizuj wartości FFT z kanałów elektrod O1 i O2, aby wygenerować pojedynczą tablicę wartości do przedstawienia graficznego w postaci gęstości widmowej mocy (Rysunek 5).
  2. Po przetworzeniu danych EEG oblicz stosunek sygnału do szumu (SNR) dla każdego pliku danych, dzieląc amplitudę przy 15 Hz przez średnią amplitudę w zakresie 5-40 Hz. Wzór na SNR to:
    Równanie stosunku sygnału do szumu, SNR=Amplituda15Hz/AmplitudaŚrednia, formuła matematyczna.
    Gdzie:
    Amplitude15Hz = Napięcie w pasmie częstotliwości 15 Hz (µV)
    AmplitudeAverage = Średnie napięcie wszystkich pasm częstotliwości między 5-40 Hz (µV)
  3. Upewnij się, że wszystkie dane (surowe pliki EDF, przetworzone pliki EDF, wartość SNR, komentarze oraz daty stanu urazu graczy) są zapisane w odpowiednio oznakowanych folderach do celów badawczych.

9. Analiza statystyczna

  1. Połącz pliki z danymi zawodników w arkuszu wartości rozdzielanych przecinkami (CSV) w sposób kategoryczny (osobne kolumny dla odczytów bazowych, po wstrząśnieniu mózgu oraz po regeneracji).
    1. Wykorzystaj SNR każdego odczytu SSVEP do porównania różnych grup. Wszystkie podsumowane dane przedstaw jako mediany z zakresem międzykwartylowym (IQR) od 25th do 75th percentyla, przy ustalonym poziomie istotności statystycznej alfa (α) = 0,05, a wszystkie poziomy wariancji wyświetl jako odchylenie standardowe (± S.D.). Do analizy wartości SNR grup użyj oprogramowania do analizy statystycznej (patrz Tabela materiałów).
    2. Oceń normalność rozkładu wszystkich wartości SNR zawodników za pomocą testu Shapiro-Wilka.
    3. Porównaj średnie wartości SNR pomiędzy wszystkimi trzema grupami oceny, stosując sparowane testy t (pomiędzy odczytami bazowymi a po wstrząśnieniu, po wstrząśnieniu a po regeneracji oraz bazowymi a po regeneracji) dla zawodników, u których przeprowadzono wszystkie trzy rodzaje ocen. Zastosuj korektę dla wielokrotnych porównań, wykorzystując poprawkę Bonferroniego.
    4. Oblicz wielkość efektu dla porównań testem t, wykorzystując współczynnik D Cohena32.
  2. Oszacuj niezawodność test-retest za pomocą współczynnika korelacji wewnątrzklasowej (ICC) typu k, model 3; ICC(3,k) z 95% przedziałem ufności (CI), aby zbadać zgodność pomiędzy pomiarem bazowym a powtórnymi testami w trakcie sezonu.
    UWAGA: Eksperyment można w tym miejscu przerwać i wznowić w późniejszym czasie.

10. Konfiguracja ulepszonego przenośnego systemu SSVEP

UWAGA: System opisany w tej sekcji to zintegrowany zestaw zaprojektowany w celu usprawnienia procesu pomiarowego, zapewniając zarówno szybkość, jak i większy komfort uczestnika. Należy pamiętać, że zestaw opisany w sekcjach 2-6 jest uproszczonym prototypem składającym się z wielu elementów sprzętowych połączonych w celu stworzenia systemu typu proof-of-concept. Schemat protokołu z wykorzystaniem tego systemu przedstawiono na Rysunku 6.

  1. Należy pozyskać przenośny system SSVEP zawierający bodziec wizualny i konfigurację elektrod równoważną systemowi opisanemu w sekcji 2 (patrz Rycina 7A).
    1. Pobierz aplikację SSVEP systemu ze sklepu z aplikacjami iOS na urządzenie z systemem operacyjnym iOS (patrz Tabela materiałów).
  2. Należy upewnić się, że zespół badawczy zapoznał się z instrukcją używania (IFU) przenośnego systemu SSVEP oraz dostarczonej aplikacji iOS, która umożliwia aktywację urządzenia SSVEP i lokalne przechowywanie odczytów EEG.
    1. Utwórz konta badanych w aplikacji iOS, postępując zgodnie z instrukcją używania (IFU) przenośnego systemu SSVEP. Otwórz aplikację, wybierz kartę Subjects, a następnie naciśnij przycisk Add New Subject.

11. Konfiguracja referencyjnego systemu EEG

  1. Należy pozyskać zwalidowany wzmacniacz EEG klasy klinicznej z modułową konfiguracją elektrod, który nie posiada komponentu do stymulacji wizualnej (Rysunek 7C).
  2. Należy upewnić się, że zespół badawczy zapoznał się z instrukcją użycia (IFU) klinicznego systemu EEG oraz dołączoną do niego aplikacją oprogramowania do neurologii klinicznej (patrz Tabela materiałów), które umożliwiają aktywację wzmacniacza i lokalne zapisywanie odczytów EEG.

12. Walidacja EEG ulepszonego przenośnego systemu SSVEP

  1. Zrekrutować zdrowych, anglojęzycznych dorosłych uczestników, stosując te same kryteria wykluczenia, które szczegółowo opisano w sekcji 1. Uzyskać zgodę tych uczestników na udział w badaniu walidacyjnym systemu SSVEP.
  2. Przypisać uczestnikom losowo numery od 01 do 20. Uczestników z przypisanym numerem nieparzystym ocenić najpierw za pomocą przenośnego systemu SSVEP, a następnie za pomocą klinicznego systemu EEG (kroki 12.3-12.16). W przypadku uczestników z numerami parzystymi kolejność jest odwrotna (kroki 12.10-12.14, następnie 12.3-12.9, a potem 12.15-12.16) (Rycina 6).
    1. Przygotować zestaw słuchawkowy SSVEP zgodnie z instrukcją użycia (IFU): w pełni naładować zestaw słuchawkowy i sparować go przez Bluetooth z aplikacją SSVEPiOS. Włożyć do kanałów elektrod dołączone poliuretanowe cylindry sensorów i nasączyć je roztworem soli fizjologicznej.
  3. Założyć zestaw słuchawkowy SSVEP na głowę uczestnika zgodnie z IFU systemu, tak aby dolna część tylnej obudowy znajdowała się bezpośrednio nad inionem uczestnika, przednia osłona była bezpiecznie umieszczona nad oczami i grzbietem nosa, a zestaw słuchawkowy został zaciśnięty za pomocą elastycznych pasków regulacyjnych i klamer mocujących.
  4. Przed rozpoczęciem testu sprawdzić wskaźnik impedancji w aplikacji SSVEP na iOS, aby upewnić się, że połączenie między zestawem słuchawkowym a głową uczestnika jest odpowiednie. Zielone wskaźniki wizualne w powiązanej aplikacji (impedancja <15 kOhms) oznaczają dobrą jakość kontaktu zgodnie ze standardami producenta.
    1. Jeśli dla wszystkich interesujących kanałów elektrod nie zostanie osiągnięta dobra jakość kontaktu, ponownie nasączyć sensory roztworem soli fizjologicznej i sprawdzić ich ułożenie, aby upewnić się, że sensory przylegają do skóry głowy tak ściśle, jak to możliwe.
      UWAGA: Należy uzyskać dobrą jakość kontaktu, aby zapewnić przewodność elektryczną między skórą głowy a elektrodami, co zminimalizuje potencjalne artefakty (Rycina 4).
    2. Upewnić się, że uczestnik czuje się komfortowo. Poinstruować go, aby siedział nieruchomo, spokojnie i w ciszy, patrząc przed siebie na światła, i mrugał tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Jeśli badany zmieni pozycję siedzącą lub nastąpi zmiana warunków środowiskowych podczas oceny, może pojawić się artefakt (Rycina 4), a dane SSVEP nie powinny być włączane do analizy (należy je odrzucić).
  5. Uruchomić bodziec wizualny, naciskając przycisk Begin Test w aplikacji iOS. Po pojawieniu się prośby nacisnąć przycisk Continue, aby przejść do następnego etapu testowania. Bodziec wizualny jest uruchamiany dwukrotnie zgodnie z IFU systemu, w celu uzyskania wstępnego i głównego odczytu SSVEP.
  6. Po zakończeniu oceny SSVEP zdjąć zestaw słuchawkowy SSVEP z głowy uczestnika. Pozwolić badanym odpocząć przez minimum 30 s.
  7. Aby uzyskać wartość niezawodności test-retest, powtórzyć protokół oceny SSVEP za pomocą systemu SSVEP (kroki 12.3 do 12.7) po zakończeniu okresu odpoczynku.
  8. Pozwolić uczestnikom odpocząć przez 5 min przed przejściem do kolejnego systemu EEG.
  9. Przygotować kliniczny wzmacniacz EEG zgodnie z IFU: włączyć wzmacniacz, podłączając go do komputera za pomocą dołączonego dongle'a USB i kabla zasilającego, podłączyć pięć przewodów elektrod do odpowiednich pozycji EEG 10-20: O1, O2, OZ, P1 i P2, otworzyć oprogramowanie EEG do neurologii klinicznej na komputerze i utworzyć nowe badanie (przez zakładkę Record).
    1. Nanieść żel do przygotowania skóry na obszar potyliczny głowy uczestnika, wcierając żel palcami w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, aby rozprowadzić go cienką warstwą.
    2. Założyć czepek z elektrodami na głowę uczestnika zgodnie z IFU klinicznego systemu EEG. Nanieść żel przewodzący na pięć plastrów elektrod, ostrożnie i czystymi rękami.
    3. Umieścić pięć plastrów elektrod na skórze głowy uczestnika w odpowiednich pozycjach O1, O2, O3, P1 i P2 zgodnie z nomenklaturą pozycjonowania EEG 10-20.
  10. Przed rozpoczęciem testu sprawdzić wskaźnik impedancji w aplikacji oprogramowania klinicznego wzmacniacza EEG, aby upewnić się, że połączenie między zestawem słuchawkowym a głową uczestnika jest odpowiednie. Wartości impedancji <15 kOhms są uznawane za akceptowalne w zastosowaniach EEG.
    1. W przypadku nieosiągnięcia dobrej jakości kontaktu dla wszystkich interesujących kanałów elektrod, ponownie nanieść żele przygotowawcze i sprawdzić ułożenie, aby upewnić się, że sensory przylegają do skóry głowy tak ściśle, jak to możliwe.
  11. Poinstruować uczestnika, aby trzymał przednią osłonę urządzenia SSVEP nad oczami zgodnie z krokiem 12.4, podczas gdy asystent badawczy odsunie tylną obudowę od skóry głowy.
    1. Powtórzyć instrukcje opisane w sekcji 12.5.2.
  12. Rozpocząć rejestrację we wzmacniaczu EEG, naciskając czerwony symbol Record znajdujący się w lewym górnym rogu oprogramowania do neurologii klinicznej. Natychmiast po rozpoczęciu rejestracji uruchomić bodziec wizualny, naciskając przycisk Begin Test w aplikacji iOS.
    1. Nacisnąć czerwony symbol Record, aby zatrzymać rejestrację we wzmacniaczu EEG, gdy pojawi się informacja, że system SSVEP zakończył pierwszą rundę bodźca i oczekuje na polecenie kontynuacji.
    2. Wznowić rejestrację we wzmacniaczu EEG, naciskając czerwony symbol Record w oprogramowaniu do neurologii klinicznej, a następnie kontynuować bodziec wizualny, wybierając przycisk Continue w aplikacji SSVEP na iOS.
    3. Nacisnąć czerwony symbol Record, aby zatrzymać rejestrację we wzmacniaczu EEG, gdy pojawi się informacja, że system SSVEP zakończył podawanie bodźca wizualnego.
  13. Pozwolić badanemu odpocząć przez minimum 30 s. Aby uzyskać wartość niezawodności test-retest, powtórzyć protokół oceny SSVEP za pomocą klinicznego systemu EEG (kroki 12.10 do 12.13) po zakończeniu okresu odpoczynku (łącznie dwa testy: Test 1 / Test 2).
  14. Po pomyślnym zakończeniu pary ocen SSVEP poprosić uczestnika o zdjęcie przedniej osłony z oczu i ostrożne odklejenie plastrów elektrod ze skóry głowy.
    1. Oczyścić zarówno zestaw słuchawkowy SSVEP, jak i przewody elektrod chusteczkami z alkoholem izopropylowym (70%) przed przechowywaniem obu elementów sprzętu w ich odpowiednich etui do czasu następnego użycia.
  15. Zapytać uczestnika, czy wystąpiły u niego jakiekolwiek nieprawidłowe reakcje na bodziec, w tym ból głowy lub zawroty głowy. Zapisać odpowiedzi w dzienniku badania przed poinformowaniem uczestnika o zakończeniu jego udziału w badaniu.

13. Obliczenie niezawodności test-retest przenośnego systemu SSVEP

  1. Pobierz surowe wartości SSVEP z obu podstawowych zestawów testowych SSVEP z urządzenia iOS za pomocą oprogramowania do zarządzania urządzeniami mobilnymi; wyniki zostaną wyeksportowane do plików wartości rozdzielonych przecinkami (CSV). W celu identyfikacji i archiwizacji zapisz pliki, używając pełnego imienia i nazwiska uczestnika, rodzaju przeprowadzonego testu oraz daty.
  2. Zmodyfikuj skrypt obliczeń numerycznych wygenerowany w sekcji 8, aby przetwarzać pliki CSV z dodatkową tablicą wartości SSVEP z kanału rejestracyjnego Oz.
  3. Zestaw przetworzone pliki danych w tablicy arkuszy CSV, z wartościami podsumowanymi według odpowiedniej kategorii Test 1 lub Test 2.
  4. Wykorzystaj SNR każdego odczytu SSVEP do porównania wyników różnych testów. Oszacuj niezawodność test-retest za pomocą współczynnika korelacji wewnątrzklasowej ICC (2,1) modelu 2 typu 1 z 95% przedziałem ufności (CI) i poziomem istotności α ustawionym na 0,05.

14. Obliczanie test-retest klinicznego systemu EEG

  1. Pobierz surowe wartości SSVEP z obu głównych zestawów testowych wzmacniacza EEG z oprogramowania neurologii klinicznej; wyniki zostaną wyeksportowane w formie plików CSV. W celach identyfikacji i przechowywania zapisz pliki, używając imienia i nazwiska badanego oraz rodzaju przeprowadzonego testu.
  2. Powtórz kroki z sekcji 13.2-13.4, wykorzystując pobrane pliki CSV ze wzmacniacza EEG, aby oszacować niezawodność test-retest systemu klinicznego EEG.

15. Obliczanie zgodności przenośnego systemu SSVEP i klinicznego systemu EEG

  1. Określ kryteria pozwalające stwierdzić, czy system EEG wykrył SSVEP (zalecane kryteria: jeśli główny szczyt sygnału w zakresie 5-35 Hz wynosi 15 ± 0.1 Hz oraz jeśli Z-score głównego szczytu jest wyższy niż 5).
  2. Zmodyfikuj skrypt obliczeń numerycznych wygenerowany w sekcjach 12 i 13, aby dodatkowo wyznaczyć częstotliwość szczytową oraz Z-score przetwarzanych plików SSVEP. Wzór na Z-score przedstawia:
    Wzór Z-score dla analizy amplitudy; równanie porównania szczytu i średniej z odchyleniem standardowym.
    Gdzie:
    AmplitudePeak = Napięcie przy częstotliwości szczytowej (µV)
    AmplitudeAverage = Średnie napięcie wszystkich pasm częstotliwości w zakresie 5-35 Hz (µV)
  3. Przeprowadź analizę dwumianową zdolności systemów EEG do skutecznego wykrywania SSVEP przy użyciu określonych kryteriów, przyjmując prawdopodobieństwo dwumianowe (%) jako zgodność między dwoma systemami. Do obliczenia poziomu zgodności odpowiednio dla dwóch zestawów danych należy wykorzystać pomiary wstępne i główne dla każdego systemu.
  4. Użyj wartości Z-score każdego odczytu SSVEP, aby porównać różne systemy EEG. Wszystkie podsumowane dane przedstaw jako mediany z zakresem międzykwartylnym (IQR) od 25tego do 75tego percentyla. Do analizy statystycznej wartości przetworzonych przez system wykorzystaj oprogramowanie do analityki statystycznej.
  5. Zmodyfikuj skrypt obliczeń numerycznych wygenerowany w sekcjach 12 i 13, aby dodatkowo wyznaczyć średni SNR dla każdej częstotliwości, która zaowocowała punktem danych w zakresie 0-25 Hz, dla WSZYSTKICH (wstępnych i głównych) plików SSVEP wygenerowanych przez system SSVEP oraz system klinicznego EEG.
    1. Stwórz gęstość widmową mocy (PSD) dla znormalizowanych wyników średniego SNR obu systemów w zakresie 0-25 Hz (patrz Reprezentatywne wyniki).
      UWAGA: Utwórz oddzielną serię danych dla każdego systemu EEG i nałóż je na ten sam wykres PSD.

Wyniki

Do pierwszej części badania zakwalifikowano łącznie 65 męskich graczy rugby (wiek 20,9 ± 2,3 lat), z których wszyscy przeszli wyjściową ocenę SSVEP (Rycina 1). W trakcie sezonu rugby 12 uczestników doznało potencjalnego urazu wstrząśninowego na boisku i zostało ponownie ocenionych za pomocą systemu SSVEP w celu przeprowadzenia analizy po urazie. Lekarz drużynowy ocenił tych graczy zgodnie z klinicznym protokołem oceny wstrząśnienia mózgu i zdiagnozował u tych 12 uczestników wstrząśnienie. Wszyscy dwunastu został uznany przez lekarza za ozdrowieńców w ciągu 12-dniowego okresu GRTP30. Po stwierdzeniu przez lekarza powrotu graczy do zdrowia, 8 z nich było dostępnych na dodatkowe badanie SSVEP, zaklasyfikowane jako ocena rekonwalescencji. Dwudziestu dwóch graczy, którzy nie doznali wstrząśnienia mózgu, zostało przebadanych ponownie w celu oceny niezawodności badania w trakcie sezonu. Pozostali uczestnicy, którzy nie zostali przebadani ponownie, zostali utraceni w obserwacji. W czasie trwania badania nie zgłoszono żadnych działań niepożądanych po stymulacji SSVEP. Niezawodność systemu SSVEP zastosowanego u graczy rugby została potwierdzona wysokim współczynnikiem korelacji wewnątrzklasowej (ICC) z 95% przedziałem ufności, wynoszącym 0,91 (0,79-0,96) dla ponownie przebadanych graczy niekontuzjowanych (n = 22) oraz 0,96 (0,74-0,99) dla ponownie przebadanych graczy ozdrowieńców33. Do obliczeń wzięto zestawy danych, w których uzyskano dobrą jakość kontaktu. Wynikało to z kilku przypadków, w których włosy uczestników lub potencjał skóry wpłynęły na zdolność systemów EEG do uzyskania czystego sygnału SSVEP (Rycina 4).

Aby określić, czy SSVEP generowany za pomocą tego systemu badawczego może służyć jako biomarker wstrząśnienia mózgu, wartości SNR z przetworzonych wyników pogrupowano w oceny bazowe (kontrolne), oceny po wstrząśnieniu oraz oceny po regeneracji w celu porównania (Rysunek 1). Ogólnie mediana SNR dla wszystkich zawodników z grupy kontrolnej (n = 65) wyniosła 4,80 [IQR: 4,07-5,68], a średnie przetworzone EEG grupy kontrolnej wykazało wyraźny sygnał szczytowy 15 Hz w odpowiednim widmie częstotliwości33. Podobną odpowiedź zaobserwowano, gdy średnie wartości SSVEP oddzielnej grupy kontrolnej (n = 20; zdrowa populacja ogólna), wywołane tym samym bodźcem wzrokowym, ale zarejestrowane innym systemem EEG, przedstawiono jako gęstość widmową mocy (Rysunek 5). Taki rozkład mediany i gęstość widmowa mocy pozwoliły na ustanowienie wyraźnej kontroli dla odpowiedzi SSVEP nieurazowanego (bez wstrząśnienia mózgu) zawodnika w układzie badawczym (Rysunek 2, Rysunek 3). Mediana SNR wszystkich zawodników po wstrząśnieniu (n = 12) oraz zawodników po regeneracji z dostępnymi ocenami SSVEP (n = 8) wyniosła odpowiednio 2,00 [IQR: 1,40-2,32] i 4,82 [IQR: 4,13-5,18]33. W badaniu pilotażowym zaobserwowano istotne różnice w medianach wartości SNR (+4,03; p < 0,0001) pomiędzy zawodnikami z grupy kontrolnej (bazowej) a zawodnikami po wstrząśnieniu. Wstrząśnienie mózgu miało duży wpływ na sygnał SSVEP (Cohens, d = 4,03). Co ciekawe, w grupie zawodników po regeneracji zaobserwowano minimalną wariancję SNR (+0,02; p = 0,0495) na granicy istotności (α < 0,05), przy trywialnym efekcie w porównaniu z grupą kontrolną (Cohens, d = 0,17)33. Wskazuje to, że po pełnym powrocie do zdrowia, zgodnie z wytycznymi GRTP30, wartości SSVEP są równoważne dla zawodnika po wstrząśnieniu i zawodnika nieurazowanego. Ponadto mediana SNR była istotnie różna (+2,80; p = 0,0002) pomiędzy grupą zawodników po wstrząśnieniu a grupą po regeneracji, co dowodzi, że okres regeneracji miał duży wpływ na sygnał SSVEP zawodnika po wstrząśnieniu mózgu (Cohens, d = 3,60)33.

Podobna reakcja w zakresie mediany wariancji SNR została zaobserwowana przy porównaniu wyłącznie zawodników, którzy przeszli wszystkie trzy etapy testów (n = 8; pomiary bazowe, po wstrząśnieniu i w fazie rekonwalescencji). Odnotowano istotną zmianę między pomiarami bazowymi a stanem po wstrząśnieniu (-2,34; p = 0,0001) oraz między stanem po wstrząśnieniu a rekonwalescencją (-2,72; p = 0,0002), natomiast niewielką wariancję zaobserwowano między pomiarami bazowymi a rekonwalescencją (+ 0,28; p = 0,0495), przy trywialnym efekcie między tymi grupami (Cohens d = 0,17). Wyniki te zostały potwierdzone po wyciągnięciu średnich wartości SNR dla zawodników, którzy przeszli wszystkie trzy etapy testów. Średnie wartości SNR dla pomiarów bazowych, po wstrząśnieniu i w fazie rekonwalescencji u tych zawodników wynosiły odpowiednio 4,45, 2,20 i 4,33. Istotna różnica wystąpiła między grupą bazową a grupą po wstrząśnieniu (p = 0,0001) oraz między grupą po wstrząśnieniu a grupą w fazie rekonwalescencji (p = 0,0002). Zmienność średnich wartości SNR między grupą rekonwalescencji a grupą bazową była niewielka, ale znajdowała się na granicy istotności (p = 0,0495). Ogólnie rzecz biorąc, odpowiedź na bodziec była niższa u zawodników po wstrząśnieniu w porównaniu z ich oceną bazową. Po monitorowanym okresie rekonwalescencji zawodnicy ci byli ostatecznie w stanie wygenerować odpowiedź równoważną ich wstępnej ocenie (bazowej)33. Dowodzi to, że wstrząśnienie mózgu związane ze sportem wpływa na zdolność jednostki do generowania SSVEP przez okres co najmniej 12 dni. Gdyby odpowiedź SSVEP u danej osoby była rutynowo mierzona w sposób analogiczny do niniejszego protokołu (Rycina 1): pomiar bazowy, po urazie, rekonwalescencja, pracownik służby zdrowia mógłby potencjalnie wykorzystać SSVEP jako biomarker wstrząśnienia mózgu.

Zintegrowany przenośny system SSVEP (Rysunek 7A) został zastosowany u (n = 20) zdrowych osób z grupy kontrolnej z populacji ogólnej, niepowiązanych ze sportem, jakim jest rugby. Ponieważ jest to urządzenie badawcze z innym systemem elektrod (Rysunek 7B) i nieco zmienionymi bodźcami w stosunku do pierwotnej konfiguracji SSVEP, wartości mediany i średniej SNR nie nadawały się do porównania (Tabela 1). Podobnie, ponieważ uczestnicy nie uprawiali sportów z wysoką częstotliwością występowania wstrząśnięć mózgu, system SSVEP nie był oceniany jako marker SSVEP dla wstrząśnięcia mózgu. Zamiast tego przeprowadzono badanie niezawodności test-retest w celu walidacji systemu do przyszłego zastosowania w badaniach na szeroką skalę (Rysunek 6). System SSVEP wykazał wysoką korelację na poziomie 0,81 (CI: 0,59-0,92), co wskazuje, że urządzenie jest niezawodne w uzyskiwaniu SSVEP (Tabela 2). Ponadto dokładność technologii EEG systemu została zweryfikowana w badaniu zgodności z tradycyjnym systemem EEG klasy klinicznej (Rysunek 7C), który zwrócił podobną wartość ICC wynoszącą 0,83 (CI: 0,63-0,93) (Tabela 2). W pierwszej powtórce testów (wstępnej) u 18/20 uczestników stwierdzono zgodność obu systemów przy prawdopodobieństwie dwumianowym 95%. U jednego uczestnika urządzenia nie były zgodne, ponieważ system SSVEP wykrył bardziej wyraźny rytm alfa niż pożądany sygnał odpowiedzi o częstotliwości 15 Hz (Rysunek 8). U drugiego uczestnika w klinicznym systemie EEG nie zidentyfikowano SSVEP (Rysunek 9). Jednak w drugiej powtórce (głównej) u wszystkich 20 uczestników stwierdzono zgodność obu systemów przy prawdopodobieństwie dwumianowym 100%. Ogólna dokładność obu systemów w generowaniu SSVEP została przedstawiona na Rysunku 10, który obrazuje, że oba systemy wykazują wyraźny SNR wyłącznie przy częstotliwości stymulacji: 15 Hz. Potwierdza to, że system przenośny jest funkcjonalnie równoważny z urządzeniami klasy klinicznej wykorzystywanymi do rejestracji sygnałów EEG. W połączeniu z przenośnością i łatwością obsługi systemu SSVEP, otwiera to szereg możliwości zastosowań w celu pozyskiwania SSVEP o jakości badawczej poza warunkami klinicznymi, na przykład w wielkoskalowym studium przypadku SRC.

Schemat rekrutacji do badania nad wstrząśnieniem mózgu; kryteria przesiewowe, przydział do grup, proces testu SSVEP.
Rysunek 1: Schemat metodologii udziału sportowców w badaniu SRC-SSVEP. Schemat szczegółowo przedstawia weryfikację kwalifikowalności uczestników oraz przydział do grup w trakcie trwania badania SRC-SSVEP przeprowadzonego wśród amatorskich graczy rugby union. SRC; wstrząśnienie mózgu związane z uprawianiem sportu. SSVEP; potencjały wzbudzone stanu stacjonarnego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Konfiguracja zestawu gogli wirtualnej rzeczywistości z ekranem mobilnym; badanie percepcji wzrokowej, wykres danych szeregów czasowych.
Rysunek 2: Komponent bodźca wzrokowego przenośnego systemu SSVEP. (A) Smartfon z ekranem LCD z wczytanym i wyświetlanym materiałem wideo, umieszczony w tekturowej oprawie VR. Uczestnik musi przyłożyć oprawę VR ściśle do twarzy i grzbietu nosa, tak aby oba oczy były całkowicie osłonięte przez oprawę. (B) Ilustracja bodźca wzrokowego; pętla wideo stworzona z naprzemiennych ekranów białych (górny rząd) i czarnych (dolny rząd) o częstotliwości 15 Hz. Każdy ekran zawierał dwie klatki rozdzielone pionową linią podziału, dopasowaną do lewego i prawego pola widzenia oczu w oprawie VR. Każda klatka zawierała w centrum punkt skupienia w formie cyfry, która zmieniała się w zakresie 1-9 w odstępach 5 s. SSVEP; potencjały wywołane wzrokowo w stanie stacjonarnym. LCD; wyświetlacz ciekłokrystaliczny. VR; wirtualna rzeczywistość. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Komplet EEG z diagramem rozmieszczenia elektrod do rejestracji i analizy aktywności mózgu.
Rycina 3: Bezprzewodowy komponent EEG przenośnego systemu SSVEP. (A) 14-kanałowy komplet EEG zdolny do bezprzewodowego przesyłania danych do znajdującego się w pobliżu odbiornika podłączonego do komputera. (B) Mapa wizualna 14 pozycji elektrod w odniesieniu do międzynarodowego systemu 10-20 EEG dla rozmieszczenia elektrod w badaniach EEG u ludzi. W badaniu SRC-SSVEP dwie elektrody potyliczne (O1 i O2) zostały wykorzystane jako elektrody rejestrujące, natomiast dwie elektrody ciemieniowe posłużyły jako odejmowanie trybu wspólnego i masa (odpowiednio P3 i P4). EEG; elektroencefalografia. SSVEP; potencjały wzbudzone wizualnie w stanie ustalonym. SRC; wstrząśnienie mózgu związane ze sportem. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wyniki analizy spektralnej, wykres częstotliwości względem amplitudy, porównujący połączone i uśrednione zestawy danych.
Rysunek 4: Ilustracja znaczenia jakości kontaktu w pomiarach SSVEP. Odpowiedzi SSVEP pojedynczego badanego z grupy kontrolnej (zdrowa populacja ogólna) zmierzone za pomocą systemu SSVEP, przy ustawionej częstotliwości bodźca 15 Hz i częstotliwości próbkowania 250 Hz, gdy: (A) na elektrodach zastosowano nietypowy roztwór soli fizjologicznej, (B) elektrody nie zostały odpowiednio przesunięte przez włosy badanego w celu uzyskania kontaktu ze skórą głowy, (C) elektrody zostały nasycone solą fizjologiczną i przesunięte przez włosy. Sól fizjologiczna jest niezbędna do zapewnienia przewodnictwa elektrycznego między głową pacjenta a elektrodami; bez niej obserwuje się artefakty potencjału skórnego o dużej amplitudzie w sposób harmoniczny. Włosy działają jak rezystor minimalizujący przewodnictwo elektryczne między skórą głowy pacjenta a elektrodami, co skutkuje zwiększonym poziomem szumów. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wykres częstotliwości względem amplitudy; analiza widmowa EEG; widoczny szczyt przy 15 Hz; wizualizacja danych.
Rycina 5: Średnia odpowiedź SSVEP 20 osób z grupy kontrolnej w badaniu walidacyjnym EEG. Odpowiedzi SSVEP osób z grupy kontrolnej (zdrowa populacja ogólna) (n = 20) zmierzone za pomocą systemu SSVEP, przy ustawionej częstotliwości bodźca 15 Hz i częstotliwości próbkowania 250 Hz. Indywidualne wartości SSVEP zostały przefiltrowane w zakresie 5-40 Hz przed zastosowaniem szybkiej transformaty Fouriera i normalizacji. Średnie wartości SSVEP dla populacji przedstawiono jako gęstość widmową mocy, gdzie oś y reprezentuje amplitudę sygnału w mikrowoltach (uV). SSVEP; potencjały wzbudzone wizualne w stanie stacjonarnym. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Schemat badania EEG szczegółowo opisujący proces rekrutacji i testowania z wykorzystaniem systemów Nurochek i Grael.
Rysunek 6: Schemat metodologii badania walidacji EEG pomiędzy dwoma systemami. Schemat przedstawia metodologię walidacji przenośnego systemu EEG względem uznanego referencyjnego systemu EEG: odpowiednio systemów SSVEP i klinicznego EEG. Uczestnicy z grupy kontrolnej (zdrowa populacja ogólna) zostali poddani przesiewowi i losowo przydzielono im kolejność testów, a następnie przeprowadzono dwa testy na każdym systemie w trybie test-retest. EEG; elektroencefalografia. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Układ EEG z zestawem słuchawkowym, schematem rozmieszczenia kanałów i urządzeniem do akwizycji danych.
Rysunek 7: Przegląd elektrod dla badania walidacyjnego EEG między dwoma systemami. (A) Udoskonalony przenośny system SSVEP. (B) Międzynarodowy standard 10-20 zmodyfikowanego kombinatorycznego systemu nomenklatury EEG. (C) Ustanowiony kliniczny system referencyjny EEG. System SSVEP mierzy sygnały EEG za pomocą trzech kanałów elektrod potylicznych (O1, O2 i Oz), wykorzystując przy tym dwa kanały elektrod ciemieniowych (P1 i P2) odpowiednio jako referencyjny i bias. Kliniczny system EEG umożliwia pomiar sygnałów EEG za pomocą wzmacniacza 40-kanałowego, który w celu porównania może zostać ręcznie ustawiony w takim samym układzie O1, O2, Oz, P1, P2 jak w systemie SSVEP. EEG; elektroencefalografia. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wykresy analizy częstotliwości porównujące systemy Nurochek i Grael; amplituda względem częstotliwości (Hz).
Rysunek 8: Gęstość widma mocy odpowiedzi SSVEP jednego uczestnika kontrolnego (uczestnik 09) zmierzonej za pomocą dwóch systemów EEG. (A) System SSVEP. (B) Kliniczny system EEG. Oba pomiary uzyskano przy użyciu tego samego bodźca wizualnego (z systemu SSVEP): migającego bodźca 15 Hz z białych diod LED w zamkniętej obudowie. Zauważmy, że pomimo wyraźnej odpowiedzi 15 Hz widocznej w obu systemach, najwyższy absolutny szczyt dla systemu SSVEP znajdował się przy 10,5 Hz, a nie przy stymulowanych 15 Hz. Zgodnie z kryteriami badania zgodności, w którym systemy muszą wykryć stymulowaną częstotliwość jako szczytową (główną) amplitudę, stanowi to niepowodzenie. SSVEP; potencjały wzbudzone wizualnie w stanie ustalonym. LED; diody emitujące światło. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wykres amplitudy w funkcji częstotliwości; porównanie systemów EEG; Nurochek i Grael w Hz; analiza widmowa.
Rycina 9: Gęstość widmowa mocy odpowiedzi SSVEP pojedynczego uczestnika z grupy kontrolnej (zdrowa populacja ogólna, uczestnik 19), zmierzona za pomocą dwóch systemów EEG. (A) System SSVEP. (B) Kliniczny system EEG. Oba pomiary uzyskano przy użyciu tego samego bodźca wizualnego (z systemu SSVEP); bodźca migającego z częstotliwością 15 Hz białych diod LED w zamkniętej obudowie. Zwróć uwagę na brak wyraźnej odpowiedzi przy 15 Hz w przypadku klinicznego systemu EEG, ponieważ jest ona otoczona szumem o podobnej amplitudzie. Zgodnie z kryteriami badania zgodności, w którym systemy muszą wygenerować odpowiedź z wynikiem Z-score większym niż 5, stanowi to wynik negatywny. SSVEP; stacjonarne potencjały wzbudzone wizualnie. LED; diody emitujące światło. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Wykres odpowiedzi częstotliwościowej, SNR względem częstotliwości (Hz), porównujący sygnały Nurochek i Grael.
Rysunek 10: Wizualna ilustracja zgodności między dwoma systemami EEG mierzącymi SSVEP u uczestników z grupy kontrolnej. Średnią odpowiedź SSVEP (n = 20) osób z grupy kontrolnej (zdrowa populacja ogólna) przedstawiono jako SNR w funkcji interesującego zakresu częstotliwości: 5-25 Hz dla pomiarów wykonanych systemem SSVEP (zielony) oraz klinicznym EEG (czerwony). Każdy uczestnik z grupy kontrolnej dostarczył dwa zestawy danych dla każdego systemu w badaniu walidacji EEG, co dało łącznie 40 zestawów danych SSVEP dla każdego systemu. Odpowiedzi obu systemów zostały nałożone na siebie, aby zwizualizować stopień ich zgodności w pomiarze SSVEP podczas stymulacji tym samym bodźcem wizualnym: białymi diodami LED migającymi z częstotliwością 15 Hz przez 30 s. Zakres częstotliwości został przefiltrowany poniżej przewidywanej harmonicznej 30 Hz, aby skupić się wyłącznie na odpowiedzi na główny bodziec. EEG; elektroencefalografia. SSVEP; potencjały wywołane wizualnie w stanie stacjonarnym. SNR; stosunek sygnału do szumu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

System EEGMinimumIQR 25MedianaIQR 75MaksimumŚredniaOdchylenie std.
NC 14.4028.1879.82913.66720.70311.1484.577
NC 24.5099.12311.05512.58623.22511.6154.213
Grael 14.3357.9910.17113.23821.75811.364.897
Grael 24.9799.00210.61912.66720.17711.223.865

Tabela 1: Podsumowanie statystyczne SSVEP u uczestników z grupy kontrolnej, zmierzone za pomocą dwóch systemów EEG. Przeprowadzono dwa pomiary SSVEP u (n = 20) osób z grupy kontrolnej (zdrowa populacja ogólna) przy użyciu przenośnego systemu EEG oraz uznanego klinicznego systemu EEG; wartości SNR obliczono na podstawie SSVEP (przyjmując 15 Hz jako sygnał główny). Dla każdego zestawu danych pomiarowych obliczono statystyki, w tym minimum, maksimum, 25.th i 75.th percentyl rozstępu międzykwartylnego (IQR), medianę, średnią oraz odchylenie standardowe (std dev). EEG; elektroencefalografia. SSVEP; potencjały wywołane wizualnie w stanie stacjonarnym.

System EEGGrupaNICC (95% CI)Średni czas między testami (min)
NurochekKontrolna200.81 (0.59-0.92)0.5
GraelKontrolna200.83 (0.63-0.93)0.5

Tabela 2: Wiarygodność test-retest przenośnego systemu SSVEP oraz klinicznych systemów EEG. Wiarygodność zintegrowanego systemu SSVEP i klinicznego systemu EEG obliczono na podstawie współczynnika korelacji wewnątrzklasowej (ICC) z 95% przedziałem ufności (CI) z dwóch testów przeprowadzonych w odstępie 30 s, z wykorzystaniem tej samej grupy osób kontrolnych (zdrowa populacja ogólna) (n = 20); ICC (2,1). Jako parametr do obliczenia ICC wykorzystano wartości SNR (przyjęto 15 Hz jako sygnał podstawowy) z testów SSVEP. EEG; elektroencefalografia. SSVEP; potencjały wzbudzone wywołane bodźcem wzrokowym o stałej częstotliwości.

Dyskusja

Jest to pierwsze badanie, w którym opracowano protokół, który identyfikuje różnice w odpowiedziach SSVEP u zdrowych mężczyzn amatorskich graczy rubinowych na trzech etapach wstrząsu mózgu; przed urazem (wartość wyjściowa), wstrząśnienie mózgu i powrót do zdrowia (ryc. 1). Metoda obejmowała rekrutację i selekcję 65 uczestników, którzy byli rutynowo oceniani za pomocą eksperymentalnej konfiguracji SSVEP w trakcie sezonu zawodów. Ponieważ konfiguracja SSVEP była stosunkowo prosta i przenośna, wszystkie oceny zostały przeprowadzone w środowisku nieklinicznym, co wykazało potencjalne zastosowanie jako oceny wstrząsu mózgu w miejscu opieki. Badanie z powodzeniem wykazało, że zdolność danej osoby do generowania SSVEP jest osłabiona po zdiagnozowanym wstrząśnieniu mózgu. Zaobserwowano, że depresyjny wpływ wstrząsu mózgu zmniejsza się po określonym okresie rekonwalescencji, co zaobserwowano, gdy wartości SSVEP powróciły do poziomu sprzed wstrząsu mózgu dla każdej osoby. Analiza statystyczna między grupami uczestników wykazała istotność efektów tłumienia SSVEP. Wysoka wiarygodność testu-retestu u uczestników bez wstrząśnienia mózgu podkreśliła stabilność biomarkera elektrofizjologicznego w prostych i bardziej wyrafinowanych przenośnych systemach SSVEP (Tabela 2). Dodatkowo, absolutna zgodność między systemem SSVEP a tradycyjnym wzmacniaczem EEG potwierdza, że technologia ta może być stosowana jako pomoc medyczna zdolna do uzyskiwania sygnałów EEG o jakości badawczej (ryc. 10).

Ponieważ badanie to zależało od uczestników zgłaszających się na ochotnika do leczenia po kontuzji, a także od wielokrotnych ocen w trakcie sezonu rugby, konieczne było wprowadzenie pewnych modyfikacji logistycznych do metody. Szacowane okresy czasu między punktem wyjściowym a ponownymi testami musiały być elastyczne, aby dostosować się do harmonogramów uczestnika. Pomimo tych środków, niektórzy zawodnicy nadal byli zagubieni z różnych powodów, w tym kontuzji niezwiązanych z tym kontuzji lub braku zainteresowania. Doprowadziło to do zastosowania bardziej kompleksowych obliczeń statystycznych, ICC, dotyczących niezawodności urządzenia na przestrzeni tygodni. Nie zaobserwowano żadnych zdarzeń niepożądanych związanych z konfiguracją SSVEP. Napotkano pewne problemy logistyczne, które wymagały drobnych modyfikacji protokołu: szczególnie długie lub gęste włosy okazały się kłopotliwe w uzyskaniu dobrego kontaktu między zestawem słuchawkowym a skórą głowy uczestnika. Ponieważ słaby kontakt pogorszyłby jakość odczytów EEG (ryc. 4), uczestnicy z długimi lub gęstymi włosami musieli szczotkować i trzymać włosy w górę i na bok głowy, podczas gdy czujniki były umieszczone. W związku z tym problemem wygenerowano dodatkowe kryterium wykluczenia, w którym osoby ze skomplikowanymi fryzurami (np. dredami) zostały wykluczone z tego badania.

Jak wcześniej opisano w tym artykule, obecne narzędzia oceny wstrząsu mózgu są wysoce subiektywne i są obarczone ryzykiem manipulacji ze strony sportowca, co może ostatecznie utrudnić klinicystom postawienie kluczowo ważnej diagnozy34. Niektóre badania śledzące sportowców próbowały zbadać bardziej obiektywny biomarker wstrząsu mózgu poprzez zastosowanie modalności radiologicznych, takich jak rezonans magnetyczny (MRI) i tomografia komputerowa (CT). Jednak metody te dostarczają jedynie informacji o makroskopowych urazach strukturalnych, takich jak krwotoki, które różnią się od definicji wstrząsu mózgu jako funkcjonalnego uszkodzenia mózgu 6,35. Wyniki tego badania są poparte wcześniejszymi badaniami, które wykazały, że VEP jest funkcjonalnym biomarkerem36, który jest osłabiony lub opóźniony w obecności wstrząsu mózgu 21,37,38. Chociaż istnieją podobieństwa w tych poprzednich metodach badania VEP w odniesieniu do naszej fizycznej konfiguracji i hipotezy, nasze badanie rozszerza literaturę poprzez zastosowanie SSVEP zamiast VEP. Co więcej, protokół różni się poprzez badanie ocen graczy w czasie rzeczywistym na trzech etapach wstrząsu mózgu w porównaniu z tradycyjnymi studiami przypadków kontroli i wstrząśnienia mózgu. Ponadto metoda rozszerza swoje możliwości badawcze poprzez porównanie innowacyjnych i tradycyjnych systemów EEG w celu rozróżnienia potencjalnych różnic, które mogą ograniczać ich dokładność w uzyskiwaniu obiektywnych pomiarów elektrofizjologicznych. W związku z tym protokół zastosowany w tym badaniu stanowi unikalne i cenne uzupełnienie istniejącej literatury na temat obiektywnych biomarkerów wstrząsu mózgu.

Pomimo ogólnego sukcesu tego protokołu, należy zwrócić uwagę na kilka ograniczeń. Na przykład zaobserwowano niewielki stopień zmienności wewnątrz uczestnika w zakresie szumu EEG w tle do oceny przeprowadzanej bezpośrednio po sobie. Dwa ograniczenia związane z projektem protokołu mogą okazać się odpowiedzialne za tę pierwszą zmienność: pierwszym z nich jest brak sprzężenia zwrotnego impedancji o wysokiej wierności w 14-kanałowym systemie EEG oraz luźne ograniczenia dotyczące wpływu zmęczenia i środowiska na koncentrację badanego. Chociaż ta zmienność wewnątrz uczestnika nie została zaobserwowana w przypadku innych systemów EEG stosowanych w tym protokole, warto bardziej szczegółowo zbadać te efekty, aby potwierdzić, że ich przyczyna jest wynikiem konstrukcji zestawu słuchawkowego, a nie niezidentyfikowanym naturalnym zjawiskiem. Po drugie, większość uczestników miała większe sygnały SSVEP po drugiej ocenie w porównaniu z pierwszą (Tabela 1). Może to być wynikiem lepszego zaznajomienia się uczestników z procesem oceny i wynikających z tego adaptacji behawioralnych do konfiguracji sprzętu, w tym zmniejszenia mrugania i niepokoju podczas powtarzającej się prezentacji bodźców. Potrzebne są dalsze badania, aby ustalić, czy rzeczywiście istnieje efekt zapoznania się z protokołem SSVEP, a jeśli tak, to jakie potencjalne modyfikacje należy wprowadzić, aby zmniejszyć jego występowanie w przyszłych badaniach. Na koniec należy zauważyć, że ze względu na dużą zależność od ochotników ze stosunkowo niewielkiej populacji osób (osób o wysokim ryzyku wystąpienia wstrząsu mózgu z chęcią poddania się wielokrotnym badaniom), badanie to było ograniczone do małej próby 65 uczestników, z których 12 doznało wstrząsu mózgu. Potrzebne będą badania z większą liczebnością kohorty, aby ocenić solidność oceny wstrząsu mózgu za pomocą tego protokołu, w szczególności jego czułości i swoistości. Interesujące byłoby również zobaczenie tego protokołu powielonego w wielu grupach wiekowych, których stany rozwoju mózgu różnią się, od tych wciąż rozwijających się (nastolatki) do osób z potencjalnym pogorszeniem funkcji poznawczych (osoby starsze) i określenie, czy reaktywność znacząco się różni, czy nie. Jeśli chodzi o ulepszony system SSVEP, badanie porównawcze podkreśliło wbudowane ograniczenia urządzenia w porównaniu z tradycyjnymi systemami EEG. Tradycyjne systemy EEG na ogół przyjmują pełny system montażu 10-20, który obejmuje 21 miejsc elektrod (ryc. 7B). Z drugiej strony system SSVEP wykorzystuje tylko trzy kanały elektrod (O1, O2 i Oz) odpowiadające korze wzrokowej (ryc. 7A). To zmniejszenie możliwości oznacza, że system ma węższy zakres zastosowań EEG i ogranicza potencjalną analizę, którą można przeprowadzić na danych elektrofizjologicznych uzyskanych w ramach tego protokołu.

Jak wspomniano wcześniej, konieczne są dalsze badania, aby przezwyciężyć ograniczenia tego protokołu i przetestować jego siłę na większej kohorcie, aby ocenić, czy jego wyniki można uogólnić. Co ważniejsze, potrzebne są dodatkowe badania, aby lepiej zrozumieć mechanizmy leżące u podstaw naszych ustaleń dotyczących tłumienia SSVEP. Na przykład zmiany w odpowiedzi SSVEP znalezione u naszych uczestników ze wstrząśnieniem mózgu są najprawdopodobniej reprezentacją zaburzeń funkcji neuronów, ale nie ustalono jeszcze, czy są to zjawiska pierwotne (np. Uszkodzona istota biała) czy wtórne (np. Neurozapalne). Jednym z potencjalnych przyszłych zastosowań tej metody jest badanie okresu rekonwalescencji związanego z depresją neuronalną i wstrząśnieniem mózgu zindywidualizowane dla badanego. Głębszy wgląd w ten okres rekonwalescencji może skutkować zmianami w zasadach i przepisach dotyczących powrotu do gry (RTP), które lepiej chronią kontuzjowanego sportowca. Metoda ta wprowadza również praktyczność przenośnego systemu SSVEP stosowanego w warunkach nieklinicznych, takich jak ocena wstrząsu mózgu przeprowadzana na linii bocznej boiska sportowego. Ma to potencjał, aby przynieść znaczące korzyści nie tylko pracownikom służby zdrowia, ale także trenerom, sportowcom i ich rodzinom w celu przeciwdziałania negatywnym skutkom fizjologicznym wstrząsu mózgu i zespołu drugiego uderzenia10,11. Generowanie ulepszonych systemów SSVEP, takich jak przenośny system SSVEP wykorzystany w tym badaniu, może spowodować pojawienie się bardziej zaawansowanego sprzętu i zastosowań technologicznych w dziedzinie neurofizjologii i SRC, które okażą się korzystne dla powodzenia przyszłych badań.

Podsumowując, protokół ten okazał się skuteczny w swoim celu, jakim było zidentyfikowanie SSVEP jako obiektywnego biomarkera wstrząsu mózgu u sportowców uprawiających sporty kontaktowe. Badanie jako całość dostarcza dowodów na to, że SSVEP są znacznie osłabione w przypadku wstrząśnienia mózgu i mogą być niezawodnie wytwarzane na poziomie jakości badawczej za pomocą uproszczonego przenośnego systemu EEG. W związku z tym proponujemy, aby SSVEP mógł być stosowany jako dodatkowa pomoc w ocenie urazów wstrząsu mózgu, w szczególności w ocenie SRC na linii bocznej. Dalsze badania z bardziej wyrafinowanymi protokołami, zaawansowanymi technikami i ulepszonym sprzętem mogą opierać się na tym badaniu i dostarczyć krytycznych informacji do zwalczania szkodliwego wpływu wstrząsów mózgu na życie sportowców.

Oświadczenia

Autorzy deklarują potencjalne konflikty interesów i opisują je poniżej:

Adrian Cohen jest dyrektorem HeadsafeIP Pty Ltd i jest znany z wniosków patentowych związanych z technologią w tej dziedzinie.

Dylan Mahony jest pracownikiem HeadsafeIP. HeadsafeIP prowadzi badania, rozwój i komercjalizację technologii związanych ze wstrząsem mózgu. Ltd może odnieść korzyści finansowe, jeśli produkty związane z tym badaniem zostaną pomyślnie wprowadzone na rynek.

Daryl Fong jest pracownikiem firmy Cryptych Pty Ltd. Cryptych Pty Ltd świadczy usługi konsultingowe na rzecz HeadsafeIP w zakresie produkcji urządzenia zgodnej z wymogami regulacyjnymi.

David Putrino, Joseph Herrera i Rebecca Baron są pracownikami Icahn School of Medicine w Mount Sinai i uczestniczą w sponsorowanych badaniach badających przypadki użycia ulepszonego urządzenia SSVEP.

Podziękowania

Sprzęt wykorzystany w początkowym eksperymencie (śledczym SSVEP) został dostarczony przez Szkołę Inżynierii Lotniczej, Mechanicznej i Mechatronicznej na Uniwersytecie w Sydney. Sprzęt wykorzystany w drugiej połowie badania, zintegrowane systemy SSVEP i EEG, został dostarczony przez HeadsafeIP.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Elektrody Ag-AgClCompumedics97000153Jednorazowe druty elektrody EEG
Karton VRGoogle87002823-01VR Rama
CaviWipesMetrex13-1100Chusteczki dezynfekujące
Emotiv XavierEmotivEMO-BCI-ONET-MAC-01Zestaw słuchawkowy EEG Oprogramowanie / Jakość kontaktu
Czujniki filcowe EPOCEmotivEMO-EPO-FELT-00Styki miękkiej elektrody EEG
Odbiornik USB Uniwersalny modelEmotivEMO-EPO-USB-04Odbiornik sygnału do 14-kanałowego zestawu słuchawkowego EEG
EPOC+EmotivEPOC+ V1.1A14-kanałowy zestaw słuchawkowy EEG
Excel 2016KB4484437Arkusz kalkulacyjny
Wzmacniacz EEG Grael 4KCompumedics928-0002-02Kliniczny wzmacniacz EEG / 40-kanałowy EEG
iPad 5. generacjiAppleA1822Urządzenie iOS
iPhone 6sApple A1633Urządzenie iOS
iTunesAppleV12.5.5.5Narzędzie do zarządzania urządzeniami mobilnymi
MATLABMathWorks  R2015bOprogramowanie do obliczeń numerycznych
Aplikacja Nurochek iOSHeadsafeIPHS02SSVEP iOS
App Software System NurochekHeadsafeIPHS01Przenośny system SSVEP
Cylindry z czujnikiem poliuretanowymHeadsafeHSIP01-213EEG Miękkie kontakty elektrodowe
Profuzja EEG 5CompumedicsAH744-00Kliniczne oprogramowanie neurologiczne do EEG Wzmacniacz
Quik-Gel ElektrolitCompumedics92000016Żel przewodzący EEG
Renu Fresh SolutionBausch+Lomb435720Roztwór soli
fizjologicznej SPSS 24IBMCRZ0WMLOprogramowanie do analizy statystycznej
Ten20 PastaWeaver92100031EEG Żel/pasta do przygotowania skóry
Vaio Pro 11SonySVP1132A1CLKomputer / Laptop
Xperia Z1SonyC6906Smartfon LCD
Microsoft

Bibliografia

  1. McCrory, P., et al. Consensus statement on concussion in sport-the 5(th) international conference on concussion in sport held in Berlin, October 2016. British Journal of Sports Medicine. 51 (11), 838-847 (2017).
  2. Kilcoyne, K. G., et al. Reported concussion rates for three division I football programs: an evaluation of the new NCAA concussion Policy. Sports Health. 6 (5), 402-405 (2014).
  3. Fuller, C. W., Taylor, A., Raftery, M. Epidemiology of concussion in men's elite Rugby-7s (Sevens World Series) and Rugby-15s (Rugby World Cup, Junior World Championship and Rugby Trophy, Pacific Nations Cup and English Premiership. British Journal of Sports Medicine. 49 (7), 478-483 (2015).
  4. Gardner, A. J., Iverson, G. L., Williams, W. H., Baker, S., Stanwell, P. A systematic review and meta-analysis of concussion in rugby union. Sports Medicine. 44 (12), 1717-1731 (2014).
  5. Rice, S. M., et al. Sport-related concussion and mental health outcomes in elite athletes: a systematic review. Sports Medicine. 48 (2), Auckland, N.Z. 447-465 (2018).
  6. Graham, R., Rivara, F. P., Ford, M. A., Spicer, C. M. Institute of Medicine (US) and National Research Council (U.S.). Committee on Sports-Related Concussions in Youth Board onChildren Youth and Families. Sports-Related Concussions in Youth: Improving the Science, Changing the Culture. , National Academies Press. USA. (2014).
  7. Partridge, B., Hall, W. Repeated head injuries in Australia's collision sports highlight ethical and evidential gaps in concussion management policies. Neuroethics. 8 (1), 39-45 (2015).
  8. Murray, I. R., Murray, A. D., Robson, J. Sports concussion: time for a culture change. Clinical Journal of Sport Medicine: Official Journal of the Canadian Academy of Sport Medicine. 25 (2), 75-77 (2015).
  9. Levin, H. S., Diaz-Arrastia, R. R. Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury. The Lancet, Neurology. 14 (5), 506-517 (2015).
  10. Bey, T., Ostick, B. Second impact syndrome. The Journal of Emergency Medicine. 10 (1), 6-10 (2009).
  11. Meehan, W. P., Mannix, R. C., O'Brien, M. J., Collins, M. W. The prevalence of undiagnosed concussions in athletes. Clinical Journal of Sport Medicine: Official Journal of the Canadian Academy of Sport Medicine. 23 (5), 339-342 (2013).
  12. Weinstein, E., Turner, M., Kuzma, B. B., Feuer, H. Second impact syndrome in football: new imaging and insights into a rare and devastating condition. Journal of Neurosurgery, Pediatrics. 11 (3), 331-334 (2013).
  13. Stern, R. A., et al. Long-term consequences of repetitive brain trauma: chronic traumatic encephalopathy. PM & R. 3 (10), Suppl 2 460-467 (2011).
  14. Arciniegas, D. B. Clinical electrophysiologic assessments and mild traumatic brain injury: state-of-the-science and implications for clinical practice. International Journal of Psychophysiology. 82 (1), 41-52 (2011).
  15. Echemendia, R. J., et al. The Sport Concussion Assessment Tool 5th Edition (SCAT5): Background and rationale. British Journal of Sports Medicine. 51 (11), 848-850 (2017).
  16. Giza, C. C., et al. Summary of evidence-based guideline update: evaluation and management of concussion in sports: report of the Guideline Development Subcommittee of the American Academy of Neurology. Neurology. 80 (24), 2250-2257 (2013).
  17. Vander Werff, K. R., Rieger, B. Auditory and cognitive behavioral performance deficits and symptom reporting in postconcussion syndrome following mild traumatic brain injury. Journal of Speech, Language, and Hearing Research: JSLHR. 62 (7), 1-18 (2019).
  18. Asken, B. M., et al. Concussion-like symptom reporting in non-concussed collegiate athletes. Archives of Clinical Neuropsychology. 32 (8), 963-971 (2017).
  19. Echemendia, R. J., et al. What tests and measures should be added to the SCAT3 and related tests to improve their reliability, sensitivity and/or specificity in sideline concussion diagnosis? A systematic review. British Journal of Sports Medicine. 51 (11), 895-901 (2017).
  20. Ragan, B., Herrmann, S., Kang, M., Mack, M. Psychometric evaluation of the standardized assessment of concussion: evaluation of baseline score validity using item analysis. Athletic Training & Sports Health Care. 1, 180-187 (2009).
  21. Freed, S., Hellerstein, L. F. Visual electrodiagnostic findings in mild traumatic brain injury. Brain Injury. 11 (1), 25-36 (1997).
  22. Boutin, D., Lassonde, M., Robert, M., Vanassing, P., Ellemberg, D. Neurophysiological assessment prior to and following sports-related concussion during childhood: A case study. Neurocase. 14 (3), 239-248 (2008).
  23. Phurailatpam, J. Evoked potentials: Visual evoked potentials (VEPs): Clinical uses, origin, and confounding parameters. Journal of Medical Society. 28 (3), 140-144 (2014).
  24. Kothari, R., Bokariya, P., Singh, S., Singh, R. A Comprehensive review on methodologies employed for visual evoked potentials. Scientifica. 2016, 1-9 (2016).
  25. Dreyer, A. M., Herrmann, C. S. Frequency-modulated steady-state visual evoked potentials: a new stimulation method for brain-computer interfaces. Journal of Neuroscience Methods. 241, 1-9 (2015).
  26. Norcia, A. M., Appelbaum, L. G., Ales, J. M., Cottereau, B. R., Rossion, B. The steady-state visual evoked potential in vision research: A review. Journal of Vision. 15 (6), 4(2015).
  27. Herbst, S., Javadi, A. -H., Busch, N. How long depends on how fast - perceived flicker frequencies dilate subjective duration. Journal of Vision. 12, 141(2012).
  28. Handy, T. C. Event-related Potentials: A Methods Handbook. , A Bradford Book. (2005).
  29. Kappenman, E. S., Luck, S. J. The Oxford Handbook of Event-Related Potential Components. , Oxford library of Psychology. (2012).
  30. Rugby Australia. Rugby AU Codes and Policies, Safety and Welfare. Concussion Management. , Available from: https://australia.rugby/about/codes-and-policies/safety-and-welfare/concussion-management (2021).
  31. Moyer, J. T., et al. Standards for data acquisition and software-based analysis of in vivo electroencephalography recordings from animals. A TASK1-WG5 report of the AES/ILAE Translational Task Force of the ILAE. Epilepsia. 58, Suppl 4 53-67 (2017).
  32. Liu, Y., et al. IEEE International Conference on Virtual Environments Human-Computer Interfaces and Measurement Systems (VECIMS) Proceedings. , 34-37 (2012).
  33. Fong, D. H. C., et al. Steady-state visual-evoked potentials as a biomarker for concussion: a pilot study. Frontiers in Neuroscience. 14, 171(2020).
  34. Alsalaheen, B., Stockdale, K., Pechumer, D., Broglio, S. P. Validity of the Immediate Post Concussion Assessment and Cognitive Testing (ImPACT). Sports Medicine. 46 (10), 1487-1501 (2016).
  35. Slobounov, S. M., Sebastianelli, W. J. Concussions in Athletics: from Brain to Behaviour. , Springer. (2014).
  36. Drislane, F. W. The Clincal Neurophysiology Primer. , Humana Press. 461-473 (2007).
  37. Moore, R. D., Broglio, S. P., Hillman, C. H. Sport-related concussion and sensory function in young adults. Journal of Athletic Training. 49 (1), 36-41 (2014).
  38. Yadav, N. K., Ciuffreda, K. J. Objective assessment of visual attention in mild traumatic brain injury (mTBI) using visual-evoked potentials (VEP). Brain Injury. 29 (3), 352-365 (2015).

Przedruki i uprawnienia

Tagi

VEP w stanie stacjonarnymprzenośny system EEGstosunek sygnału do szumuniezawodność test-retestrozmieszczenie elektrodfiltr Butterworthaanaliza częstotliwościowaocena neurologiczna
Obiektywna ocena wstrząśnienia mózgu podczas uprawiania sportu z wykorzystaniem wizualnych potencjałów wywołanych
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.