Obiektywna ocena wstrząśnienia mózgu podczas uprawiania sportu z wykorzystaniem wizualnych potencjałów wywołanych
27 kwietnia 2021
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.
VEP to rodzaj ilościowego sygnału elektroencefalograficznego, który dostarcza informacji związanych ze zdrowiem mózgu. Protokół ten dostarcza wstępnych danych wykonalności, aby wspierać zestaw słuchawkowy Nurochek jako obiektywną, przenośną i dostępną metodę zbierania danych tego rodzaju. Protokół ten umożliwia szybkie i łatwe pobieranie VEP w miejscu opieki nad pacjentem, z potencjalnymi zastosowaniami w różnych dziedzinach, bez konieczności przeprowadzania skomplikowanych testów neurofizjologicznych lub zatrudniania wysoko wykwalifikowanych operatorów urządzeń.
O ile nam wiadomo, jest to pierwsze urządzenie konsumenckie, które na to pozwala. Możliwość zbierania VEP za pomocą technologii Nurochek pozwoli klinicystom na porównywanie obiektywnych wyników klinicznych dotyczących funkcji neurologicznych przed i po urazie lub chorobie, podczas rekonwalescencji i w ujęciu podłużnym w ciągu życia. System może mieć zastosowanie w przypadku innych chorób i schorzeń, a jego stosunkowo niewielki koszt oznacza, że naukowcy mogą go wykorzystywać samodzielnie lub z innymi metodami, aby zaangażować się w tanie odkrycia.
System Nurochek jest prosty i łatwy w użyciu. Technologia intuicyjnie prowadzi użytkownika przez różne etapy zakładania technologii, przeprowadzania niezbędnych kontroli czujnika pod kątem wierności sygnału i kończenia oceny. Zacznij od dopasowania naładowanego smartfona LCD do ramki VR.
Wygeneruj plik wideo mp4 składający się z sekwencji czarnych i białych ekranów naprzemiennie z częstotliwością 15 Hz przez łącznie 30 sekund. Umieść losową liczbę na środku klatki wideo, upewniając się, że liczba jest zmieniana w odstępach pięciosekundowych. Zamontuj nasycone czujniki w czarnych plastikowych ramionach zestawu słuchawkowego, delikatnie obracając każdy czujnik zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż poczujesz kliknięcie, a czujnik poczuje się bezpiecznie.
Całkowicie nasącz dostarczone czujniki filcowe roztworem soli fizjologicznej. Poproś uczestników, którzy wyrazili zgodę, aby usiedli na krześle w cichym, zamkniętym otoczeniu z naturalnym światłem otoczenia, takim jak pomieszczenie biurowe. Gdy uczestnicy siedzą, dopasuj 14-kanałowy zestaw słuchawkowy EEG do głowy uczestnika, zsuwając pałąk w dół z czubka głowy.
Ułóż elektrody zgodnie z międzynarodowym systemem 10-20. Ustaw dwa przednie czujniki zestawu słuchawkowego w jednej linii z linią włosów uczestnika lub mniej więcej na szerokość trzech palców powyżej brwi uczestnika. Poproś uczestników, aby trzymali testowany smartfon w ramce VR blisko oczu, równo z twarzami i grzbietem nosa, upewniając się, że oba oczy są całkowicie zakryte i potwierdzając, że liczba ogniskowych jest widoczna na środku ekranu i że ramka blokuje światło otoczenia.
Poinformuj uczestników, że mają skupić się na numerze ogniskowym i pozostać nieruchomym i cicho podczas testowania SSVEP. Zainicjuj wideo z bodźcem wizualnym, naciskając przycisk odtwarzania na ekranie smartfona. Następnie poproś uczestników, aby umieścili ramkę VR na swojej twarzy we właściwej pozycji.
Rozpocznij odliczanie na 30 sekund. Następnie wybierz przycisk rozpoczęcia nagrywania w oprogramowaniu 14-kanałowego zestawu słuchawkowego EEG, aby rozpocząć nagrywanie. Upewnij się, że każde uderzenie na boisko, co do którego istnieje podejrzenie, że jest wstrząśnieniem mózgu, zostało zarejestrowane i zgłoszone badaczowi prowadzącemu badanie przez lekarza drużyny lub zawodnika.
Poproś lekarza drużyny, aby przeprowadził badanie neurologiczne, a także wykorzystał elementy SCAT do określenia stanu świadomości gracza lub obecności któregokolwiek z typowych oznak i objawów związanych ze wstrząsem mózgu. Porównaj średni stosunek sygnału do szumu (SNR) między wszystkimi trzema grupami oceniającymi, używając sparowanych testów T dla graczy, którzy doświadczyli wszystkich trzech typów ocen, upewniając się, że zastosowano poprawkę wielokrotnego porównania przy użyciu poprawki Bonferroniego. Zaopatrz się w przenośny system SSVEP, który zawiera bodziec wzrokowy i konfigurację elektrod zgodnie z opisem w manuskrypcie tekstowym.
Wygeneruj konta podmiotów w aplikacji dla systemu iOS, postępując zgodnie z instrukcją obsługi przenośnego systemu SSVEP. Otwórz aplikację, wybierz kartę tematów, a następnie naciśnij przycisk dodawania nowego tematu. Skonfiguruj zestaw słuchawkowy SSVEP zgodnie z instrukcją obsługi.
W pełni naładuj zestaw słuchawkowy, a następnie sparuj go Bluetooth z aplikacją SSVEP iOS. Włóż dostarczone cylindry czujnika poliuretanowego do kanałów elektrod i nasyc je zwykłym roztworem soli fizjologicznej. Umieść zestaw słuchawkowy SSVEP na głowie uczestnika tak, aby dolna część tylnej obudowy znajdowała się bezpośrednio nad wejściem uczestnika, obudowa przedniego wizjera powinna być bezpiecznie umieszczona nad oczami i grzbietem nosa, a zestaw słuchawkowy był napięty za pomocą elastycznych pasków regulacyjnych i sprzączek zabezpieczających.
Przed testowaniem sprawdź zielony wskaźnik impedancji aplikacji SSVEP iOS, aby zapewnić odpowiednie połączenie między zestawem słuchawkowym a głową uczestnika. Upewnij się, że uczestnik czuje się komfortowo i poinstruuj go, aby pozostał nieruchomy, spokojny i cichy, gdy siedzi i patrzy do przodu w światła, a także mrugał tylko wtedy, gdy jest to wymagane. Zainicjuj bodziec wizualny, naciskając przycisk rozpoczęcia testu w aplikacji na iOS.
Po wyświetleniu monitu naciśnij przycisk kontynuacji, aby przejść do następnego etapu testowania. Po zakończeniu oceny SSVEP zdejmij zestaw słuchawkowy SSVEP z głowy uczestnika. Pozwól obiektom zrelaksować się przez co najmniej 30 sekund.
Aby uzyskać wartość niezawodności ponownego testu testu, powtórz protokół oceny SSVEP z systemem SSVEP po okresie odpoczynku. Pozwól uczestnikom odpocząć przez pięć minut przed przystąpieniem do następnego systemu EEG. Po pomyślnym zakończeniu dwóch ocen SSVEP poproś uczestnika, aby zdjął przednią osłonę z oczu i ostrożnie odczepił plastry elektrod od skóry głowy.
Zapytaj uczestnika, czy doświadczył jakichś nieprawidłowych reakcji na bodziec, w tym obecności bólu głowy lub zawrotów głowy. Zapisz ich odpowiedzi w dzienniku badania przed poinformowaniem ich, że zakończyli swój udział w badaniu. Pobierz nieprzetworzone wartości SSVEP obu podstawowych zestawów testowych SSVEP z urządzenia z systemem iOS za pomocą oprogramowania do zarządzania urządzeniami mobilnymi wyprowadzonymi jako pliki wartości oddzielonych przecinkami.
Zapisz pliki, używając nazwy i daty. Użyj SNR każdego odczytu SSVEP, aby porównać wyniki różnych testów i oszacować niezawodność ponownego testu testu. Przedstaw kryteria określające, czy SSVEP został wykryty przez system EEG, zgodnie z opisem w manuskrypcie.
Utwórz plik PSD ze znormalizowanymi średnimi wynikami SNR obu systemów w zakresie od zera do 25 herców. Włosy lub skóra uczestnika potencjalnie wpływają na zdolność systemu EEG do uzyskania czystego SSVEP, który został skorygowany za pomocą elektrod nasyconych solą fizjologiczną. Średnie wartości SSVEP w oddzielnej grupie kontrolnej wywołanej tym samym bodźcem wizualnym, ale zarejestrowanej za pomocą innego systemu EEG, zostały przedstawione na wykresie jako PSD, co pozwoliło na ustawienie wyraźnej kontroli dla odpowiedzi SSVEP gracza bez wstrząśnienia mózgu na konfigurację badawczą.
Przenośny system SSVEP typu "wszystko w jednym" był również stosowany u zdrowych osób z grupy kontrolnej z populacji ogólnej, niezwiązanych ze sportem rugby, z innym systemem elektrod i nieznacznie różniącymi się bodźcami od początkowej konfiguracji SSVEP. W związku z tym ich mediana i średnie wartości SNR nie były miarodajne do porównania. Ponadto dokładność technologii EEG systemu została potwierdzona poprzez badanie zgodności z tradycyjnym systemem EEG klasy klinicznej, który zwrócił podobną wartość ICC wynoszącą 0,83.
PSD odpowiedzi SSVEP pojedynczego uczestnika kontrolnego mierzono za pomocą systemu SSVEP i klinicznego systemu EEG. W drugim powtórzeniu, ogólna dokładność obu systemów w celu wytworzenia SSVEP wykazała, że oba systemy mają wyraźny SNR wyłącznie przy częstotliwości 15 herców. Prawidłowe ustawienie zestawu słuchawkowego Nurochek na obiekcie ma kluczowe znaczenie dla uzyskania czystego odczytu.
A jeśli masz jakiekolwiek problemy, system jest tak prosty, że powtarzanie odczytu rzadko stanowi problem. Podążając za rozwojem Nurochek z jego zdolnością do rejestrowania wizualnych potencjałów wywołanych z odległych królestw dużego szpitala, można śledzić kilka schorzeń neurologicznych pacjentów przed i po urazach, a ich postępy można śledzić przez lata.
Przegląd
Niniejsza praca prezentuje przenośny system do pomiaru potencjałów wywołanych wzrokowo w stanie ustalonym (SSVEP) w celu zbadania jego potencjału jako biomarkera elektrofizjologicznego do oceny wstrząsów mózgu u zawodników rugby. Zestaw słuchawkowy Nurochek był oceniany przez 18 tygodni, z pomiarami wyjściowymi przeprowadzonymi przed sezonem, a następnie testami w celu oceny wiarygodności i powrotu do zdrowia.
Kluczowe elementy badania
Dział obszaru nauki
- Neurofizjologia
- Medycyna sportowa
- Elektrofizjologia
Tło
- Potencjały wywołane wzrokowo (VEP) są informacyjnymi sygnałami związanymi ze zdrowiem mózgu.
- Konieczność dostępnych i obiektywnych metod oceny wstrząsów mózgu jest kluczowa.
- System Nurochek ma na celu spełnienie tego wymogu przenośnym rozwiązaniem.
- Dane dotyczące wstępnej wykonalności wskazują na potencjalne zastosowania kliniczne w różnych schorzeniach neurologicznych.
Cel badania
- Opracowanie i przetestowanie przenośnego systemu do pomiaru SSVEP.
- Ocena wiarygodności i skuteczności SSVEP jako biomarkera wstrząsu mózgu.
- Ocena użyteczności systemu w porównaniu z konwencjonalnymi metodami neurofizjologicznymi.
Wykorzystane metody
- Główną platformą jest przenośny zestaw słuchawkowy EEG zaprojektowany do pomiaru SSVEP.
- Model biologiczny obejmuje amatorskich zawodników rugby poddawanych ocenie wstrząsów mózgu.
- Harmonogram badania obejmuje oceny wyjściowe przed sezonem, a następnie oceny wstrząsu mózgu i powrotu do zdrowia w kontrolowanych odstępach czasu.
- Ocena obejmowała rejestrację danych VEP podczas prezentacji bodźca wzrokowego.
- Przeprowadzono wiele ocen, aby zapewnić wierność i wiarygodność pomiarów.
Główne wyniki
- Zestaw słuchawkowy Nurochek dostarczał wiarygodne dane do oceny SSVEP, co przyczyniło się do wiedzy na temat powrotu do zdrowia po wstrząsie mózgu.
- Analiza porównawcza wykazała istotne różnice w wynikach SSVEP przed i po wstrząsie mózgu.
- Uczestnicy wykazali wyraźne zmiany w odpowiedziach neurofizjologicznych na bodźce wzrokowe związane ze stanem po wstrząsie mózgu.
- Wyniki potwierdziły użyteczność systemu Nurochek jako alternatywy dla tradycyjnych metod testowania.
Wnioski
- Niniejsze badanie demonstruje wykonalność zestawu słuchawkowego Nurochek do oceny wstrząsów mózgu w środowiskach sportowych.
- Wyniki potwierdzają wykorzystanie SSVEP do monitorowania funkcji neurologicznych u zawodników.
- Implikacje obejmują poprawę strategii zarządzania wstrząsami mózgu i zwiększenie dostępności ocen neurofizjologicznych w różnych środowiskach.
Często zadawane pytania
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
