Wskaźniki sieci elektroencefalograficznej jako biomarkery upośledzenia kończyny górnej w przewlekłym udarze mózgu
14 lipca 2023
Protokół eksperymentalny demonstruje paradygmat pozyskiwania i analizowania sygnałów elektroencefalografii (EEG) podczas ruchu kończyn górnych u osób po udarze. Zmianę funkcjonalnej sieci pasm częstotliwości EEG o niskiej wartości beta obserwowano podczas ruchu upośledzonej kończyny górnej i wiązało się to ze stopniem upośledzenia ruchowego.
Nasz protokół może pomóc w zbadaniu specyficznej dla zadania neuroaktywności u pacjenta z udarem, znajdując w ten sposób potencjalne biomarkery stopnia upośledzenia motorycznego i regeneracji motorycznej u niego. Nasza technika wykorzystuje EEG specyficzne dla zadania, aby ujawnić skomplikowane przetwarzanie stanu zapalnego związanego z upośledzeniem motorycznym u pacjentów po udarze. Obejmuje to odkrywanie wzajemnych zależności między półkulą ipsilesional i contralesional.
Metoda ta ocenia neurofizjologię zaburzeń motorycznych u pacjentów po udarze mózgu. W połączeniu z oceną funkcji motorycznych oferuje kompleksową analizę ich deficytów motorycznych. Wskaźniki mierzone za pomocą tego paradygmatu mają potencjał jako biomarker powrotu do zdrowia nerwu wzrokowego u pacjenta z udarem.
Na potrzeby badań wykorzystanie tego paradygmatu zapewni wgląd w neurofizjologię deficytu motorycznego i regeneracji. Po rekrutacji pacjentów. Wyświetlaj dwa bodźce wizualne, zamknięte i otwarte, przez 30 sekund każdy na środku monitora, aby zmierzyć podstawowe dane elektroencefalogramu w stanie spoczynku lub EEG.
Podczas których uczestnik zamyka i otwiera oczy. Następnie prezentuj obraz ruchu ręki przez trzy sekundy, aby poinstruować uczestnika, aby wykonał ruch prostowania ręki. Następnie wyświetlaj znak fiksacji przez pięć sekund, pozwalając na okres odpoczynku.
Posadź uczestnika w wygodnym fotelu przodem do monitora. Aby zapewnić dokładne pomiary EEG, wybierz nasadkę EEG o odpowiednim rozmiarze w zależności od rozmiaru głowy uczestnika. Zlokalizuj pozycję Cz w oparciu o Międzynarodowy System 10-20, jak opisano w manuskrypcie, i ustaw ją tak, aby wyrównać elektrodę Cz z lokalizacją Cz danej osoby.
Po prawidłowym umieszczeniu czepka EEG przymocuj do skóry głowy 32 elektrody srebrowe/chlorkowe srebra, postępując zgodnie z rozszerzonym systemem International 10-10 z elektrodami uziemiającymi i referencyjnymi odpowiednio na FPz i FCz. Włącz system EEG. Przejdź do pozycji Konfiguracja, a następnie wybierz opcję Amplifier (Wzmacniacz).
Wybierz LiveAmp i kliknij OK. Wyszukaj funkcję LiveAmp, aby nawiązać połączenie bezprzewodowe. Następnie wyreguluj poziom impedancji między elektrodami EEG a skórą głowy za pomocą żelu przewodzącego. Użyj żelu do utrwalenia włosów, aby uniknąć zasłaniania elektrod i skóry głowy.
Wykonaj funkcję sprawdzania impedancji, aby monitorować poziom impedancji każdej elektrody. Następnie wykonaj funkcję monitorowania, aby potwierdzić, że wszystkie elektrody mają podobne poziomy amplitudy w monitorowaniu sygnału EEG w czasie rzeczywistym. Do stabilnej akwizycji danych EEG należy wykorzystać dwa oddzielne komputery osobiste do prezentacji bodźców zewnętrznych i zapisu danych EEG.
Następnie stwórz program stymulacyjny do prezentowania uczestnikom bodźców eksperymentalnych za pomocą oprogramowania do programowania opartego na paradygmacie eksperymentalnym. Uruchom program w trybie monitorowania, aby przedstawić bodźce eksperymentalne. Upewnij się, że informacje o zdarzeniu są dokładnie zaznaczone na dole oprogramowania do rejestracji EEG za każdym razem, gdy wyświetlany jest bodziec.
Uruchom oprogramowanie do rejestracji EEG i uruchom program prezentacji bodźca opracowany zgodnie z paradygmatem eksperymentalnym za pomocą oprogramowania do programowania, aby uniknąć pominięcia danych. Następnie przystąp do pomiaru EEG z częstotliwością próbkowania 1 000 Hz, zgodnie z paradygmatem eksperymentalnym. Pokazane są mapy topograficzne niskiego poziomu beta ERD dla każdego zadania ruchu ręki.
Istotnie silne niskie ERD beta zaobserwowano w półkuli przeciwprądowej w porównaniu z półkulą ipsilesional zarówno dla zadań związanych z ruchami ręki, jak i niedotkniętych. Wyniki ilościowe czterech ważonych charakterystyk sieci na poziomie globalnym wykazały, że zarówno wskaźniki siły, jak i współczynnika grupowania były znacznie zmniejszone podczas zadania ruchu ręki dotkniętego chorobą w porównaniu z zadaniem ruchu ręki bez wpływu na środowisko. Długość ścieżki znacznie się zwiększyła podczas zadania związanego z ruchem ręki.
Nie było znaczącej różnicy w małoświatowości między tymi dwoma zadaniami. Współczynnik grupowania siły sieci ipsicontralesional w paśmie alfa i małoświatowość wykazały dodatnią korelację z wynikiem FMA, podczas gdy długość ścieżki była ujemnie skorelowana z wynikiem FMA. Aby uzyskać wysokiej jakości dane EEG, kluczowe jest prawidłowe umieszczenie elektrod EEG w wyznaczonych pozycjach i regulacja poziomu impedancji między elektrodami a skórą głowy.
Technika ta ocenia neurofizjologię zaburzeń motorycznych u pacjentów z udarem mózgu w klinicznych warunkach laboratoryjnych. Zapewni to badaczom klinicznym możliwość zbadania neurofizjologii upośledzenia motorycznego.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie szczegółowo opisuje protokół pozyskiwania i analizy sygnałów elektroencefalograficznych (EEG) podczas ruchów kończyn górnych u pacjentów po udarach. Badania koncentrują się na zrozumieniu specyficznej dla zadania neuroaktywności związanej z zaburzeniami motorycznymi i rekonwalescencją, ze szczególnym uwzględnieniem różnic w wzorcach EEG między kończyną sprawną a niesprawną.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Rehabilitacja kliniczna
Wstęp
- Badanie analizuje neurofizjologię zaburzeń motorycznych po udarze mózgu.
- Zwraca ono uwagę na różnice w sygnałach EEG między kończynami dotkniętymi i niedotkniętymi dysfunkcją.
- Celem protokołu jest zidentyfikowanie potencjalnych biomarkerów powrotu sprawności ruchowej.
- Wykorzystanie pasm częstotliwości niskiej beta pozwala na uzyskanie informacji o zmianach w sieciach funkcjonalnych.
Cel badania
- Ocena związku między wzorcami EEG a zaburzeniami motorycznymi u pacjentów po udarze.
- Zbadanie neuroaktywności specyficznej dla danego zadania jako potencjalnego biomarkera powrotu do zdrowia.
- Ocena wpływu obu półkul na funkcje motoryczne.
Zastosowane metody
- Badanie wykorzystuje EEG do gromadzenia danych podczas specyficznych zadań motorycznych.
- Uczestnicy otrzymują instrukcje wykonywania ruchów ręką podczas rejestracji danych EEG.
- Elektrody są rozmieszczone zgodnie z uznanymi systemami międzynarodowymi, aby zapewnić dokładność.
- Sygnał EEG jest rejestrowany z częstotliwością próbkowania 1,000 Hz podczas wykonywania zadań.
- W celu zachowania integralności danych wykorzystuje się dwa komputery osobiste – jeden do prezentacji bodźców, a drugi do akwizycji danych.
Główne wyniki
- Podczas ruchów zaobserwowano istotne różnice w odpowiedziach EEG w zakresie niskich częstotliwości beta między kończyną dotkniętą schorzeniem a kończyną zdrową.
- Wskaźniki ilościowe wykazały obniżone parametry łączności podczas wykonywania zadań kończyną dotkniętą schorzeniem w porównaniu do kończyny zdrowej.
- Badanie identyfikuje korelacje między charakterystyką EEG a klinicznymi ocenami funkcji motorycznych, dostarczając informacji na temat potencjalnych ścieżek powrotu do sprawności.
Wnioski
- Niniejszy protokół umożliwia głębsze zrozumienie elektrofizjologicznych podstaw zaburzeń motorycznych i procesu powrotu sprawności u pacjentów po udarze mózgu.
- Zdolność do identyfikacji aktywności neuronalnej specyficznej dla danego zadania może pomóc w opracowaniu ukierunkowanych strategii rehabilitacyjnych.
- Wnioski z tych badań mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów neuronalnych związanych z funkcjami motorycznymi w warunkach klinicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowe wskaźniki sieci EEG podczas ruchów kończyny górnej stanowią nieinwazyjną strategię biomarkerową służącą do oceny stopnia nasilenia zaburzeń motorycznych oraz potencjału regeneracyjnego w przewlekłym udarze. Podejście to umożliwia obiektywny i powtarzalny pomiar zmian neurofizjologicznych, co zwiększa wiarygodność predykcyjną w opracowywaniu translacyjnych biomarkerów. Integracja wskaźników opartych na EEG z wczesnymi etapami odkrywania i procesami przedklinicznymi może zminimalizować ryzyko związane z walidacją celów terapeutycznych oraz wesprzeć decyzje dotyczące rozwoju portfolio w badaniach i rozwoju (R&D) nad neurorehabilitacją.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie mechanizmów neurofizjologicznych leżących u podstaw zaburzeń ruchowych po udarze.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów terapeutycznych poprzez powiązanie zmian w sieciach EEG z klinicznymi wynikami funkcji ruchowych.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego dzięki ilościowej ocenie oddziaływań między półkulami.
- Zapewnia obiektywne punkty końcowe dla odkrywania biomarkerów w oparciu o postawione hipotezy.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Ustanawia zestandaryzowane paradygmaty EEG w celu powtarzalnego pozyskiwania danych u ludzi.
- Dostarcza ilościowe wskaźniki sieciowe odpowiednie do opracowywania testów i porównań między badaniami.
- Umożliwia rzetelny screening potencjalnych interwencji ukierunkowanych na przywrócenie sieci motorycznej.
- Wspiera ponowne wykorzystanie platformy do oceny różnorodnych strategii neurorehabilitacyjnych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie biomarkerów sieci EEG do klinicznych ocen funkcji motorycznych w celu zapewnienia ciągłości translacyjnej.
- Zapewnia punkty końcowe skorygowane o ryzyko w celu przedklinicznej walidacji interwencji neurorestauracyjnych.
- Umożliwia podłużne śledzenie trajektorii powrotu do zdrowia w systemach istotnych dla danej choroby.
- Wspiera predykcyjne ograniczanie ryzyka w celu przejścia do fazy rozwoju klinicznego.
Integracja potoku i przepływu pracy
Analiza sieci EEG integruje się z kontinuum od odkrycia do badań przedklinicznych jako ilościowe narzędzie do testowania hipotez, walidacji celów terapeutycznych oraz dopasowania biomarkerów translacyjnych w badaniach nad udarem.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określanie zmian neurofizjologicznych związanych z zaburzeniami motorycznymi i regeneracją.
- Przesiew: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wskaźników sieciowych do oceny kandydatów.
- Analityka: Umożliwia statystyczne porównanie metryk sieciowych w różnych warunkach i kohortach pacjentów.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki przedkliniczne z klinicznymi efektami motorycznymi przy użyciu spójnych biomarkerów.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Oferuje skalowalną, zstandaryzowaną platformę do prowadzenia ciągłych badań nad biomarkerami neurorehabilitacyjnymi.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad zaburzeniami motorycznymi.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje akwizycję i analizę EEG w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu działań (go/no-go) oraz optymalizuje alokację zasobów w portfelach neurorehabilitacyjnych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację potencjalnych interwencji z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o ilościowe biomarkery.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie akwizycji EEG, rozmieszczania elektrod oraz regulacji impedancji.
- Wymaga dostępu do systemów EEG o wysokiej gęstości oraz oprogramowania analitycznego do analizy sieciowej.
- Konieczna jest standaryzacja protokołu pomiędzy zespołami badawczymi w celu zapewnienia porównywalności danych.
- Możliżna jest konieczność adaptacji metody dla różnych populacji pacjentów lub paradygmatów ruchowych.
- Jakość danych zależy od rygorystycznego rozmieszczenia elektrod oraz monitorowania w czasie rzeczywistym.
