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Neuroscience

Évaluation objective des commotions cérébrales sportives à l’aide de potentiels évoqués visuels

Published: April 27, 2021 doi: 10.3791/62082
Automatic Translation
1, 2, 2, 4, 3, 3, 3
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

Summary

Un système portable capable de mesurer les potentiels évoqués visuellement à l’état d’équilibre a été développé et testé sur 65 joueurs de rugby amateurs pendant 18 semaines pour étudier le SSVEP en tant que biomarqueur électrophysiologique potentiel des commotions cérébrales. Les niveaux de référence des joueurs ont été mesurés avant la saison, avec de nouveaux tests pour la fiabilité, les commotions cérébrales et l’évaluation du rétablissement effectués dans des périodes de temps contrôlées, respectivement.

Abstract

Un système portable capable de mesurer les potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre (SSVEP) a été développé pour fournir une méthode objective et quantifiable de test d’électroencéphalogramme (EEG) à la suite d’un événement traumatique. Dans cette étude, le système portable a été utilisé sur 65 joueurs de rugby en bonne santé tout au long d’une saison pour déterminer si les SSVEP sont un biomarqueur électrophysiologique fiable pour les commotions cérébrales. Avant la saison de compétition, tous les joueurs ont subi une évaluation SSVEP de base. Au cours de la saison, les joueurs ont été testés à nouveau dans les 72 heures suivant un match pour une évaluation de la fiabilité ou de l’évaluation post-blessure. Dans le cas d’une commotion cérébrale médicalement diagnostiquée, les joueurs ont été réévalués une fois qu’ils ont été jugés rétablis par un médecin. Le système SSVEP se composait d’un smartphone logé dans une trame VR délivrant un stimulus de scintillement de 15 Hz, tandis qu’un casque EEG sans fil enregistrait l’activité occipitale. Les joueurs ont reçu l’ordre de regarder le point de fixation de l’écran tout en restant assis et silencieux. Les électrodes ont été disposées selon la nomenclature de positionnement EEG 10-20, O1-O2 étant les canaux d’enregistrement tandis que P1-P2 les références et le biais, respectivement. Toutes les données EEG ont été traitées à l’aide d’un filtre passe-bande butterworth, d’une transformation de Fourier et d’une normalisation pour convertir les données pour l’analyse de fréquence. Les réponses SSVEP des joueurs ont été quantifiées en un rapport signal/bruit (SNR), 15 Hz étant le signal souhaité, et résumées en groupes d’étude respectifs à des fins de comparaison. Les joueurs ayant subi une commotion cérébrale ont été considérés comme ayant un SNR significativement inférieur à leur niveau de référence; toutefois, après le rétablissement, leur SNR n’était pas significativement différent de celui de référence. Test-retest a indiqué une grande fiabilité de l’appareil pour l’ordinateur portable. Un système SSVEP portable amélioré a également été validé par rapport à un amplificateur EEG établi pour s’assurer que la conception de l’enquête est capable d’obtenir des mesures EEG de qualité de recherche. Il s’agit de la première étude à identifier les différences dans les réponses au SSVEP chez les athlètes amateurs à la suite d’une commotion cérébrale et indique le potentiel du SSVEP comme aide à l’évaluation et à la gestion des commotions cérébrales.

Introduction

Les gens d’aujourd’hui sont très conscients de la morbidité causée par les lésions cérébrales dans le sport1. Une commotion cérébrale liée au sport (SRC) est une forme de lésion cérébrale traumatique légère (TCC) qui est fréquemment signalée dans les sports de contact tels que le football, le rugby et la boxe 2,3,4. La transduction biomécanique de la force impulsive au cerveau à la suite d’un impact sur le terrain entraîne une perturbation de la fonction neuronale, entraînant des symptômes immédiats et transitoires qui affectent l’état physique, cognitif et émotionnel d’un athlète 1,5. Dans la plupart des cas, ces symptômes se maintiennent dans un court laps de temps, à condition que l’athlète soit traité de manière appropriée et ne soit pas exposé à d’autres impacts6.

Comme le SRC nuit à la santé neurologique des joueurs, les instances dirigeantes du sport sont confrontées au défi d’utiliser un diagnostic précis et opportun des commotions cérébrales pour permettre un protocole de retour au jeu sûr 5,7,8,9. Cependant, la détection des commotions cérébrales peut être empêchée par les athlètes qui minimisent ou refusent les symptômes pour éviter un diagnostic de commotion cérébrale, accélérant ainsi leur retour au jeu. Ces actions peuvent potentiellement augmenter leur risque de syndrome du deuxième impact, une condition dans laquelle un œdème cérébral rapide se forme à la suite d’une deuxième blessure à la tête pendant la phase de récupération de la commotion cérébrale10. De plus, en raison du manque d’éducation sur le diagnostic des commotions cérébrales et de la nature variable de sa définition physiologique, il n’est pas rare que le SRC ne soit pas signalé ou mal diagnostiqué11. Malheureusement, de longues périodes de commotions cérébrales répétées et mal gérées peuvent entraîner une gamme de troubles neurologiques chroniques, tels que l’encéphalopathie traumatique chronique (ETC), qui est fortement associée au SRC 12,13,14.

Dans le but de lutter contre les défis associés au SRC, les organisations sportives utilisent une variété d’outils d’évaluation des commotions cérébrales. L’outil le plus couramment utilisé et le plus accessible, l’outil d’évaluation des commotions cérébrales sportives (SCAT), est un test papier standardisé qui intègre des évaluations physiques et cognitives en combinaison avec la déclaration de symptômes à l’échelle 15,16. Cependant, des études antérieures ont démontré que la déclaration des symptômes est subjective et peu fiable en identifiant les différences entre les sexes au sein des groupes de TCC et les valeurs aberrantes dans le groupe témoin17,18. Les outils plus avancés utilisés au niveau professionnel, tels que l’outil d’évaluation post-commotion cérébrale immédiate (ImPACT), qui fonctionne comme un test neurocognitif informatisé (CNT), sont également victimes de manipulation car ils nécessitent une participation et des efforts actifs de la part de l’athlète. Malgré les contrôles intégrés de manipulation dans les NTC, la recherche a montré qu’ils sont sujets aux effets de plafond et souffrent d’une faible fiabilité19,20. Les limites de ces outils d’évaluation existants, combinées à une meilleure compréhension par le public des effets importants du SRC sur la santé, ont entraîné un besoin critique d’un biomarqueur objectif capable de diagnostiquer avec précision et en temps opportun une commotion cérébrale.

Un domaine prometteur dans l’identification d’un biomarqueur objectif pour les commotions cérébrales est l’électrophysiologie. Il existe de nouvelles preuves que les potentiels liés aux événements, en particulier les potentiels évoqués visuels (VEP), sont altérés à la suite d’une commotion cérébrale21,22. Un sous-ensemble de VEP; Les potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre (SSVEP) sont une fluctuation objective et quantifiable de l’activité électrique qui se produit dans le cerveau en réponse à un ensemble spécifique de stimuli visuels, mesurée par la technologie de l’électroencéphalogramme (EEG)23,24. Les SSVEP offrent une résistance améliorée aux artefacts de bruit et une impédance de contact variable aux mesures VEP conventionnelles. En outre, en raison de la fréquence contrôlée du stimulus visuel, il y a une réduction de la synchronicité entre les enregistrements EEG et le stimulus, ce qui se traduit par un modèle électrique plus simplifié25,26. Cette approche a été validée avec des fréquences comprises entre 12 et 15 Hz produisant une réponse optimale de saillance pour les stimuli de type scintillement27. Dans l’ensemble, ces avantages signifient que les SSVEP offrent une mesure électrophysiologique plus robuste qui peut être utilisée dans un cadre non clinique tel que les terrains de sport et les cabinets de médecins. Cette possibilité d’application secondaire combinée aux résultats positifs de la technologie dans la littérature précédente en fait un candidat prometteur pour l’identification d’un biomarqueur objectif pour le SRC.

L’objectif de cette étude était d’étudier les différences potentielles dans la SSVEP qui ont été enregistrées chez des athlètes qui ont été évalués par un médecin du sport expérimenté comme étant en bonne santé, commotionnés ou récupérés d’une commotion cérébrale récente. La méthodologie de l’étude impliquait que 65 joueurs de rugby à XV amateurs de sexe masculin soient systématiquement évalués avec un système SSVEP portable au cours d’une saison de compétition de 18 semaines. Les joueurs doivent être évalués pour une base de référence avant le début de l’entraînement de contact complet et réévalués dans les 72 heures suivant les matchs compétitifs. Les joueurs qui ont été blessés au cours de la saison ont été évalués pour les commotions cérébrales par le médecin de l’équipe et réévalués avec le système SSVEP pour les lectures post-blessure et de récupération. De plus, cette étude étend son protocole pour valider la capacité du système SSVEP portable à obtenir des lectures EEG de qualité recherche qui peuvent potentiellement aider à l’évaluation secondaire du SRC.

Protocol

Les approbations pour la première partie du protocole ont été obtenues auprès du Comité d’éthique de la recherche humaine (HREC) du district local de santé du sud-est de Sydney (ESLHD). Tous les joueurs ont reçu des fiches d’information détaillées sur les participants et le consentement a été obtenu avant la participation (numéro de référence SESLHD-HREC : 17/039 HREC/17/POWH/91).

L’étude sur l’utilisation d’un système portable amélioré a été approuvée par le Comité d’éthique de la recherche sur l’être humain (HREC) de Bellberry. Tous les sujets témoins ont reçu des fiches d’information détaillées sur les participants et le consentement a été obtenu avant la participation (numéro de référence HREC : 1802VEPEEG-CER).

1. Sélection et consentement des participants

  1. Recrutez des participants d’un seul club de rugby à XV avant le début d’une saison de compétition. Les participants doivent être des adultes de sexe masculin (âgés de plus de 18 ans) de langue maternelle anglaise en bonne santé qui sont membres d’une équipe de rugby à XV amateur (figure 1).
    1. En raison de la nature vacillante des stimuli visuels, assurez-vous que les participants ne répondent à aucun des critères d’exclusion stricts suivants: diagnostic ou symptômes d’épilepsie, lésions cérébrales existantes et / ou antérieures, ou cécité légale.
    2. Informez les participants de signaler tout symptôme à la suite d’une blessure sur le terrain de sport de manière véridique au médecin qui transmet l’information au(x) investigateur(s) de l’étude associé(s). Les participants doivent comprendre que la participation à l’étude nécessite un minimum de deux séances de test SSVEP au cours de la saison, avec la possibilité de tests supplémentaires en cas de commotion cérébrale.

2. Configuration de l’équipement SSVEP d’enquête

  1. Installez un smartphone à écran à cristaux liquides (LCD) chargé dans un cadre de réalité virtuelle (VR) (Figure 2A; voir Tableau des matériaux).
    1. Générez un fichier vidéo .mp4 constitué d’une séquence d’écrans noir et blanc alternant à une fréquence de 15 Hz, pour un total de 30 s. Placez un nombre aléatoire au centre de l’image vidéo (occupant moins de 2% de l’écran avec un angle visuel de 1,5 °) sur lequel les participants peuvent se concentrer pendant la stimulation. Assurez-vous que le nombre est modifié à des intervalles de 5 s pour encourager une attention soutenue (Figure 2B).
    2. Téléchargez le fichier vidéo construit sur le smartphone et affichez-le à pleine luminosité (minimum ~ 490 nits), agissant comme le stimulus visuel du système SSVEP.
  2. Chargez le casque EEG sans fil à 14 canaux, qui sera utilisé comme périphérique d’enregistrement EEG principal (Figure 3A).
    1. Associez le casque à un ordinateur à proximité via le récepteur USB universel (dongle) fourni. Insérez le dongle dans le port USB de l’ordinateur, allumez le casque via le bouton d’alimentation, ouvrez le logiciel du casque EEG à 14 canaux sur un ordinateur et sélectionnez le bouton Connecter de l’application à côté de l’ID du casque affiché (voir Tableau des matériaux).
  3. Saturez complètement les capteurs de feutre fournis avec une solution saline.
    1. Installez les capteurs saturés dans les bras en plastique noir du casque en tournant doucement chaque capteur dans le sens des aiguilles d’une montre jusqu’à ce qu’un « clic » soit ressenti et que le capteur se sente en sécurité.

3. Évaluation de base des participants

  1. Obtenez le consentement de tous les participants qui ont réussi les questions de sélection pour participer à l’étude avant le début de la saison de rugby.
  2. Demandez aux participants consentants d’être assis sur une chaise dans un environnement calme et fermé avec une lumière ambiante naturelle, comme une salle de bureau. Pendant que les participants sont assis, installez le casque EEG à 14 canaux sur la tête des participants en faisant glisser le bandeau vers le bas du haut de leur tête. Disposer les électrodes selon le système International 10-20 (Figure 3B)28,29. Placez les deux capteurs avant du casque en ligne avec la racine des cheveux des participants ou environ trois largeurs de doigts au-dessus des sourcils des participants.
    REMARQUE: Si les participants ont les cheveux épais, travaillez le capteur sous les cheveux et ajoutez une solution saline supplémentaire. Si le sujet quitte la position assise stationnaire ou s’il y a un changement dans les paramètres environnementaux au cours de l’évaluation, un artefact (figure 4) peut se produire et les données SSVEP ne doivent pas être rassemblées pour l’analyse (rejetées).
    1. Utilisez les électrodes occipitales (O1 et O2) comme électrodes d’enregistrement principales et les électrodes pariétales (P3 et P4) comme électrodes de masse et en mode commun (référence) (Figure 3B).
  3. Assurez-vous qu’il y a une connexion adéquate entre le casque et la tête des participants en utilisant un logiciel de qualité de contact avant de procéder aux tests. Les électrodes vertes indiquent une bonne qualité de contact (<20 kOhms) selon les normes du fabricant.
    1. Dans le cas où une bonne qualité de contact n’a pas été atteinte pour tous les canaux d’intérêt des électrodes (O1, O2), resaturez les capteurs avec une solution saline et revérifiez le positionnement pour vous assurer que les capteurs sont aussi affleurants que possible contre le cuir chevelu.
      REMARQUE: Une bonne qualité de contact doit être obtenue pour assurer la connectivité électrique entre le cuir chevelu et les électrodes, minimisant ainsi les artefacts potentiels (Figure 4).
  4. Demandez aux participants de tenir le smartphone de test dans le cadre VR jusqu’aux yeux, au ras de leur visage et de leur pont nasal, en veillant à ce que les deux yeux soient complètement couverts.
    1. Demandez aux participants de confirmer que le numéro focal est visible au centre de l’écran et que le cadre bloque la lumière ambiante.
  5. Retirez le cadre VR du visage des participants et informez-les que la vidéo de stimulation visuelle va maintenant être lancée. Ensuite, remettez-leur le cadre VR pour les réappliquer dans la même position que l’étape 3.4.1.
    1. Rappelez aux participants qu’ils doivent se concentrer sur le numéro focal et rester immobiles et silencieux pendant la durée du test SSVEP.
  6. Lancez la vidéo de stimulation visuelle en appuyant sur le bouton Lecture sur l’écran du smartphone, puis demandez aux participants de placer le cadre VR sur son visage (conformément à l’étape 3.4).
  7. Demandez aux participants de confirmer qu’ils ont le cadre VR dans la bonne position conformément à l’étape 3.4. Après la confirmation du participant, commencez simultanément un chronomètre à compte à rebours pendant 30 s, puis sélectionnez le bouton Démarrer l’enregistrement sur le logiciel du casque EEG à 14 canaux pour commencer l’enregistrement sur le casque EEG.
  8. Une fois la période de 30 s terminée, arrêtez l’enregistrement EEG en sélectionnant le bouton Arrêter du logiciel du casque EEG à 14 canaux.
    1. Retirez le cadre VR des yeux des participants et informez-les que la première évaluation SSVEP est terminée.
  9. Enregistrez la réponse SSVEP enregistrée sur le compte local en cliquant sur le bouton Sessions enregistrées du logiciel du casque EEG à 14 canaux. Exportez le fichier enregistré en tant que fichier EDF (European Data Format) vers un périphérique matériel de stockage préféré.
    REMARQUE : Les fichiers EDF doivent être étiquetés avec les initiales du participant, la date, l’heure et le type de test effectué (base de référence, post-blessure ou récupération) à des fins d’identification et de stockage.
  10. Répétez le protocole d’évaluation SSVEP (étapes 3.2 à 3.9) en succession rapide après l’étape 3.9.
    REMARQUE: Ceci est effectué en tant que deuxième lecture des deux évaluations et donne une lecture EEG toujours plus claire.
  11. Une fois que la paire d’évaluations SSVEP a été complétée avec succès, demandez au participant de retirer le cadre VR de ses yeux et de retirer soigneusement le casque de la tête des participants.
    1. Retirez les capteurs d’électrodes du casque et rangez-les dans un étui de protection approprié jusqu’à leur prochaine utilisation pour vous assurer que la solution saline ne corrode pas les électrodes du casque.
    2. Nettoyez le casque et le smartphone + cadre avec des lingettes à l’alcool isopropylique (70%) avant de ranger les deux pièces d’équipement dans leurs étuis respectifs jusqu’à leur prochaine utilisation.
  12. Demandez au participant s’il a éprouvé des réactions anormales au stimulus, y compris la présence d’un mal de tête ou de vertiges. Enregistrez la réponse dans un journal d’étude.
  13. Informez le participant qu’il a terminé ses tests de base et qu’il sera évalué à nouveau dans les 72 h suivant le prochain match compétitif de la saison.

4. Évaluation post-blessure

  1. S’assurer que tout impact sur le terrain soupçonné d’être une commotion cérébrale est enregistré et signalé à l’investigateur de l’étude par le médecin de l’équipe ou le joueur.
  2. Obtenir des évaluations post-blessure de tous les joueurs qui ont été signalés à l’étape 4.1 dans les 72 heures suivant l’incident en utilisant le protocole SSVEP détaillé à la section 3.
  3. Assurez-vous que tous les joueurs subissent une évaluation SSVEP post-blessure, qui est évaluée par le médecin de l’équipe (voir la section 5) pour déterminer quand le joueur s’est remis de la blessure et peut retourner à l’entraînement et aux matchs de contact complet. S’assurer que le diagnostic du médecin de l’équipe est consigné à des fins expérimentales.
    1. Informez le joueur qu’il sera réévalué avec le système SSVEP une fois jugé récupéré par le médecin de l’équipe.

5. Évaluations cliniques des commotions cérébrales

  1. S’assurer que tous les joueurs sont évalués par le médecin de l’équipe dans les 72 heures suivant un impact potentiel générateur de commotion cérébrale.
    REMARQUE : Le médecin de l’équipe doit être un praticien agréé ayant une expérience clinique dans l’évaluation des blessures liées au sport et approuvé par l’organisme directeur d’un sport concerné.
    1. Demandez au médecin de l’équipe d’effectuer un examen neurologique en plus d’utiliser des éléments de l’Outil d’évaluation des commotions cérébrales sportives (SCAT) pour déterminer l’état de conscience du joueur et la présence de l’un des signes et symptômes courants associés à la commotion cérébrale15.
      REMARQUE: Les évaluations sont faites avec le comportement et le comportement typiques du joueur comme référence.
  2. Conformément aux directives30 de Rugby Australia sur le retour progressif au jeu (GRTP), assurez-vous que le joueur est réévalué par le même médecin de l’équipe dans les 48 heures suivant un diagnostic de commotion cérébrale, et de nouveau une fois par séance d’entraînement jusqu’à ce qu’il soit autorisé à retourner au jeu30.
  3. Assurez-vous que les joueurs subissent une évaluation finale avec le médecin de l’équipe pour déterminer s’ils se sont rétablis cliniquement, avant de leur permettre de retourner à l’entraînement ou aux matchs de contact complet. Le médecin doit déterminer l’état de blessure du joueur en fonction de l’amélioration des tests SCAT et de la réduction des symptômes associés et de tout comportement atypique, ce qui a été noté précédemment.
    REMARQUE : Cette évaluation finale doit avoir lieu après un minimum de 12 jours après la blessure, conformément au GRTP.
    1. Consigner la détermination par le clinicien de l’état de blessure du joueur (commotion cérébrale ou récupéré) à des fins expérimentales.

6. Évaluation du rétablissement

  1. Évaluez les joueurs qui ont été jugés rétablis à l’étape 5.3 en utilisant le protocole SSVEP détaillé à la section 3 pour obtenir une réponse SSVEP de récupération.

7. Évaluation de la fiabilité test-retest

  1. Assurez-vous que tous les participants non blessés sont retestés dans les 72 heures suivant chaque match compétitif de la saison avec le système SSVEP portable dans le même cadre que celui détaillé à la section 3 afin d’obtenir des données pour la fiabilité du système.

8. Traitement des données SSVEP

  1. Générez un script de calcul numérique capable d’importer et de traiter tous les fichiers de données EDF enregistrés à partir des sections 3 à 7 (voir Tableau des matériaux).
    1. Appliquez un filtre passe-bande Butterworth avec des fréquences d’angle à 5 Hz et 40 Hz aux tensions SSVEP brutes obtenues avec le casque EEG à 14 canaux pour minimiser les effets du bruit à basse fréquence, du décalage de tension CC et de l’alimentation secteur31.
    2. Appliquez une transformation de Fourier rapide (FFT) aux valeurs SSVEP filtrées pour analyser les données dans le domaine fréquentiel32.
    3. Normalisez les valeurs FFT des canaux d’électrode O1 et O2 pour générer un seul tableau de valeurs pour le traçage graphique en tant que densité de spectre de puissance (Figure 5).
  2. Une fois les données EEG traitées, calculez le rapport signal/bruit (SNR) de chaque fichier de données en divisant la magnitude à 15 Hz par la magnitude moyenne comprise entre 5 et 40 Hz. La formule SNR est la suivante :
    Equation 1
    Où:
    Amplitude15Hz = La tension de la bande de fréquences 15 Hz (μV)
    Amplitude moyenne = La tension moyenne de toutes les bandes de fréquences entre 5-40 Hz (μV)
  3. S’assurer que toutes les données (FED brutes, FED traitées, valeur SNR, commentaires et dates de l’état de blessure des joueurs) sont enregistrées dans des dossiers correctement étiquetés à des fins d’enquête.

9. Analyse statistique

  1. Combinez catégoriquement les fichiers de données des joueurs dans une feuille de valeurs séparées par des virgules (CSV) (colonnes séparées pour la lecture de la ligne de base, des commotions cérébrales et de la récupération).
    1. Utilisez le SNR de chaque lecture SSVEP pour comparer les différents groupes. Exprimer toutes les données résumées sous forme de médianes avecune plage interquartile (IQR) de25e à 75 e), avec un niveau de signification statistique d’alpha (α) = 0,05 ensemble, et tous les niveaux de variance affichés en écart type (± S.D.). Utilisez un logiciel d’analyse statistique (voir Tableau des matériaux) pour l’analyse des valeurs SNR du groupe.
    2. Évaluez la normalité des valeurs SNR de tous les joueurs à l’aide d’un test shapiro-wilk.
    3. Comparez le SNR moyen entre les trois groupes d’évaluation à l’aide de tests t appariés (entre les lectures de base avec commotion cérébrale, les lectures récupérées par commotion cérébrale et les lectures de récupération de base ) pour les joueurs qui ont subi les trois types d’évaluations. Assurez-vous qu’une correction de comparaison multiple est appliquée en utilisant une correction de Bonferroni.
    4. Calculez l’ampleur de l’effet des comparaisons du test t en utilisant le D32 de Cohen.
  2. Estimer la fiabilité des tests-retests à l’aide d’un modèle 3, coefficient de corrélation intra-classe (ICC) de type k; ICC(3,k) avec un intervalle de confiance (IC) de 95 % pour examiner l’accord entre les tests de base et les tests répétés tout au long de la saison.
    REMARQUE: L’expérience peut être suspendue ici et redémarrée ultérieurement.

10. Configuration améliorée du système SSVEP portable

REMARQUE: Le système décrit dans cette section est une configuration tout-en-un qui a été conçue pour permettre un processus de mesure plus efficace, à la fois plus rapide et avec un confort amélioré pour le participant. Veuillez noter que la configuration décrite dans les sections 2 à 6 est un prototype simpliste composé de nombreuses pièces d’équipement fusionnées pour générer un système de preuve de concept. Le schéma de protocole utilisant ce système est présenté à la figure 6.

  1. Procurez-vous un système SSVEP portable qui contient un stimulus visuel et une configuration d’électrodes équivalents au système décrit à la section 2 (voir la figure 7A).
    1. Téléchargez l’application SSVEP du système à partir de l’App Store iOS sur un appareil fonctionnant sous iOS (voir tableau des matériaux).
  2. Assurez-vous que l’équipe d’investigation est familiarisée avec les instructions d’utilisation (IFU) du système SSVEP portable et de son application iOS fournie, ce qui permet l’activation du périphérique SSVEP et le stockage local des lectures EEG.
    1. Générez des comptes d’objet sur l’application iOS en suivant les instructions d’utilisation (IFU) du système SSVEP portable. Ouvrez l’application, sélectionnez l’onglet Sujets , puis appuyez sur le bouton Ajouter un nouveau sujet .

11. Configuration du système EEG de référence

  1. Obtenez un amplificateur EEG de qualité clinique validé avec une configuration d’électrode modulaire qui ne contient pas de composante de stimulus visuel (Figure 7C).
  2. S’assurer que l’équipe de recherche est familiarisée avec les instructions d’utilisation (IFU) du système EEG clinique et de son application logicielle de neurologie clinique fournie (voir la table des matériaux), qui permettent l’activation de l’amplificateur et le stockage local des lectures EEG.

12. Validation EEG d’un système SSVEP portable amélioré

  1. Recrutez des participants adultes anglophones en bonne santé en utilisant les mêmes critères d’exclusion que ceux décrits à la section 1. Consentir ces participants à l’étude de validation du système SSVEP.
  2. Attribuez au hasard aux participants un nombre compris entre 01 et 20. Évaluez les participants avec un nombre impair attribué d’abord avec le système SSVEP portable, puis avec le système EEG clinique (étapes 12.3-12.16). Inversement pour les participants assignés avec des numéros pairs (étapes 12.10-12.14, puis 12.3-12.9, puis 12.15-12.16) (Figure 6).
    1. Configurez le casque SSVEP conformément au mode d’emploi (IFU) : chargez complètement le casque et associez-le Bluetooth à l’application SSVEPiOS. Insérez les cylindres de capteur en polyuréthane fournis dans les canaux d’électrode et saturez à l’aide d’une solution saline normale.
  3. Placez le casque SSVEP sur la tête du participant conformément à l’IFU du système, avec le boîtier inférieur situé directement au-dessus de l’inion du participant, le boîtier de la visière avant placé solidement sur ses yeux et son pont nasal et le casque serré via les sangles de réglage élastiques et les boucles de fixation.
  4. Vérifiez l’indicateur d’impédance de l’application IOS SSVEP pour vous assurer d’une connexion adéquate entre le casque et la tête du participant avant le test. Des indicateurs visuels verts sur l’application associée (impédance <15 kOhms) indiquent une bonne qualité de contact selon les normes du fabricant.
    1. Si une bonne qualité de contact n’est pas atteinte pour tous les canaux d’intérêt des électrodes, resaturez les capteurs avec une solution saline normale et revérifiez le positionnement pour vous assurer que les capteurs sont aussi affleurants que possible contre le cuir chevelu.
      REMARQUE: Une bonne qualité de contact doit être obtenue pour assurer la connectivité électrique entre le cuir chevelu et les électrodes, minimisant ainsi les artefacts potentiels (Figure 4).
    2. Assurez-vous que le participant est à l’aise. Demandez-leur de rester immobiles, calmes et silencieux tout en étant assis et en regardant vers l’avant dans les lumières, et de ne cligner des yeux que lorsque cela est nécessaire. Si le sujet quitte la position assise stationnaire ou s’il y a un changement dans les paramètres environnementaux au cours de l’évaluation, un artefact (figure 4) peut se produire et les données SSVEP ne doivent pas être rassemblées pour l’analyse (rejetées).
  5. Lancez le stimulus visuel en appuyant sur le bouton Commencer le test de l’application iOS. Lorsque vous y êtes invité, appuyez sur le bouton Continuer pour passer à l’étape suivante du test. Le stimulus visuel est exécuté deux fois selon l’IFU du système, obtenant une lecture SSVEP préliminaire et primaire.
  6. Une fois l’évaluation SSVEP terminée, retirez le casque SSVEP de la tête du participant. Laissez les sujets se détendre pendant au moins 30 s.
  7. Afin d’obtenir une valeur de fiabilité test-retest, répétez le protocole d’évaluation SSVEP avec le système SSVEP (étapes 12.3 à 12.7) après la fin de la période de repos.
  8. Laissez les participants se reposer pendant 5 minutes avant de passer au système EEG suivant.
  9. Configurez l’amplificateur EEG clinique selon IFU: mettez l’amplificateur sous tension en vous connectant à un ordinateur via un dongle USB fourni et un câble d’alimentation, connectez cinq fils d’électrode dans les positions EEG respectives 10-20 de 01, O2, OZ, P1 et P2, ouvrez un logiciel EEG de neurologie clinique sur un ordinateur et créez une nouvelle étude (via l’onglet Enregistrement ).
    1. Appliquez le gel de préparation du cuir chevelu sur la région occipitale de la tête du participant, en frottant le gel dans le sens des aiguilles d’une montre avec les doigts pour l’étaler en une fine couche.
    2. Placez le capuchon d’électrode sur la tête du participant conformément à l’IFU du système EEG clinique. Appliquez le gel conducteur sur les cinq patchs d’électrodes avec soin et avec les mains propres.
    3. Placez les cinq patchs d’électrode sur le cuir chevelu du participant dans les positions respectives O1, O2, O3, P1 et P2 selon la nomenclature de positionnement EEG 10-20.
  10. Vérifiez l’indicateur d’impédance de l’application logicielle de l’amplificateur EEG clinique pour vous assurer d’une connexion adéquate entre le casque et la tête du participant avant le test. Les valeurs d’impédance de <15 kOhms sont considérées comme acceptables pour l’application EEG.
    1. Dans le cas où une bonne qualité de contact n’est pas atteinte pour tous les canaux d’électrode d’intérêt, réappliquez les gels de préparation et revérifiez le positionnement pour vous assurer que les capteurs sont aussi affleurants que possible contre le cuir chevelu.
  11. Demandez au participant de tenir la visière avant du dispositif SSVEP au-dessus de ses yeux conformément à l’étape 12.4, tandis qu’un assistant d’enquête tient l’unité de logement arrière loin du cuir chevelu.
    1. Répétez les instructions décrites à la section 12.5.2.
  12. Lancez l’enregistrement de l’amplificateur EEG en appuyant sur le symbole rouge Record situé dans le coin supérieur gauche du logiciel de neurologie clinique. Immédiatement après le lancement de l’enregistrement, lancez le stimulus visuel en appuyant sur le bouton Commencer le test de l’application iOS.
    1. Appuyez sur le symbole rouge Record pour arrêter l’enregistrement de l’amplificateur EEG une fois que le système SSVEP a cessé la première série de stimuli et attend que la commande se poursuive.
    2. Redémarrez l’enregistrement de l’amplificateur EEG en appuyant sur le symbole rouge Enregistrement sur le logiciel de neurologie clinique, puis poursuivez le stimulus visuel en sélectionnant le bouton Continuer de l’application SSVEP iOS.
    3. Appuyez sur le symbole rouge Enregistrer pour arrêter l’enregistrement de l’amplificateur EEG une fois que le système SSVEP a cessé le stimulus visuel.
  13. Laissez le sujet se détendre pendant un minimum de 30 s. Afin d’obtenir une valeur de fiabilité test-retest, répétez le protocole d’évaluation SSVEP avec le système EEG clinique (étapes 12.10 à 12.13) après la fin de la période de repos (deux tests au total: Test 1 / Test 2).
  14. Une fois que la paire d’évaluations SSVEP a été complétée avec succès, demandez au participant de retirer la visière avant de ses yeux et de détacher soigneusement les patchs d’électrode de son cuir chevelu.
    1. Nettoyez les fils du casque et de l’électrode SSVEP avec des lingettes à l’alcool isopropylique (70%) avant de ranger les deux pièces d’équipement dans leurs étuis respectifs jusqu’à leur prochaine utilisation.
  15. Demandez au participant s’il a éprouvé des réactions anormales au stimulus, y compris la présence d’un mal de tête ou de vertiges. Consignez leurs réponses dans un journal d’étude avant de les informer qu’ils ont terminé leur participation à l’étude.

13. Calcul de la fiabilité test-retest du système SSVEP portable

  1. Téléchargez les valeurs SSVEP brutes des deux ensembles de tests SSVEP principaux à partir de l’appareil iOS à l’aide d’un logiciel utilitaire de gestion mobile ; les résultats seront générés sous forme de fichiers CSV (valeurs séparées par des virgules). À des fins d’identification et de stockage, enregistrez les fichiers en utilisant le nom complet du participant, le type de test effectué et la date.
  2. Modifiez le script de calcul numérique généré dans la section 8 pour traiter les fichiers CSV avec un tableau supplémentaire de valeurs SSVEP à partir du canal d’enregistrement Oz .
  3. Rassemblez les fichiers de données traités dans un tableau de feuilles CSV, avec des valeurs résumées en fonction de leur catégorie respective de test 1 ou de test 2.
  4. Utilisez le SNR de chaque lecture SSVEP pour comparer les résultats des différents tests. Estimer la fiabilité des tests-retests à l’aide d’un modèle 2, coefficient de corrélation interclasse de type 1 ICC (2,1) avec un intervalle de confiance (IC) de 95 % et α niveau de signification fixé à 0,05.

14. Calcul test-retest du système EEG clinique

  1. Téléchargez les valeurs SSVEP brutes des deux ensembles de tests primaires de l’amplificateur EEG à partir du logiciel de neurologie clinique ; les résultats seront affichés sous forme de fichiers CSV. À des fins d’identification et de stockage, enregistrez les fichiers en utilisant le nom du sujet et le type de test effectué.
  2. Répétez la section 13.2-13.4 en utilisant les fichiers CSV de l’amplificateur EEG téléchargés pour estimer la fiabilité du système EEG clinique.

15. Calcul de l’accord des systèmes SSVEP portables et EEG cliniques

  1. Décrivez les critères permettant de déterminer si un SSVEP a été détecté par le système EEG (critères recommandés : si le signal principal culmine entre 5 et 35 Hz est de 15 ± 0,1 Hz et si le score Z du pic principal est supérieur à 5).
  2. Modifiez le script de calcul numérique généré dans les sections 12 et 13 pour déterminer en outre la fréquence de crête et le score Z des fichiers SSVEP traités. La formule pour le score Z est.
    Equation 2
    Où:
    Amplitude Peak = La tension à la fréquence de crête (μV)
    Amplitude moyenne = La tension moyenne de toutes les bandes de fréquences entre 5-35 Hz (μV)
  3. Effectuer une analyse binomiale de la capacité des systèmes EEG à détecter avec succès un SSVEP en utilisant les critères décrits, avec une probabilité binomiale (%) à prendre comme accord entre les deux systèmes. Les enregistrements préliminaires et primaires pour chaque système doivent être utilisés pour calculer le niveau d’accord entre deux ensembles de données, respectivement.
  4. Utilisez le Z-score de chaque lecture SSVEP pour comparer les différents systèmes EEG. Exprimer toutes les données résumées sous forme de médianes avecune plage interquartile (IQR)de 25e à 75 e. Utilisez un logiciel d’analyse statistique pour l’analyse statistique des valeurs traitées par le système.
  5. Modifier le script de calcul numérique généré dans les sections 12 et 13 pour déterminer en outre le SNR moyen pour chaque fréquence résultant en un point de données allant de 0 à 25 Hz, des fichiers SSVEP ALL (préliminaires et primaires) générés par le SSVEP et le système EEG clinique.
    1. Créer une densité de spectre de puissance (PSD) des résultats SNR moyens normalisés des deux systèmes entre 0 et 25 Hz (voir Résultats représentatifs).
      REMARQUE : Créez une série de données distincte pour chaque système EEG et superposez-la sur le même PSD.

Representative Results

Au total, 65 joueurs de rugby masculins (20,9 ± 2,3 ans) ont été inscrits avec succès à la première section de cette étude, tous les joueurs subissant une évaluation SSVEP de base (Figure 1). Au cours de la saison de rugby, 12 participants ont subi une blessure potentielle par commotion cérébrale sur le terrain de jeu et ont été réévalués avec le système SSVEP pour une évaluation post-blessure. Le médecin de l’équipe a évalué ces joueurs à l’aide d’un protocole d’évaluation clinique des commotions cérébrales et a diagnostiqué que ces 12 participants avaient subi une commotion cérébrale. Les douze ont été jugés rétablis par le médecin au cours de la période de 12 jours du GRTP30. Suite à la détermination par le médecin que les joueurs avaient été récupérés, 8 joueurs étaient disponibles pour un SSVEP supplémentaire; catégorisé comme une évaluation du rétablissement. Vingt-deux joueurs qui n’ont pas subi de commotion cérébrale ont été testés à nouveau aux fins de la fiabilité de l’étude au cours de la saison. Les autres participants qui n’ont pas été retestés ont été perdus dans le suivi. Aucun événement indésirable après stimulation par SSVEP n’a été rapporté pendant la durée de l’étude. La fiabilité du système SSVEP utilisé sur les joueurs de rugby a été confirmée par un coefficient de corrélation intra-classe (ICC) élevé avec un intervalle de confiance de 95%, égal à 0,91 (0,79-0,96) pour les joueurs non blessés retestés (n = 22) et 0,96 (0,74-0,99) pour les joueurs récupérés retestés33. Les ensembles de données dans lesquels une bonne qualité de contact a été obtenue ont été pris en compte pour ce calcul. Ceci est le résultat de quelques occasions où le potentiel des cheveux ou de la peau des participants a eu un impact sur la capacité des systèmes EEG à obtenir un SSVEP propre (Figure 4).

Afin de déterminer si le SSVEP produit par l’intermédiaire de ce système d’enquête peut être utilisé comme biomarqueur des commotions cérébrales, les valeurs SNR des résultats traités ont été regroupées en évaluations de base (contrôle), commotion cérébrale et de rétablissement à des fins de comparaison (figure 1). Dans l’ensemble, le SNR médian pour tous les acteurs témoins (n = 65) était de 4,80 [IQR: 4,07-5,68], l’EEG moyen traité du groupe témoin montrant un signal de crête clair de 15 Hz dans le spectre de fréquences respectif33. Une réponse similaire a été observée lorsque les valeurs SSVEP moyennes d’un groupe témoin distinct (n = 20; population générale en bonne santé) produites par le même stimulus visuel mais enregistrées avec un système EEG différent, ont été représentées sous forme de densité de spectre de puissance (Figure 5). Cette distribution médiane et cette densité de spectre de puissance ont permis de définir un contrôle clair pour une réponse SSVEP d’un joueur non blessé (non commotionné) à la configuration d’enquête (Figure 2, Figure 3). Le SNR médian de tous les joueurs commotionnés (n = 12) et des joueurs récupérés avec des évaluations SSVEP disponibles (n = 8), était de 2,00 [IQR: 1,40-2,32] et 4,82 [IQR: 4,13-5,18], respectivement33. L’étude pilote a observé des différences significatives dans les valeurs médianes de SNR (+4,03; p < 0,0001) entre le témoin (baselined) et les joueurs commotionnés. Une commotion cérébrale a eu un effet important sur un signal SSVEP (Cohens, d = 4,03). Fait intéressant, le groupe de joueurs récupérés a été vu comme ayant une variance SNR minute (+0,02; p = 0,0495) juste à la signification (α < 0,05), avec un effet trivial par rapport au groupe témoin (Cohens, d = 0,17)33. Cela indique qu’après un rétablissement complet, conformément aux directives GRTP30, les valeurs SSVEP sont équivalentes pour un joueur commotionné et non blessé. De plus, le SNR médian a été considéré comme significativement différent (+2,80; p = 0,0002) entre le groupe de joueurs commotionnés et récupérés, démontrant que la période de récupération a eu un effet important sur le signal SSVEP du joueur commotionné (Cohens, d = 3,60)33.

Une réponse similaire à la variance médiane du SNR a été observée en comparant uniquement les joueurs qui ont subi les trois formes de test (n = 8; lignes de base, commotion cérébrale et rétablissement). Un changement significatif entre les lignes de base par rapport aux commotions cérébrales (-2,34; p = 0,0001) et les commotions cérébrales par rapport à la récupération (-2,72; p = 0,0002) a été observé, tandis qu’une variance mineure a été observée entre les lignes de base et la récupération (+ 0,28; p = 0,0495), avec un effet trivial entre ces groupes (Cohens d = 0,17). Ces résultats ont été renforcés lors de la prise des valeurs SNR moyennes des joueurs qui ont subi les trois formes de test. Le SNR moyen des lectures de base, de commotion cérébrale et de récupération de ces joueurs était de 4,45, 2,20 et 4,33, respectivement. Une différence significative a été observée entre les groupes de base par rapport aux groupes ayant subi une commotion cérébrale (p = 0,0001) et les groupes commotionnés par rapport aux groupes de rétablissement (p = 0,0002). La variation des valeurs moyennes du SNR entre le groupe de rétablissement et le groupe de référence était faible, mais juste à la signification (p = 0,0495). Dans l’ensemble, la réponse au stimulus a été plus faible chez les joueurs commotionnés par rapport à leur évaluation de base. Après une période de récupération surveillée, ces joueurs ont finalement été en mesure de générer une réponse équivalente à leur évaluation initiale (de référence)33. Cela démontre qu’une commotion cérébrale liée au sport a un impact sur la capacité d’une personne à générer des SSVEP pendant une période minimale de 12 jours. Si la réponse au SSVEP d’une personne était systématiquement mesurée de la même manière que ce protocole (Figure 1) : au départ, après une blessure, rétablissement, un professionnel de la santé pourrait potentiellement utiliser les SSVEP comme biomarqueur des commotions cérébrales.

Le système SSVEP portable tout-en-un (figure 7A) a été utilisé sur (n = 20) sujets témoins sains de la population générale, non spécifiés pour le sport du rugby. Comme il s’agit d’un dispositif expérimental doté d’un système d’électrodes différent (figure 7B) et de stimuli légèrement variés par rapport à la configuration SSVEP initiale, les valeurs médiane et moyenne du SNR n’étaient pas valides pour la comparaison (tableau 1). De même, étant donné que les participants ne pratiquaient pas de sport avec une fréquence élevée de commotion cérébrale, le système SSVEP n’a pas été évalué comme marqueur SSVEP pour les commotions cérébrales. Au lieu de cela, une étude de fiabilité test-retest a été menée pour valider le système en vue d’une utilisation future dans des essais à grande échelle (Figure 6). Le système SSVEP a renvoyé une corrélation élevée de 0,81 (CI: 0,59-0,92), ce qui indique que l’appareil est fiable pour obtenir des SSVEP (tableau 2). De plus, la précision de la technologie EEG des systèmes a été validée par une étude d’accord par rapport à un système EEG traditionnel de qualité clinique (Figure 7C), qui a renvoyé une valeur ICC similaire de 0,83 (IC: 0,63-0,93) (Tableau 2). La première répétition des tests (préliminaires) a permis à 18/20 participants d’afficher un accord entre les deux systèmes pour une probabilité binomiale de 95%. Pour un participant, les appareils n’étaient pas d’accord en raison du système SSVEP détectant un rythme alpha plus important que la réponse souhaitée du signal de 15 Hz (Figure 8). Pour l’autre participant, aucun SSVEP n’a été identifié avec le système EEG clinique (Figure 9). Cependant, dans la deuxième répétition (primaire), les 20 participants avaient un accord entre les deux systèmes pour une probabilité binomiale de 100%. La précision globale des deux systèmes pour produire un SSVEP est illustrée à la figure 10, qui montre les deux systèmes ayant un SNR proéminent uniquement à la fréquence stimulée: 15 Hz. Cela valide le système portable comme fonctionnellement équivalent aux dispositifs de qualité clinique qui sont utilisés pour enregistrer les signaux EEG. Lorsqu’il est pris en combinaison avec la portabilité et la facilité d’utilisation du système SSVEP, il ouvre une variété d’applications pour la capture de SSVEP de qualité de recherche en dehors du cadre clinique, comme dans une étude de cas SRC à grande échelle.

Figure 1
Figure 1 : Méthodologie de l’organigramme de la participation des athlètes à l’étude SRC-SSVEP. L’organigramme détaille la sélection de l’éligibilité des participants et l’allocation des groupes tout au long de la durée de l’étude SRC-SSVEP des joueurs de rugby à XV amateurs. SRC; commotion cérébrale liée au sport. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Composant de stimulation visuelle du système SSVEP portable. (A) Smartphone LCD avec vidéo chargée et affichée, insérée dans un cadre VR en carton. Le participant doit tenir le cadre VR au ras de son visage et de son pont nasal en s’assurant que les deux yeux sont complètement fermés par le cadre. B) Illustration du stimulus visuel; boucle vidéo créée d’une alternance d’écrans blancs (rangée du haut) et noirs (rangée du bas) à une fréquence de 15 Hz. Chaque écran contenait deux images séparées par une ligne de séparation verticale alignée avec le champ de vision de l’œil gauche et droit du cadre VR. Chaque image contenait un point focal sous la forme d’un nombre en son centre qui alternait dans une plage de 1 à 9 à des intervalles de 5 s. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre. Écran LCD; affichage à cristaux liquides. VR; réalité virtuelle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : Composant EEG sans fil du système SSVEP portable. (A) Casque EEG à 14 canaux capable de transmettre des données sans fil à un récepteur voisin relié à un ordinateur. (B) Une carte visuelle des 14 positions des électrodes par rapport au système EEG international 10-20 pour le placement des électrodes dans les études EEG humaines. Deux électrodes occipitales (O1 et O2) ont été utilisées comme électrodes d’enregistrement, tandis que deux électrodes pariétales ont été utilisées comme soustraction en mode commun et comme masse (P3 et P4, respectivement) dans l’étude SRC-SSVEP. EEG; électroencéphalographie. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre. SRC; commotion cérébrale liée au sport. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : Illustration de l’importance de la qualité du contact dans les mesures SSVEP. Réponses SSVEP d’un seul sujet témoin (population générale en bonne santé) mesurées avec le système SSVEP, avec une fréquence de stimulation définie de 15 Hz et un taux d’échantillonnage de 250 Hz, lorsque: (A) une solution saline atypique est utilisée sur les électrodes, (B) les électrodes ne sont pas correctement travaillées à travers les cheveux du sujet pour entrer en contact avec le cuir chevelu, (C) les électrodes sont saturées de solution saline et travaillées à travers les cheveux. La solution saline est essentielle pour assurer la connectivité électrique entre la tête et les électrodes des patients; sans elle, des artefacts de potentiel cutané de grande amplitude sont observés de manière harmonique. Les cheveux agissent comme une résistance minimisant la connectivité électrique entre le cuir chevelu du patient et les électrodes et entraînent donc une augmentation du bruit. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : Réponse SSVEP moyenne de 20 sujets témoins dans l’étude de validation EEG. Réponses SSVEP des sujets témoins (population générale en bonne santé) (n = 20) mesurées avec le système SSVEP, avec une fréquence de stimulation définie de 15 Hz et un taux d’échantillonnage de 250 Hz. Les valeurs individuelles de SSVEP ont été filtrées entre 5 et 40 Hz avant d’être rapidement transformées et normalisées. Les SSVEP moyens de la population sont illustrés sous la forme d’une densité de spectre de puissance, l’axe des y représentant l’amplitude du signal en microvolts (uV). SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 : Méthodologie organigramme de l’étude de validation EEG entre deux systèmes. L’organigramme détaille la méthodologie de validation d’un système EEG portable par rapport à un système de référence EEG établi: les systèmes SSVEP et EEG clinique, respectivement. Les participants au contrôle (population générale en bonne santé) sont dépistés et assignés au hasard à un ordre de test et deux tests sont effectués sur chaque système de manière à tester-retest. EEG; électroencéphalographie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 : Vue d’ensemble des électrodes pour l’étude de validation EEG entre deux systèmes. (A) Le système SSVEP portable amélioré. B) La norme internationale 10-20 EEG a modifié le système de nomenclature combinatoire. (C) Le système de référence EEG clinique établi. Le système SSVEP mesure les signaux EEG à travers ses trois canaux d’électrode occipitale (O1, O2 et Oz) tout en utilisant les deux canaux d’électrode partiels (P1 et P2) comme référence et biais, respectivement. Le système EEG clinique permet de mesurer les signaux EEG grâce à son amplificateur à 40 canaux, qui peut être positionné manuellement dans le même arrangement O1, O2, Oz, P1, P2 que le système SSVEP pour comparaison. EEG; électroencéphalographie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8 : Densité du spectre de puissance de la réponse SSVEP d’un seul participant au contrôle (participant 09) mesurée par deux systèmes EEG. (A) Le système SSVEP. (B) Le système EEG clinique. Les deux mesures ont été obtenues en utilisant le même stimulus visuel (du système SSVEP): un stimulus de scintillement de 15 Hz de LED blanches dans un boîtier fermé. Notez que malgré la réponse proéminente de 15 Hz observée dans les deux systèmes, le pic absolu le plus élevé pour le système SSVEP était à 10,5 Hz plutôt qu’à 15 Hz stimulés. Selon les critères de l’étude de l’accord, dans laquelle les systèmes doivent détecter la fréquence stimulée comme l’amplitude de crête (primaire), cela constitue une défaillance. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre. LED; diodes électroluminescentes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 9
Figure 9 : Densité du spectre de puissance d’un seul témoin (population générale en bonne santé) Réponse SSVEP des participants (participant 19) mesurée par deux systèmes EEG. (A) Le système SSVEP. (B) Le système EEG clinique. Les deux mesures ont été obtenues en utilisant le même stimulus visuel (du système SSVEP); un stimulus de scintillement de 15 Hz de LED blanches dans un boîtier fermé. Notez l’absence d’une réponse proéminente de 15 Hz pour le système EEG clinique car il est entouré de bruit d’une ampleur similaire. Selon les critères de l’étude de l’accord, dans laquelle les systèmes doivent produire une réponse avec un score Z supérieur à 5, cela constitue un échec. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre. LED; diodes électroluminescentes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 10
Figure 10 : Illustration visuelle de l’accord entre deux systèmes EEG mesurant le SSVEP des participants témoins. La réponse moyenne au SSVEP des sujets témoins (n = 20) (population générale en bonne santé) a été tracée comme le SNR par rapport à la gamme de fréquences d’intérêt; 5-25 Hz pour les mesures avec les systèmes SSVEP (vert) et EEG clinique (rouge). Chaque sujet témoin a produit deux ensembles de données pour chaque système dans l’étude de validation EEG, générant un total de 40 ensembles de données SSVEP pour chaque système. Les réponses illustrées des deux systèmes ont été superposées pour visualiser à quel point ils sont proches de la mesure SSVEP lorsqu’ils sont stimulés par le même stimulus visuel: des LED blanches clignotant à 15 Hz pendant 30 s. La gamme de fréquences est filtrée en dessous de l’harmonique prévue de 30 Hz afin de se concentrer uniquement sur la réponse du stimulus primaire. EEG; électroencéphalographie. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre. SNR; rapport signal/bruit. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Système EEG Minimum IQR 25 Médian IQR 75 Maximum Méchant Std. Dev.
NC 1 4.402 8.187 9.829 13.667 20.703 11.148 4.577
NC 2 4.509 9.123 11.055 12.586 23.225 11.615 4.213
Grael 1 4.335 7.99 10.171 13.238 21.758 11.36 4.897
Grael 2 4.979 9.002 10.619 12.667 20.177 11.22 3.865

Tableau 1 : Résumé statistique SSVEP des participants témoins mesuré par deux systèmes EEG. Deux mesures SSVEP ont été effectuées sur (n = 20) des sujets témoins (population générale en bonne santé) à l’aide d’un système EEG portable et d’un système EEG clinique établi; Les valeurs SNR ont été calculées à partir du SSVEP (avec 15 Hz comme signal primaire). Des statistiques ont été calculées pour chaque ensemble de données de mesure, y compris le minimum, le maximum,la 25e etla 75e plage interquartile (IQR), la médiane, la moyenne et l’écart-type (std dev). EEG; électroencéphalographie. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre.

Système EEG Groupe N ICC (IC à 95 %) Temps moyen entre le test (min)
Nurochek Contrôle 20 0.81 (0.59-0.92) 0.5
Graël Contrôle 20 0.83 (0.63-0.93) 0.5

Tableau 2 : Fiabilité des tests-retests du système SSVEP portable et des systèmes EEG cliniques. La fiabilité du SSVEP intégré et du système EEG clinique a été calculée sur la base du coefficient de corrélation interclasse (ICC) avec un intervalle de confiance (IC) de 95 % à partir de deux tests effectués à 30 s d’intervalle, en utilisant le même ensemble d’individus témoins (population générale en bonne santé) (n = 20); CPI (2,1). Les valeurs SNR (avec 15 Hz pris comme signal primaire) des tests SSVEP ont été utilisées comme paramètre d’intérêt pour le calcul ICC. EEG; électroencéphalographie. SSVEP; potentiels évoqués visuels à l’état d’équilibre.

Discussion

Il s’agit de la première étude à élaborer un protocole qui identifie les différences dans les réponses SSVEP chez les joueurs amateurs amateurs en bonne santé à l’union du rubis aux trois stades d’une commotion cérébrale; pré-blessure (valeur de référence), commotion cérébrale et rétablissement (figure 1). La méthode comprenait le recrutement et la sélection de 65 participants qui étaient systématiquement évalués avec une configuration SSVEP expérimentale au cours d’une saison compétitive. Comme la configuration du SSVEP était relativement simple et portable, toutes les évaluations ont été effectuées dans un environnement non clinique, démontrant l’utilisation potentielle comme évaluation des commotions cérébrales au point de service. L’étude a démontré avec succès que la capacité d’un individu à générer des SSVEP est atténuée à la suite d’une commotion cérébrale diagnostiquée. L’impact dépressif d’une commotion cérébrale a diminué après une période de récupération définie, comme on l’a vu lorsque les valeurs de SSVEP sont revenues à un niveau pré-commotionné pour chaque individu. L’analyse statistique entre les groupes de participants a montré une signification dans les effets d’atténuation SSVEP. La grande fiabilité des tests-retests chez les participants non commotionnés a mis en évidence la stabilité du biomarqueur électrophysiologique dans les systèmes SSVEP portables simples et plus raffinés (tableau 2). De plus, l’accord absolu entre un système SSVEP et un amplificateur EEG traditionnel valide la technologie pour une utilisation en tant qu’aide médicale capable d’obtenir des signaux EEG de qualité de recherche (Figure 10).

Étant donné que cette étude dépendait du bénévolat des participants pour des évaluations post-blessures ainsi que d’évaluations répétées pendant la saison de rugby, certaines modifications logistiques ont dû être apportées à la méthode. Les périodes estimées entre le début des tests et les nouveaux tests devaient être flexibles pour s’adapter aux horaires des participants. Malgré ces mesures, certains joueurs étaient encore perdus à suivre pour diverses raisons diverses, y compris des blessures non liées ou un manque d’intérêt. Cela a abouti à l’utilisation d’un calcul statistique plus complet, ICC, pour la fiabilité de l’appareil sur plusieurs semaines. Aucun événement indésirable à la configuration SSVEP n’a été observé. Certains problèmes logistiques ont été rencontrés qui ont nécessité des modifications mineures du protocole: les cheveux longs ou épais en particulier se sont avérés gênants pour acquérir un bon contact entre le casque et le cuir chevelu du participant. Comme un mauvais contact diminuerait la qualité des lectures EEG (Figure 4), les participants aux cheveux longs ou épais devaient brosser et tenir leurs cheveux sur le côté de leur tête pendant que les capteurs étaient placés. Un critère d’exclusion supplémentaire a été généré en raison de ce problème, où les personnes ayant des coiffures complexes (p. ex., les dreadlocks) ont été exclues de cette étude.

Comme nous l’avons déjà souligné dans le présent document, les outils actuels d’évaluation des commotions cérébrales sont très subjectifs et risquent d’être manipulés par un athlète, ce qui peut ultimement entraver la capacité d’un clinicien à poser un diagnostic d’une importance cruciale34. Certaines études de suivi des athlètes ont tenté d’étudier un biomarqueur plus objectif pour les commotions cérébrales en utilisant des modalités radiologiques telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomodensitométrie (TDM). Cependant, ces méthodes ne fournissent que des informations sur les lésions structurelles macroscopiques telles que les hémorragies qui diffèrent de la définition de commotion cérébrale comme une lésion cérébrale fonctionnelle 6,35. Les résultats de cette étude sont étayés par des études antérieures qui ont démontré que la VEP est un biomarqueur fonctionnel36, qui est atténué ou retardé en présence d’une commotion cérébrale 21,37,38. Bien qu’il existe des similitudes dans ces méthodes d’étude VEP précédentes en ce qui concerne notre configuration physique et notre hypothèse, notre étude développe la littérature via l’utilisation de SSVEP sur VEP. De plus, le protocole varie en examinant les évaluations en temps réel des joueurs aux trois stades d’une commotion cérébrale par rapport aux études de cas traditionnelles de contrôle par rapport aux commotions cérébrales. De plus, la méthode étend son pouvoir d’investigation en comparant des systèmes EEG innovants et traditionnels pour distinguer les dissemblances potentielles qui peuvent limiter leur précision dans l’obtention de mesures électrophysiologiques objectives. Ainsi, le protocole utilisé dans cette étude constitue un ajout unique et précieux à la littérature existante sur les biomarqueurs objectifs des commotions cérébrales.

Malgré le succès global de ce protocole, il y a plusieurs limites à noter. Par exemple, un faible degré de variabilité intra-participant du bruit EEG de fond pour l’évaluation effectuée en succession immédiate a été noté. Deux limitations de conception de protocole peuvent s’avérer à l’origine de cette première variabilité : la première étant l’absence de retour d’impédance haute fidélité du système EEG à 14 canaux et les contraintes lâches pour les effets de la fatigue et de l’influence environnementale sur l’attention du sujet. Bien que cette variabilité intra-participante n’ait pas été observée avec les autres systèmes EEG utilisés dans ce protocole, il vaut la peine d’explorer ces effets plus en détail pour confirmer que leur cause est le résultat de la conception du casque et non d’un événement naturel non identifié. Deuxièmement, la plupart des participants avaient des signaux SSVEP plus importants après la deuxième évaluation par rapport à la première (tableau 1). Cela peut être le résultat d’une plus grande familiarité des participants avec le processus d’évaluation et des adaptations comportementales conséquentes à la configuration de l’équipement, y compris la réduction des clignements et de l’agitation lors de la présentation répétée des stimuli. D’autres études sont nécessaires pour déterminer s’il existe effectivement un effet de familiarisation avec le protocole SSVEP et, dans l’affirmative, quelles modifications potentielles doivent être apportées pour réduire son apparition dans les études futures. Enfin, il est important de noter qu’en raison de la dépendance importante à l’égard des volontaires d’une population relativement petite d’individus (ceux qui présentent un risque élevé de commotion cérébrale avec la volonté d’être examinés de manière répétée), cette étude a été limitée à un petit échantillon de 65 participants, dont 12 ont subi une commotion cérébrale. Des études avec une plus grande taille de cohorte seront nécessaires afin d’évaluer la robustesse de l’évaluation des commotions cérébrales par ce protocole, en particulier sa sensibilité et sa spécificité. Il serait également intéressant de voir ce protocole reproduit dans une gamme de groupes d’âge dont les états de développement cérébral varient, de ceux qui sont encore en développement (adolescents) à ceux qui ont un déclin cognitif potentiel (personnes âgées) et de déterminer si la réceptivité diffère ou non de manière significative. En ce qui concerne le système SSVEP amélioré, son étude comparative a mis en évidence les limites intégrées de l’appareil par rapport aux systèmes EEG traditionnels. Les systèmes EEG traditionnels adoptent généralement le système complet de montages 10-20, qui comprend 21 sites d’électrodes (Figure 7B). Le système SSVEP, quant à lui, n’utilise que trois canaux d’électrodes (O1, O2 et Oz) correspondant au cortex visuel (Figure 7A). Cette réduction de la capacité signifie que le système a une portée plus étroite d’applications EEG et limite l’analyse potentielle qui peut être effectuée sur les données électrophysiologiques obtenues dans le cadre de ce protocole.

Comme mentionné précédemment, d’autres recherches sont nécessaires pour surmonter les limites de ce protocole et tester sa force sur une cohorte plus large afin d’évaluer si ses résultats peuvent être généralisés. Plus important encore, des études supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à notre découverte de l’atténuation SSVEP. Par exemple, les changements dans la réponse SSVEP trouvés chez nos participants commotionnés sont très probablement des représentations de perturbations de la fonction neuronale, mais il n’est pas encore établi s’il s’agit de phénomènes primaires (par exemple, la substance blanche endommagée) ou secondaires (par exemple, neuroinflammatoires). Une application future potentielle de cette méthode est l’étude de la période de récupération associée à la dépression neuronale et à la commotion cérébrale individualisée au sujet. Un aperçu plus approfondi de cette période de récupération pourrait entraîner des modifications aux règles et règlements de retour au jeu (RTP) qui protègent mieux un athlète blessé. Cette méthode introduit également l’aspect pratique d’un système SSVEP portable appliqué dans des contextes non cliniques, comme une évaluation des commotions cérébrales effectuée rapidement en marge d’un terrain de sport. Cela a le potentiel d’offrir des avantages significatifs non seulement aux professionnels de la santé, mais aussi aux entraîneurs, aux athlètes et à leurs familles respectives pour lutter contre les effets physiologiques négatifs des commotions cérébrales et du syndrome du deuxième impact10,11. La génération de systèmes SSVEP améliorés, tels que le système SSVEP portable utilisé dans cette étude, pourrait voir des équipements et des applications technologiques plus avancés apparaître dans le domaine de la neurophysiologie et du SRC qui s’avéreront bénéfiques pour le succès des études futures.

En résumé, ce protocole s’est avéré fructueux dans son objectif d’identifier le SSVEP comme biomarqueur objectif des commotions cérébrales chez les athlètes de sports de contact. L’étude dans son ensemble fournit des preuves que les SSVEP sont considérablement atténués en présence d’une commotion cérébrale et peuvent être produits de manière fiable à un niveau de qualité de recherche grâce à un système EEG portable simplifié. Nous proposons donc que le SSVEP puisse être utilisé comme aide supplémentaire pour l’évaluation des commotions cérébrales, en particulier l’évaluation secondaire du SRC. D’autres études avec des protocoles plus raffinés, des techniques avancées et un équipement amélioré pourraient s’appuyer sur cette étude et fournir des informations essentielles pour lutter contre les effets néfastes des commotions cérébrales sur la vie des athlètes.

Disclosures

Les auteurs déclarent les conflits d’intérêts potentiels et les énoncent ci-dessous:

Adrian Cohen est administrateur de HeadsafeIP Pty Ltd et est noté sur les demandes de brevet liées à la technologie dans ce domaine.

Dylan Mahony est un employé de HeadsafeIP. HeadsafeIP entreprend la recherche, le développement et la commercialisation de technologies liées aux commotions cérébrales. HeadsafeIP Pty. Ltd peut bénéficier financièrement si les produits liés à cette recherche sont commercialisés avec succès.

Daryl Fong est un employé de Cryptych Pty Ltd. Cryptych Pty Ltd fournit des services de conseil à HeadsafeIP sur la fabrication conforme de son appareil en ce qui concerne les exigences réglementaires.

David Putrino, Joseph Herrera et Rebecca Baron sont des employés de l’École de médecine Icahn du mont Sinaï et participent à des recherches parrainées sur les cas d’utilisation du dispositif SSVEP amélioré.

Acknowledgments

L’équipement utilisé dans l’expérience initiale (enquête SSVEP) a été fourni par l’École de génie aérospatial, mécanique et mécatronique de l’Université de Sydney. L’équipement utilisé dans la seconde moitié de l’étude, les systèmes SSVEP et EEG intégrés, a été fourni par HeadsafeIP.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ag-AgCl Electrodes Compumedics 97000153 Disposable EEG electrode Wires
Cardboard VR Google 87002823-01 VR Frame
CaviWipes Metrex 13-1100 Disinfectant Wipes
Emotiv Xavier Emotiv EMO-BCI-ONET-MAC-01 EEG Headset Software / Contact Quality
EPOC Felt Sensors Emotiv EMO-EPO-FELT-00 EEG soft electrode contacts
USB Reciever Universal Model Emotiv EMO-EPO-USB-04 Signal Reciever for 14 channel EEG Headset
EPOC+ Emotiv EPOC+ V1.1A 14 Channel EEG headset
Excel 2016 Microsoft KB4484437 Spreadsheet Software
Grael 4K EEG Amplifier Compumedics 928-0002-02 Clinical EEG / 40 Channel EEG Amplifier Unit
iPad 5th Generation Apple A1822 iOS Device
iPhone 6s Apple A1633 iOS Device
iTunes Apple V12.5.5.5 Mobile Device Management Utility
MATLAB MathWorks  R2015b Numerical Computing Software
Nurochek iOS App HeadsafeIP HS02 SSVEP iOS App Software
Nurochek System HeadsafeIP HS01 Portable SSVEP System
Polyurethane Sensor Cylinders Headsafe HSIP01-213 EEG soft electrode contacts
Profusion EEG 5 Compumedics AH744-00 Clinical Neurology Software for EEG Amplifier
Quik-Gel Electrolyte Compumedics 92000016 EEG Conductive Gel
Renu Fresh Solution Bausch+Lomb 435720 Saline Solution
SPSS 24 IBM CRZ0WML Statistical Analytics Software
Ten20 Paste Weaver 92100031 EEG Skin Prep Gel/Paste
Vaio Pro 11 Sony SVP1132A1CL Computer / Laptop
Xperia Z1 Sony C6906 LCD Smartphone

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References

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Neurosciences Numéro 170 encéphalographie électroencéphalographie EEG VEP SSVEP commotion cérébrale mTBI sport biomédical biomarqueur neurophysiologie potentiel évoqué visuel à l’état d’équilibre
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