Summary
Ein tragbares System, das in der Lage ist, visuell evozierte Potentiale im stationären Zustand zu messen, wurde entwickelt und an 65 Amateur-Rugbyspielern über 18 Wochen getestet, um SSVEP als potenziellen elektrophysiologischen Biomarker für Gehirnerschütterungen zu untersuchen. Die Baselines der Spieler wurden vor der Saison gemessen, wobei Wiederholungstests auf Zuverlässigkeit, Gehirnerschütterung und Genesungsbewertung innerhalb kontrollierter Zeiträume durchgeführt wurden.
Abstract
Ein tragbares System, das in der Lage ist, stationäre visuell-evozierte Potentiale (SSVEP) zu messen, wurde entwickelt, um eine objektive, quantifizierbare Methode zur Elektroenzephalogrammprüfung (EEG) nach einem traumatischen Ereignis bereitzustellen. In dieser Studie wurde das tragbare System bei 65 gesunden Rugbyspielern während einer Saison eingesetzt, um festzustellen, ob SSVEP ein zuverlässiger elektrophysiologischer Biomarker für Gehirnerschütterungen ist. Vor der Wettbewerbssaison wurden alle Spieler einer SSVEP-Baseline-Bewertung unterzogen. Während der Saison wurden die Spieler innerhalb von 72 Stunden nach einem Spiel erneut getestet, entweder auf Test-Retest-Zuverlässigkeit oder auf Bewertung nach der Verletzung. Im Falle einer medizinisch diagnostizierten Gehirnerschütterung wurden die Spieler erneut bewertet, sobald sie von einem Arzt als genesen galten. Das SSVEP-System bestand aus einem Smartphone, das in einem VR-Rahmen untergebracht war und einen 15-Hz-Flimmerreiz lieferte, während ein drahtloses EEG-Headset die okzipitale Aktivität aufzeichnete. Die Spieler wurden angewiesen, auf den Fixpunkt des Bildschirms zu starren, während sie sitzen und ruhig blieben. Die Elektroden wurden gemäß der 10-20 EEG-Positionierungsnomenklatur angeordnet, wobei O1-O2 die Aufnahmekanäle und P1-P2 die Referenzen bzw. die Vorspannung waren. Alle EEG-Daten wurden mit einem Butterworth-Bandpassfilter, einer Fourier-Transformation und einer Normalisierung verarbeitet, um Daten für die Frequenzanalyse zu konvertieren. Die SSVEP-Antworten der Spieler wurden zu einem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) quantifiziert, wobei 15 Hz das gewünschte Signal war, und zum Vergleich in entsprechende Studiengruppen zusammengefasst. Gehirnerschütterungsspieler hatten im Vergleich zu ihrer Grundlinie einen signifikant niedrigeren SNR; Nach der Erholung unterschied sich ihr SNR jedoch nicht signifikant vom Ausgangswert. Test-Retest ergab eine hohe Gerätezuverlässigkeit für das tragbare System. Ein verbessertes tragbares SSVEP-System wurde auch gegen einen etablierten EEG-Verstärker validiert, um sicherzustellen, dass das investigative Design in der Lage ist, EEG-Messungen in Forschungsqualität zu erhalten. Dies ist die erste Studie, die Unterschiede in den SSVEP-Reaktionen bei Amateursportlern nach einer Gehirnerschütterung identifiziert und das Potenzial von SSVEP als Hilfe bei der Beurteilung und Behandlung von Gehirnerschütterungen aufzeigt.
Introduction
Die Menschen sind sich heute der Morbidität, die durch Hirnverletzungen im Sportverursacht wird, sehr bewusst 1. Eine sportbedingte Gehirnerschütterung (SRC) ist eine Form der leichten traumatischen Hirnverletzung (mTBI), die häufig in Kontaktsportarten wie Fußball, Rugby und Boxen berichtetwird 2,3,4. Die biomechanische Übertragung der impulsiven Kraft auf das Gehirn nach einem Aufprall auf das Feld führt zu einer Störung der neuronalen Funktion, was sowohl zu sofortigen als auch zu vorübergehenden Symptomen führt, die den körperlichen, kognitiven und emotionalen Zustand eines Athleten beeinflussen 1,5. In den meisten Fällen erliegen diese Symptome innerhalb kurzer Zeit, vorausgesetzt, der Athlet wird angemessen behandelt und nicht weiteren Auswirkungen ausgesetzt6.
Da SRC die neurologische Gesundheit der Spieler beeinträchtigt, stehen die Sportverbände vor der Herausforderung, eine genaue und rechtzeitige Gehirnerschütterungsdiagnose zu verwenden, um ein sicheres Return-to-Play-Protokoll 5,7,8,9 zu ermöglichen. Die Erkennung von Gehirnerschütterungen kann jedoch von Athleten ausgeschlossen werden, die Symptome minimieren oder leugnen, um eine Gehirnerschütterungsdiagnose zu vermeiden, wodurch ihre Rückkehr zum Spiel beschleunigt wird. Diese Maßnahmen können möglicherweise das Risiko eines Second-Impact-Syndroms erhöhen, einer Erkrankung, bei der sich nach einer zweiten Kopfverletzung während der Gehirnerschütterungserholungsphase10 ein schnelles Hirnödem bildet. Darüber hinaus ist es aufgrund der mangelnden Aufklärung über die Diagnose von Gehirnerschütterungen und der variablen Natur seiner physiologischen Definition nicht ungewöhnlich, dass SRC nicht gemeldet oder falsch diagnostiziertwird 11. Leider können lange Perioden wiederholter und unangemessen behandelter Gehirnerschütterungen zu einer Reihe von chronischen neurologischen Beeinträchtigungen führen, wie z.B. chronischer traumatischer Enzephalopathie (CTE), die stark mit SRC12,13,14 assoziiert ist.
Um die mit SRC verbundenen Herausforderungen zu bekämpfen, verwenden Sportorganisationen eine Vielzahl von Tools zur Beurteilung von Gehirnerschütterungen. Das am häufigsten verwendete und zugänglichste Tool, das Sports Concussion Assessment Tool (SCAT), ist ein standardisierter Papiertest, der körperliche und kognitive Bewertungen in Kombination mit skalierter Symptomberichterstattung15,16 umfasst. Frühere Studien haben jedoch gezeigt, dass die Symptomberichterstattung subjektiv und unzuverlässig ist, indem geschlechtsspezifische Unterschiede innerhalb der mTBI-Gruppen und Ausreißer in der Kontrollgruppe17,18 identifiziert wurden. Fortschrittlichere Werkzeuge, die auf professioneller Ebene eingesetzt werden, wie das Immediate Post-Concussion Assessment Tool (ImPACT), das als computergestützter neurokognitiver Test (CNT) fungiert, fallen ebenfalls der Manipulation zum Opfer, da sie eine aktive Teilnahme und Anstrengung des Athleten erfordern. Trotz eingebauter Überprüfungen auf Manipulation in CNTs hat die Forschung gezeigt, dass sie anfällig für Deckeneffekte sind und unter schlechter Zuverlässigkeit leiden19,20. Die Einschränkungen dieser bestehenden Bewertungsinstrumente in Kombination mit einem breiteren öffentlichen Verständnis der signifikanten gesundheitlichen Auswirkungen von SRK haben zu einem kritischen Bedarf an einem objektiven Biomarker geführt, der eine Gehirnerschütterung genau und rechtzeitig diagnostizieren kann.
Ein Feld, das sich bei der Identifizierung eines objektiven Biomarkers für Gehirnerschütterungen als vielversprechend erwiesen hat, ist die Elektrophysiologie. Es gibt Hinweise darauf, dass ereignisbezogene Potentiale, insbesondere visuell evozierte Potentiale (VEP), nach einer Gehirnerschütterung beeinträchtigtsind 21,22. Eine Teilmenge von VEP; Steady-State Visual-Evoked Potentials (SSVEP) sind eine objektive, quantifizierbare Fluktuation der elektrischen Aktivität, die im Gehirn als Reaktion auf einen bestimmten Satz visueller Reize auftritt, gemessen durch Elektroenzephalogramm (EEG)-Technologie 23,24. SSVEP bieten eine verbesserte Beständigkeit gegen Rauschartefakte und eine variable Kontaktimpedanz gegenüber herkömmlichen VEP-Messungen. Aufgrund der kontrollierten Frequenz des visuellen Reizes kommt es auch zu einer Verringerung der Synchronizität zwischen EEG-Aufzeichnungen und Stimulus, was zu einem vereinfachten elektrischen Modell25,26 führt. Dieser Ansatz wurde mit Frequenzen zwischen dem 12-15 Hz-Bereich validiert, die eine optimale Reaktion der Salienz für Flicker-Stimuli27 erzeugen. Insgesamt bedeuten diese Vorteile, dass SSVEP eine robustere elektrophysiologische Messung bietet, die in einem nicht-klinischen Umfeld wie Sportplätzen und Arztpraxen eingesetzt werden kann. Diese Nebenanwendungsmöglichkeit in Kombination mit den positiven Ergebnissen der Technologie in der bisherigen Literatur macht sie zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Identifizierung eines objektiven Biomarkers für SRK.
Das Ziel dieser Studie war es, mögliche Unterschiede im SSVEP zu untersuchen, die von Athleten aufgezeichnet wurden, die von einem erfahrenen Sportarzt als gesund, gehirnerschüttert oder von einer kürzlichen Gehirnerschütterung erholt beurteilt wurden. Die Methodik der Studie beinhaltete, dass 65 männliche Amateur-Rugby-Union-Spieler routinemäßig mit einem tragbaren SSVEP-System über eine 18-wöchige Wettkampfsaison bewertet wurden. Die Spieler sind vor Beginn des Vollkontakttrainings für eine Baseline zu bewerten und innerhalb von 72 Stunden nach Pflichtspielen neu zu bewerten. Spieler, die während der Saison verletzt wurden, wurden vom Arzt des Teams auf Gehirnerschütterungen untersucht und mit dem SSVEP-System für Nachverletzungs- und Genesungswerte neu bewertet. Darüber hinaus erweitert diese Studie ihr Protokoll, um die Fähigkeit des tragbaren SSVEP-Systems zu validieren, EEG-Messwerte in Forschungsqualität zu erhalten, die möglicherweise bei der Bewertung von SRC an der Seitenlinie helfen können.
Protocol
Die Genehmigungen für den ersten Teil des Protokolls wurden vom Human Research Ethics Committee (HREC) des South Eastern Sydney Local Health District (ESLHD) eingeholt. Alle Spieler erhielten detaillierte Teilnehmerinformationsblätter und die Zustimmung wurde vor der Teilnahme eingeholt (SESLHD-HREC-Referenznummer: 17/039 HREC/17/POWH/91).
Die Genehmigung für die Verwendung einer verbesserten tragbaren Systemstudie wurde von der Bellberry Human Research Ethics Committee (HREC) erhalten. Alle Kontrollpersonen erhielten detaillierte Teilnehmerinformationsblätter und die Einwilligung wurde vor der Teilnahme eingeholt (HREC-Referenznummer: 1802VEPEEG-CER).
1. Teilnehmer-Screening und Einwilligung
- Rekrutieren Sie Teilnehmer aus einem einzelnen Rugby-Union-Club vor Beginn einer Wettkampfsaison. Die Teilnehmer müssen gesunde, englischsprachige, männliche Erwachsene (über 18 Jahre) sein, die Mitglieder einer Amateur-Rugby-Union-Mannschaft sind (Abbildung 1).
- Stellen Sie aufgrund der flackernden Natur der visuellen Reize sicher, dass die Teilnehmer keines der folgenden strengen Ausschlusskriterien erfüllen: Diagnose oder Symptome von Epilepsie, bestehende und / oder frühere Hirnverletzungen oder gesetzliche Blindheit.
- Informieren Sie die Teilnehmer, alle Symptome nach einer Verletzung auf dem Sportplatz wahrheitsgemäß dem Arzt zu melden, der die Informationen an den/die zugehörigen Prüfarzt(en) weiterleitet. Die Teilnehmer müssen verstehen, dass die Teilnahme an der Studie mindestens zwei SSVEP-Testsitzungen während der Saison erfordert, mit dem Potenzial für weitere Tests im Falle einer Gehirnerschütterungsverletzung.
2. Investigativer SSVEP-Geräteaufbau
- Passen Sie ein LCD-Smartphone (Charged Liquid Crystal Display) in einen Virtual Reality (VR)-Rahmen ein (Abbildung 2A; siehe Materialtabelle).
- Generieren Sie eine .mp4 Videodatei, die aus einer Sequenz von Schwarz-Weiß-Bildschirmen besteht, die sich mit einer Frequenz von 15 Hz für insgesamt 30 s abwechseln. Platzieren Sie eine Zufallszahl in der Mitte des Videoframes (die weniger als 2% des Bildschirms mit einem Sichtwinkel von 1,5 ° einnimmt), auf die sich die Teilnehmer während der Stimulation zentral konzentrieren können. Stellen Sie sicher, dass die Zahl in Abständen von 5 s geändert wird, um eine anhaltende Aufmerksamkeit zu fördern (Abbildung 2B).
- Laden Sie die konstruierte Videodatei auf das Smartphone hoch und zeigen Sie sie bei voller Helligkeit (mindestens ~ 490 Nits) an, wobei sie als visueller Reiz des SSVEP-Systems fungiert.
- Laden Sie das kabellose 14-Kanal-EEG-Headset auf, das als primäres EEG-Aufzeichnungsgerät verwendet wird (Abbildung 3A).
- Koppeln Sie das Headset über den mitgelieferten universellen USB-Empfänger (Dongle) mit einem Computer in der Nähe. Stecken Sie den Dongle in den USB-Anschluss des Computers, schalten Sie das Headset über den Netzschalter ein, öffnen Sie die 14-Kanal-EEG-Headset-Software auf einem Computer und wählen Sie die Connect-Taste in der Anwendung neben der angezeigten Headset-ID (siehe Materialtabelle).
- Sättigen Sie die mitgelieferten Filzsensoren vollständig mit Kochsalzlösung.
- Installieren Sie die gesättigten Sensoren in den schwarzen Kunststoffarmen des Headsets, indem Sie jeden Sensor vorsichtig im Uhrzeigersinn drehen, bis ein "Klick" zu spüren ist und sich der Sensor sicher anfühlt.
3. Baseline-Bewertung der Teilnehmer
- Holen Sie die Zustimmung aller Teilnehmer ein, die die Screening-Fragen bestanden haben, um an der Studie teilzunehmen, bevor die Rugby-Saison beginnt.
- Bitten Sie die einwilligten Teilnehmer, in einer ruhigen, geschlossenen Umgebung mit natürlichem Umgebungslicht, wie z. B. einem Büroraum, auf einem Stuhl zu sitzen. Während die Teilnehmer sitzen, bringen Sie das 14-Kanal-EEG-Headset an die Köpfe der Teilnehmer an, indem Sie das Stirnband von der Oberseite ihres Kopfes nach unten schieben. Ordnen Sie die Elektroden nach dem International 10-20-System an (Abbildung 3B) 28,29. Positionieren Sie die beiden Frontsensoren des Headsets in einer Linie mit dem Haaransatz der Teilnehmer oder etwa drei Fingerbreiten über den Augenbrauen der Teilnehmer.
HINWEIS: Wenn die Teilnehmer dickes Haar haben, arbeiten Sie den Sensor unter das Haar und fügen Sie zusätzliche Kochsalzlösung hinzu. Wenn sich das Subjekt aus der stationären Sitzposition bewegt oder sich während der Bewertung die Umgebungseinstellungen ändern, kann ein Artefakt (Abbildung 4) auftreten, und die SSVEP-Daten sollten für die Analyse nicht gesammelt (verworfen) werden.- Verwenden Sie die Hinterhauptelektroden (O1 und O2) als Hauptaufzeichnungselektroden und die parietalen Elektroden (P3 und P4) als Erdungs- und Gleichtaktelektroden (Referenzelektroden) (Abbildung 3B).
- Stellen Sie sicher, dass eine angemessene Verbindung zwischen dem Headset und dem Kopf der Teilnehmer besteht, indem Sie eine Kontaktqualitätssoftware verwenden, bevor Sie mit dem Testen fortfahren. Grüne Elektroden zeigen eine gute Kontaktqualität (<20 kOhm) nach Herstellerstandards an.
- Für den Fall, dass nicht für alle interessierenden Elektrodenkanäle (O1, O2) eine gute Kontaktqualität erreicht wurde, sättigen Sie die Sensoren erneut mit Kochsalzlösung und überprüfen Sie die Positionierung, um sicherzustellen, dass die Sensoren so bündig wie möglich gegen die Kopfhaut sind.
HINWEIS: Es muss eine gute Kontaktqualität erzielt werden, um die elektrische Verbindung zwischen Kopfhaut und Elektroden sicherzustellen und Potentialartefakte zu minimieren (Abbildung 4).
- Für den Fall, dass nicht für alle interessierenden Elektrodenkanäle (O1, O2) eine gute Kontaktqualität erreicht wurde, sättigen Sie die Sensoren erneut mit Kochsalzlösung und überprüfen Sie die Positionierung, um sicherzustellen, dass die Sensoren so bündig wie möglich gegen die Kopfhaut sind.
- Bitten Sie die Teilnehmer, das Test-Smartphone innerhalb des VR-Rahmens an die Augen zu halten, gegen ihre Gesichter und Nasenbrücke zu spülen, um sicherzustellen, dass beide Augen vollständig bedeckt sind.
- Lassen Sie die Teilnehmer bestätigen, dass die Fokuszahl in der Mitte des Bildschirms sichtbar ist und dass der Rahmen Umgebungslicht blockiert.
- Entfernen Sie den VR-Frame vom Gesicht der Teilnehmer und informieren Sie sie, dass das visuelle Reizvideo nun initiiert wird. Geben Sie sie dann den VR-Rahmen zurück, um sie erneut in der gleichen Position wie Schritt 3.4.1 anzuwenden.
- Erinnern Sie die Teilnehmer daran, dass sie sich auf die Fokuszahl konzentrieren und während der Dauer des SSVEP-Tests ruhig und ruhig bleiben sollen.
- Initiieren Sie das visuelle Reizvideo, indem Sie die Play-Taste auf dem Smartphone-Bildschirm drücken, und lassen Sie die Teilnehmer dann den VR-Rahmen auf sein Gesicht legen (gemäß Schritt 3.4).
- Bitten Sie die Teilnehmer, zu bestätigen, dass sie den VR-Rahmen gemäß Schritt 3.4 in der richtigen Position haben. Starten Sie nach der Bestätigung des Teilnehmers gleichzeitig eine Countdown-Stoppuhr für 30 s und wählen Sie dann die Schaltfläche Start Recording in der 14-Kanal-EEG-Headset-Software, um die Aufzeichnung auf dem EEG-Headset zu starten.
- Sobald die 30-Sekunden-Periode vorbei ist, stoppen Sie die EEG-Aufzeichnung, indem Sie die Stopp-Taste in der 14-Kanal-EEG-Headset-Software auswählen.
- Entfernen Sie den VR-Rahmen aus den Augen der Teilnehmer und informieren Sie sie, dass das erste SSVEP-Assessment abgeschlossen ist.
- Speichern Sie die aufgezeichnete SSVEP-Antwort im lokalen Konto, indem Sie in der 14-Kanal-EEG-Headset-Software auf die Schaltfläche Gespeicherte Sitzungen klicken. Exportieren Sie die gespeicherte Datei als EDF-Datei (European Data Format) auf ein bevorzugtes Speicherhardwaregerät.
HINWEIS: EDF-Dateien sind mit den Initialen, dem Datum, der Uhrzeit und der Art des durchgeführten Tests (Baseline, nach der Verletzung oder Genesung) des Teilnehmers zu Identifizierungs- und Speicherzwecken zu kennzeichnen. - Wiederholen Sie das SSVEP-Bewertungsprotokoll (Schritte 3.2 bis 3.9) in schneller Folge nach Schritt 3.9.
HINWEIS: Dies wird als zweite Lesung aus den beiden Bewertungen durchgeführt und ergibt einen durchweg klareren EEG-Wert. - Sobald die beiden SSVEP-Assessments erfolgreich abgeschlossen wurden, lassen Sie den Teilnehmer den VR-Rahmen von seinen Augen entfernen und das Headset vorsichtig von den Köpfen der Teilnehmer entfernen.
- Entfernen Sie die Elektrodensensoren vom Headset und bewahren Sie sie bis zu ihrer nächsten Verwendung in einer geeigneten Schutzhülle auf, um sicherzustellen, dass die Kochsalzlösung die Elektroden des Headsets nicht korrodiert.
- Reinigen Sie sowohl das Headset als auch das Smartphone + den Rahmen mit Isopropylalkohol (70%), bevor Sie beide Geräte bis zum nächsten Gebrauch in ihren jeweiligen Koffern aufbewahren.
- Fragen Sie den Teilnehmer, ob er abnormale Reaktionen auf den Reiz erlebt hat, einschließlich des Vorhandenseins von Kopfschmerzen oder Schwindel. Zeichnen Sie die Antwort in einem Studienprotokoll auf.
- Informieren Sie den Teilnehmer, dass er seine Baseline-Tests abgeschlossen hat und innerhalb von 72 Stunden nach dem nächsten Pflichtspiel der Saison erneut bewertet wird.
4. Bewertung nach der Verletzung
- Stellen Sie sicher, dass alle Auswirkungen auf dem Feld, bei denen der Verdacht besteht, dass es sich um eine Gehirnerschütterung handelt, aufgezeichnet und entweder vom Teamarzt oder vom Spieler an den Prüfarzt zurückgemeldet werden.
- Erhalten Sie nach einer Verletzung Bewertungen aller Spieler, die in Schritt 4.1 innerhalb von 72 Stunden nach dem Vorfall gemeldet wurden, indem Sie das in Abschnitt 3 beschriebene SSVEP-Protokoll verwenden.
- Stellen Sie sicher, dass sich alle Spieler nach der Verletzung einer SSVEP-Beurteilung unterziehen, die vom Teamarzt (siehe Abschnitt 5) bewertet wird, um festzustellen, wann sich der Spieler von der Verletzung erholt hat und zum Vollkontakttraining und den Spielen zurückkehren kann. Stellen Sie sicher, dass die Diagnose des Teamarztes zu Prüfzwecken aufgezeichnet wird.
- Informieren Sie den Spieler, dass er mit dem SSVEP-System neu bewertet wird, sobald er vom Teamarzt als wiederhergestellt gilt.
5. Klinische Gehirnerschütterungsbeurteilungen
- Stellen Sie sicher, dass alle Spieler innerhalb von 72 Stunden nach einer möglichen Gehirnerschütterung, die eine Gehirnerschütterung verursacht, vom Teamarzt untersucht werden.
HINWEIS: Der Mannschaftsarzt muss ein lizenzierter Praktiker mit klinischer Erfahrung in der Beurteilung von sportbedingten Verletzungen sein und von einem zuständigen Sportverband zugelassen sein.- Lassen Sie den Teamarzt zusätzlich zur Verwendung von Elementen des Sport Concussion Assessment Tool (SCAT) eine neurologische Untersuchung durchführen, um den Bewusstseinszustand des Spielers und das Vorhandensein eines der häufigsten Anzeichen und Symptome im Zusammenhang mit einer Gehirnerschütterungzu bestimmen 15.
HINWEIS: Bewertungen werden mit dem typischen Verhalten und Verhalten des Spielers als Referenz vorgenommen.
- Lassen Sie den Teamarzt zusätzlich zur Verwendung von Elementen des Sport Concussion Assessment Tool (SCAT) eine neurologische Untersuchung durchführen, um den Bewusstseinszustand des Spielers und das Vorhandensein eines der häufigsten Anzeichen und Symptome im Zusammenhang mit einer Gehirnerschütterungzu bestimmen 15.
- Gemäß den GRTP-Richtlinien (Graduated Return to Play) von Rugby Australia 30 stellen Sie sicher, dass der Spieler innerhalbvon 48 Stunden nach einer Gehirnerschütterungsdiagnose und erneut einmal pro Trainingseinheit vom selben Teamarzt neu bewertet wird, bis er für die Rückkehr zum Spiel30 freigegeben ist.
- Stellen Sie sicher, dass sich die Spieler einer abschließenden Bewertung mit dem Arzt des Teams unterziehen, um festzustellen, ob sie sich klinisch erholt haben, bevor sie zum Vollkontakttraining oder zu den Spielen zurückkehren können. Der Arzt soll den Verletzungszustand des Spielers auf der Grundlage der Verbesserung der SCAT-Tests und der Verringerung der damit verbundenen Symptome und des zuvor festgestellten atypischen Verhaltens bestimmen.
HINWEIS: Diese abschließende Bewertung erfolgt nach mindestens 12 Tagen nach der Verletzung gemäß GRTP.- Notieren Sie die Bestimmung des Verletzungszustands des Spielers (Gehirnerschütterung oder Genesung) durch den Kliniker zu Prüfzwecken.
6. Bewertung der Rückforderung
- Bewerten Sie die Spieler, die in Schritt 5.3 als wiederhergestellt gelten, indem Sie das in Abschnitt 3 beschriebene SSVEP-Protokoll verwenden, um eine SSVEP-Antwort für die Wiederherstellung zu erhalten.
7. Bewertung der Zuverlässigkeit von Tests und Wiederholungstests
- Stellen Sie sicher, dass alle nicht verletzten Teilnehmer nach jedem Pflichtspiel der Saison innerhalb von 72 Stunden mit dem tragbaren SSVEP-System in der gleichen Einstellung wie in Abschnitt 3 beschrieben erneut getestet werden, um Daten für die Test-Retest-Zuverlässigkeit des Systems zu erhalten.
8. SSVEP-Datenverarbeitung
- Generieren Sie ein numerisches Rechenskript, das alle aufgezeichneten EDF-Datendateien aus den Abschnitten 3-7 importieren und verarbeiten kann (siehe Materialverzeichnis).
- Wenden Sie einen Butterworth-Bandpassfilter mit Eckfrequenzen bei 5 Hz und 40 Hz auf die mit dem 14-Kanal-EEG-Headset erhaltenen SSVEP-Rohspannungen an, um die Auswirkungen von niederfrequentem Rauschen, Gleichspannungsversatz und Netzstrom31 zu minimieren.
- Wenden Sie eine Fast Fourier Transformation (FFT) auf die gefilterten SSVEP-Werte an, um Daten im Frequenzbereich32 zu analysieren.
- Normalisieren Sie FFT-Werte aus den Elektrodenkanälen O1 und O2, um ein einzelnes Array von Werten für die grafische Darstellung als Leistungsspektrumdichte zu erzeugen (Abbildung 5).
- Sobald die EEG-Daten verarbeitet wurden, berechnen Sie das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) jeder Datendatei, indem Sie die Magnitude bei 15 Hz durch die durchschnittliche Größe zwischen 5-40 Hz dividieren. Die SNR-Formel lautet:
Dabei gilt:
Amplitude15Hz = Die Spannung des 15 Hz Frequenzbandes (μV)
Amplitudendurchschnitt = Die mittlere Spannung aller Frequenzbänder zwischen 5-40 Hz (μV) - Stellen Sie sicher, dass alle Daten (rohe EDF, verarbeitete EDF, SNR-Wert, Kommentare und Daten des Verletzungsstatus des Spielers) zu Untersuchungszwecken in entsprechend gekennzeichneten Ordnern gespeichert werden.
9. Statistische Auswertung
- Kombinieren Sie die Datendateien der Spieler kategorisch in einem CSV-Blatt (Comma-Separated Values, durch Kommas getrennte Werte) (separate Spalten für Baseline-, Gehirnerschütterungs- und Wiederherstellungswerte).
- Verwenden Sie den SNR jedes SSVEP-Messwerts, um die verschiedenen Gruppen zu vergleichen. Drücken Sie alle zusammengefassten Daten als Mediane mit einem Interquartilsbereich von 25bis 75 (IQR) aus, mit einem statistischen Signifikanzniveau von Alpha (α) = 0,05 und allen Varianzstufen, die in der Standardabweichung (± S.D.) angezeigt werden. Verwenden Sie eine statistische Analysesoftware (siehe Materialverzeichnis) zur Analyse der SNR-Werte der Gruppe.
- Bewerten Sie die Normalität der SNR-Werte aller Spieler mit einem Shapiro-Wilk-Test.
- Vergleichen Sie den mittleren SNR zwischen allen drei Bewertungsgruppen unter Verwendung von gepaarten t-Tests (zwischen Baseline-Concussed-Messwerten, Concussed-Recovered-Messwerten und Baseline-Recovers-Messwerten ) für Spieler, die alle drei Arten von Assessments erlebt haben. Stellen Sie sicher, dass eine mehrfache Vergleichskorrektur angewendet wird, indem Sie eine Bonferroni-Korrektur verwenden.
- Berechnen Sie die Effektstärke der t-Test-Vergleiche, indem Sie Cohens D32 verwenden.
- Schätzen Sie die Test-/Wiederholungstestzuverlässigkeit unter Verwendung eines Intraklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC) des Typs 3, Typ k; ICC(3,k) mit einem 95%-Konfidenzintervall (CI) zur Prüfung der Übereinstimmung zwischen Baseline und wiederholten Tests während der gesamten Saison.
HINWEIS: Das Experiment kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt neu gestartet werden.
10. Verbesserte Einrichtung des tragbaren SSVEP-Systems
HINWEIS: Das in diesem Abschnitt beschriebene System ist ein All-in-One-Setup, das entwickelt wurde, um einen effizienteren Messprozess zu ermöglichen, sowohl schneller als auch mit verbessertem Komfort für den Teilnehmer. Bitte beachten Sie, dass es sich bei dem in den Abschnitten 2-6 beschriebenen Aufbau um einen vereinfachten Prototyp handelt, der aus zahlreichen Geräten besteht, die zu einem Proof-of-Concept-System zusammengeführt wurden. Der Protokollschema mit diesem System ist in Abbildung 6 dargestellt.
- Beziehen Sie ein tragbares SSVEP-System, das eine visuelle Reiz- und Elektrodenkonfiguration enthält, die dem in Abschnitt 2 beschriebenen System entspricht (siehe Abbildung 7A).
- Laden Sie die SSVEP-Anwendung des Systems aus dem iOS App Store auf ein Gerät herunter, auf dem iOS ausgeführt wird (siehe Materialverzeichnis).
- Stellen Sie sicher, dass das Untersuchungsteam mit der Gebrauchsanweisung (IFU) des tragbaren SSVEP-Systems und seiner mitgelieferten iOS-Anwendung vertraut ist, die die Aktivierung des SSVEP-Geräts und die lokale Speicherung der EEG-Messwerte ermöglicht.
- Generieren Sie Themenkonten in der iOS-Anwendung, indem Sie die Gebrauchsanweisung (IFU) des tragbaren SSVEP-Systems befolgen. Öffnen Sie die App, wählen Sie die Registerkarte Betreff und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Neues Thema hinzufügen .
11. Referenz-EEG-System-Setup
- Erhalten Sie eine validierte EEG-Verstärkereinheit in klinischer Qualität mit einer modularen Elektrodenkonfiguration, die keine visuelle Reizkomponente enthält (Abbildung 7C).
- Stellen Sie sicher, dass das Prüfteam mit den Gebrauchsanweisungen (IFU) des klinischen EEG-Systems und seiner mitgelieferten klinischen Neurologie-Softwareanwendung (siehe Materialverzeichnis) vertraut ist, die die Aktivierung des Verstärkers und die lokale Speicherung von EEG-Messwerten ermöglichen.
12. EEG-Validierung eines verbesserten tragbaren SSVEP-Systems
- Rekrutieren Sie gesunde, englischsprachige erwachsene Teilnehmer nach den gleichen Ausschlusskriterien, die in Abschnitt 1 beschrieben sind. Stimmen Sie diesen Teilnehmern für die SSVEP-Systemvalidierungsstudie zu.
- Weisen Sie den Teilnehmern nach dem Zufallsprinzip eine Nummer von 01 bis 20 zu. Bewerten Sie Teilnehmer mit einer ungeraden Nummer, die zuerst mit dem tragbaren SSVEP-System und dann mit dem klinischen EEG-System zugewiesen wurde (Schritte 12.3-12.16). Umgekehrt für Teilnehmer mit geraden Nummern (Schritte 12.10-12.14, dann 12.3-12.9, dann 12.15-12.16) (Abbildung 6).
- Richten Sie das SSVEP-Headset gemäß der Gebrauchsanweisung (IFU) ein: Laden Sie das Headset vollständig auf und koppeln Sie es über Bluetooth mit der SSVEPiOS-Anwendung. Setzen Sie die mitgelieferten Polyurethan-Sensorzylinder in die Elektrodenkanäle ein und sättigen Sie sie mit normaler Kochsalzlösung.
- Legen Sie das SSVEP-Headset gemäß der IFU des Systems auf den Kopf des Teilnehmers, wobei sich das untere der hinteren Gehäuseeinheit direkt über dem Imposement des Teilnehmers befindet, das vordere Visiergehäuse sicher über den Augen und dem Nasenrücken platziert ist und das Headset über die elastischen Verstellgurte und Sicherungsschnallen festgezogen wird.
- Überprüfen Sie vor dem Test die Impedanzanzeige der SSVEP iOS-Anwendung, um eine angemessene Verbindung zwischen dem Headset und dem Kopf des Teilnehmers sicherzustellen. Grüne optische Anzeigen auf der zugehörigen Anwendung (Impedanz <15 kOhm) zeigen eine gute Kontaktqualität nach Herstellerstandards an.
- Wenn nicht für alle interessierenden Elektrodenkanäle eine gute Kontaktqualität erreicht wird, sättigen Sie die Sensoren mit normaler Kochsalzlösung und überprüfen Sie die Positionierung erneut, um sicherzustellen, dass die Sensoren so bündig wie möglich gegen die Kopfhaut sind.
HINWEIS: Es muss eine gute Kontaktqualität erzielt werden, um die elektrische Verbindung zwischen Kopfhaut und Elektroden sicherzustellen und Potentialartefakte zu minimieren (Abbildung 4). - Stellen Sie sicher, dass sich der Teilnehmer wohl fühlt. Weisen Sie sie an, still, ruhig und ruhig zu bleiben, während sie sitzen und nach vorne in die Lichter blicken, und nur bei Bedarf zu blinzeln. Wenn sich das Motiv aus einer stationären Sitzposition bewegt oder sich während der Bewertung die Umgebungseinstellungen ändern, kann ein Artefakt (Abbildung 4) auftreten, und die SSVEP-Daten sollten für die Analyse nicht gesammelt (verworfen) werden.
- Wenn nicht für alle interessierenden Elektrodenkanäle eine gute Kontaktqualität erreicht wird, sättigen Sie die Sensoren mit normaler Kochsalzlösung und überprüfen Sie die Positionierung erneut, um sicherzustellen, dass die Sensoren so bündig wie möglich gegen die Kopfhaut sind.
- Initiieren Sie den visuellen Reiz, indem Sie in der iOS-Anwendung auf die Schaltfläche Test beginnen klicken. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, drücken Sie die Taste Weiter , um zur nächsten Testphase überzugehen. Der visuelle Reiz wird gemäß der IFU des Systems zweimal ausgeführt und erhält einen vorläufigen und primären SSVEP-Wert.
- Entfernen Sie nach Abschluss der SSVEP-Bewertung das SSVEP-Headset von den Köpfen des Teilnehmers. Erlauben Sie den Probanden, sich für mindestens 30 Sekunden zu entspannen.
- Um einen Prüf-/Wiederholungstest-Zuverlässigkeitswert zu erhalten, wiederholen Sie das SSVEP-Bewertungsprotokoll mit dem SSVEP-System (Schritte 12.3 bis 12.7) nach Ablauf der Ruhezeit.
- Lassen Sie die Teilnehmer 5 Minuten ruhen, bevor Sie mit dem nächsten EEG-System fortfahren.
- Richten Sie den klinischen EEG-Verstärker gemäß IFU ein: Schalten Sie den Verstärker ein, indem Sie ihn über den mitgelieferten USB-Dongle und das Netzkabel an einen Computer anschließen, fünf Elektrodenleitungen in die jeweiligen 10-20 EEG-Positionen 01, O2, OZ, P1 und P2 anschließen, die EEG-Software für die klinische Neurologie auf einem Computer öffnen und eine neue Studie erstellen (über die Registerkarte Aufzeichnung ).
- Tragen Sie das Kopfhautpräparationsgel auf die Hinterhauptsregion des Kopfes des Teilnehmers auf und reiben Sie das Gel im Uhrzeigersinn mit den Fingern ein, um sich in eine dünne Schicht zu spreizen.
- Befestigen Sie die Elektrodenkappe über dem Kopf des Teilnehmers gemäß der IFU des klinischen EEG-Systems. Tragen Sie das leitfähige Gel vorsichtig und mit sauberen Händen auf die fünf Elektrodenpflaster auf.
- Platzieren Sie die fünf Elektrodenfelder auf der Kopfhaut des Teilnehmers in den jeweiligen Positionen O1, O2, O3, P1 und P2 gemäß der 10-20 EEG-Positionierungsnomenklatur.
- Überprüfen Sie die Impedanzanzeige der klinischen EEG-Verstärker-Softwareanwendung, um vor dem Test eine angemessene Verbindung zwischen dem Headset und dem Kopf des Teilnehmers sicherzustellen. Impedanzwerte von <15 kOhm gelten als akzeptabel für die EEG-Anwendung.
- In dem Fall, dass nicht für alle interessierenden Elektrodenkanäle eine gute Kontaktqualität erreicht wird, tragen Sie die Präparationsgele erneut auf und überprüfen Sie die Positionierung erneut, um sicherzustellen, dass die Sensoren so bündig wie möglich mit der Kopfhaut liegen.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, das vordere Visier des SSVEP-Geräts gemäß Schritt 12.4 über die Augen zu halten, während ein Ermittlungsassistent die hintere Wohneinheit von der Kopfhaut fernhält.
- Wiederholen Sie die Anweisungen in Abschnitt 12.5.2.
- Starten Sie die Aufzeichnung des EEG-Verstärkers, indem Sie auf das rote Aufzeichnungssymbol in der oberen linken Ecke der klinischen Neurologie-Software klicken. Starten Sie unmittelbar nach der Initiierung der Aufnahme den visuellen Reiz, indem Sie in der iOS-Anwendung auf die Schaltfläche Test beginnen klicken.
- Drücken Sie das rote Aufzeichnungssymbol, um die EEG-Verstärkeraufzeichnung zu stoppen, sobald Sie aufgefordert werden, dass das SSVEP-System die erste Runde des Stimulus beendet hat und darauf wartet, dass der Befehl fortgesetzt wird.
- Starten Sie die EEG-Verstärkeraufzeichnung neu, indem Sie auf das rote Aufzeichnungssymbol in der klinischen Neurologie-Software klicken, und setzen Sie dann den visuellen Reiz fort, indem Sie die Schaltfläche Weiter in der SSVEP iOS-App auswählen.
- Drücken Sie das rote Aufzeichnungssymbol, um die EEG-Verstärkeraufzeichnung zu stoppen, sobald Sie aufgefordert werden, dass das SSVEP-System den visuellen Reiz gestoppt hat.
- Erlauben Sie dem Subjekt, sich für mindestens 30 Sekunden zu entspannen. Um einen Test-Retest-Zuverlässigkeitswert zu erhalten, wiederholen Sie das SSVEP-Bewertungsprotokoll mit dem klinischen EEG-System (Schritte 12.10 bis 12.13) nach dem Ende der Ruhezeit (zwei Gesamttests: Test 1 / Test 2).
- Sobald die beiden SSVEP-Bewertungen erfolgreich abgeschlossen wurden, lassen Sie den Teilnehmer das vordere Visier von seinen Augen entfernen und die Elektrodenflecken vorsichtig von seiner Kopfhaut lösen.
- Reinigen Sie sowohl das SSVEP-Headset als auch die Elektrodenleitungen mit Isopropylalkohol (70%) Tücher, bevor Sie beide Geräte bis zum nächsten Gebrauch in ihren jeweiligen Koffern aufbewahren.
- Fragen Sie den Teilnehmer, ob er abnormale Reaktionen auf den Reiz erlebt hat, einschließlich des Vorhandenseins von Kopfschmerzen oder Schwindel. Notieren Sie ihre Antworten in einem Studienprotokoll, bevor Sie sie darüber informieren, dass sie ihre Teilnahme an der Studie abgeschlossen haben.
13. Test-Retest-Zuverlässigkeitsberechnung des tragbaren SSVEP-Systems
- Laden Sie die SSVEP-Rohwerte beider primären SSVEP-Testsätze vom iOS-Gerät mit einer mobilen Verwaltungssoftware herunter. Die Ergebnisse werden als CSV-Dateien (Comma-Separated Value, durch Kommas getrennte Werte) ausgegeben. Speichern Sie die Dateien zu Identifizierungs- und Speicherzwecken unter Verwendung des vollständigen Namens des Teilnehmers, der Art des durchgeführten Tests und des Datums.
- Ändern Sie das in Abschnitt 8 generierte numerische Rechenskript, um die CSV-Dateien mit einem zusätzlichen Array von SSVEP-Werten aus dem O z-Aufzeichnungskanal zu verarbeiten.
- Ordnen Sie die verarbeiteten Datendateien in einem Array von CSV-Blättern zusammen, wobei die Werte entsprechend ihrer jeweiligen Kategorie von Test 1 oder Test 2 zusammengefasst sind.
- Verwenden Sie die SNR jedes SSVEP-Messwerts, um die Ergebnisse der verschiedenen Tests zu vergleichen. Schätzen Sie die Test-/Wiederholungstestzuverlässigkeit unter Verwendung eines Typ-2-Typ-1-Interklassen-Korrelationskoeffizienten ICC (2,1) mit einem Konfidenzintervall von 95 % (CI) und einem Signifikanzniveau von α auf 0,05.
14. Test-Retest-Berechnung des klinischen EEG-Systems
- Laden Sie die rohen SSVEP-Werte beider EEG-Verstärker-Primärtestsätze aus der klinischen Neurologie-Software herunter. Die Ergebnisse werden als CSV-Dateien ausgegeben. Speichern Sie die Dateien zu Identifizierungs- und Speicherzwecken unter Verwendung des Antragstellernamens und der Art des durchgeführten Tests.
- Wiederholen Sie Abschnitt 13.2-13.4 mit den heruntergeladenen EEG-Verstärker-CSV-Dateien, um die Test-Retest-Zuverlässigkeit des klinischen EEG-Systems zu schätzen.
15. Vertragsberechnung der portablen SSVEP- und klinischen EEG-Systeme
- Skizzieren Sie die Kriterien für die Bestimmung, ob ein SSVEP vom EEG-System erkannt wurde (empfohlene Kriterien: wenn die Hauptsignalspitzen zwischen 5-35 Hz 15 ± 0,1 Hz betragen und wenn der Z-Wert des Hauptpeaks über 5 liegt).
- Ändern Sie das in den Abschnitten 12 und 13 generierte numerische Rechenskript, um zusätzlich die Spitzenfrequenz und den Z-Wert der verarbeiteten SSVEP-Dateien zu bestimmen. Formel für Z-Score ist.
Wo:
Amplitudenspitze = Die Spannung bei der Spitzenfrequenz (μV)
Amplitudendurchschnitt = Die mittlere Spannung aller Frequenzbänder zwischen 5-35 Hz (μV) - Durchführung einer binomialen Analyse der Fähigkeit der EEG-Systeme, einen SSVEP anhand der skizzierten Kriterien erfolgreich zu erkennen, wobei die binomiale Wahrscheinlichkeit (%) als Vereinbarung zwischen den beiden Systemen angesehen wird. Vor- und Primäraufzeichnungen für jedes System sind zu verwenden, um den Grad der Übereinstimmung über zwei Datensätze hinweg zu berechnen.
- Verwenden Sie den Z-Wert jedes SSVEP-Messwerts, um die verschiedenen EEG-Systeme zu vergleichen. Drücken Sie alle zusammengefassten Daten als Mediane mit einem Interquartilsbereich von 25bis 75( IQR) aus. Verwenden Sie eine statistische Analysesoftware zur statistischen Analyse der vom System verarbeiteten Werte.
- Ändern Sie das numerische Rechenskript, das in den Abschnitten 12 und 13 generiert wurde, um zusätzlich die durchschnittliche SNR für jede Frequenz zu bestimmen, die zu einem Datenpunkt im Bereich von 0-25 Hz aller (vorläufigen und primären) SSVEP-Dateien führte, die vom SSVEP und dem klinischen EEG-System generiert wurden.
- Erstellen Sie eine Leistungsspektrumdichte (PSD) beider Systeme normalisierte durchschnittliche SNR-Ergebnisse zwischen 0-25 Hz (siehe Repräsentative Ergebnisse).
HINWEIS: Erstellen Sie für jedes EEG-System eine separate Datenreihe und überlagern Sie diese auf derselben PSD.
- Erstellen Sie eine Leistungsspektrumdichte (PSD) beider Systeme normalisierte durchschnittliche SNR-Ergebnisse zwischen 0-25 Hz (siehe Repräsentative Ergebnisse).
Representative Results
Insgesamt 65 männliche Rugbyspieler (20,9 ± 2,3 Jahre alt) wurden erfolgreich in den ersten Abschnitt dieser Studie aufgenommen, wobei alle Spieler einer SSVEP-Baseline-Bewertung unterzogen wurden (Abbildung 1). Im Laufe der Rugby-Saison erlitten 12 Teilnehmer eine mögliche Gehirnerschütterung auf dem Spielfeld und wurden mit dem SSVEP-System für eine Beurteilung nach der Verletzung neu bewertet. Der Teamarzt bewertete diese Spieler mit einem klinischen Gehirnerschütterungsbewertungsprotokoll und diagnostizierte diese 12 Teilnehmer als Gehirnerschütterung. Alle zwölf wurden vom Arzt innerhalb des 12-tägigen GRTP-Zeitraums30 als genesen angesehen. Nach der Feststellung des Arztes, dass die Spieler geborgen wurden, standen 8 Spieler für einen zusätzlichen SSVEP zur Verfügung; als Wiederherstellungsbewertung kategorisiert. Zweiundzwanzig Spieler, die keine Gehirnerschütterung hatten, wurden im Laufe der Saison für die Zuverlässigkeit der Studie erneut getestet. Die verbleibenden Teilnehmer, die nicht erneut getestet wurden, gingen für die Nachuntersuchung verloren. Für die Dauer der Studie wurden keine unerwünschten Ereignisse nach einer SSVEP-Stimulation berichtet. Die Zuverlässigkeit des SSVEP-Systems, das bei den Rugbyspielern verwendet wird, wurde durch einen hohen Intra-Class-Korrelationskoeffizienten (ICC) mit einem Konfidenzintervall von 95% bestätigt, der 0,91 (0,79-0,96) für die erneut getesteten, nicht verletzten Spieler (n = 22) und 0,96 (0,74-0,99) für die erneut getesteten wiederhergestellten Spieler33 entspricht. Für diese Berechnung wurden Datensätze berücksichtigt, in denen eine gute Kontaktqualität erreicht wurde. Dies ist das Ergebnis einiger Fälle, in denen das Haar- oder Hautpotenzial der Teilnehmer die Fähigkeit der EEG-Systeme beeinträchtigte, sauberes SSVEP zu erhalten (Abbildung 4).
Um festzustellen, ob der über dieses Untersuchungssystem hergestellte SSVEP als Biomarker für Gehirnerschütterungen verwendet werden kann, wurden die SNR-Werte der verarbeiteten Ergebnisse zum Vergleich in Baseline (Kontrolle), Gehirnerschütterung und Genesungsbewertungen gruppiert (Abbildung 1). Insgesamt lag der mediane SNR für alle Kontrollspieler (n = 65) bei 4,80 [IQR: 4,07-5,68], wobei das durchschnittlich verarbeitete EEG der Kontrollgruppe ein klares 15-Hz-Spitzensignal im jeweiligen Frequenzspektrum33 zeigte. Eine ähnliche Reaktion wurde beobachtet, als die durchschnittlichen SSVEP-Werte einer separaten Kontrollgruppe (n = 20; gesunde Allgemeinbevölkerung), die durch den gleichen visuellen Reiz erzeugt, aber mit einem anderen EEG-System aufgezeichnet wurden, als Leistungsspektrumdichte dargestellt wurden (Abbildung 5). Diese mittlere Verteilung und Leistungsspektrumdichte ermöglichte es, eine klare Kontrolle für eine SSVEP-Reaktion eines nicht verletzten (nicht gehirnerschütterten) Spielers auf das Ermittlungssetup einzustellen (Abbildung 2, Abbildung 3). Der mediane SNR aller gehirnerschütterten Spieler (n = 12) und der genesenen Spieler mit verfügbaren SSVEP-Bewertungen (n = 8) betrug 2,00 [IQR: 1,40-2,32] bzw.4,82 [IQR: 4,13-5,18], jeweils 33. Die Pilotstudie beobachtete signifikante Unterschiede in den medianen SNR-Werten (+4,03; p < 0,0001) zwischen den Kontroll- (Baselined) und Gehirnerschütterungsspielern. Eine Gehirnerschütterung hatte einen großen Einfluss auf ein SSVEP-Signal (Cohens, d = 4,03). Interessanterweise wurde bei der wiederhergestellten Gruppe von Spielern eine winzige SNR-Varianz (+0,02; p = 0,0495) gerade bei Signifikanz (α < 0,05) gesehen, mit trivialem Effekt im Vergleich zur Kontrollgruppe (Cohens, d = 0,17)33. Dies deutet darauf hin, dass nach einer vollständigen Genesung gemäß den GRTP-Richtlinien30 die SSVEP-Werte für einen gehirnerschütterten und nicht verletzten Spieler gleichwertig sind. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der mediane SNR signifikant unterschiedlich (+2,80; p = 0,0002) zwischen der gehirnerschütterten und der genesenen Gruppe von Spielern war, was zeigt, dass die Erholungsphase einen großen Einfluss auf das SSVEP-Signal des gehirnerschütterten Spielers hatte (Cohens, d = 3,60)33.
Eine ähnliche Reaktion in der medianen SNR-Varianz wurde beobachtet, wenn nur die Spieler verglichen wurden, die sich allen drei Testformen unterzogen hatten (n = 8; Baselines, Gehirnerschütterung und Erholung). Eine signifikante Veränderung zwischen Baselines vs. Concussed (-2,34; p = 0,0001) und Concussed vs Recovery (-2,72; p = 0,0002) wurde beobachtet, während eine geringfügige Varianz zwischen Baselines und Erholung (+ 0,28; p = 0,0495) beobachtet wurde, mit einem trivialen Effekt zwischen diesen Gruppen (Cohens d = 0,17). Diese Ergebnisse wurden bei der Ermittlung der durchschnittlichen SNR-Werte der Spieler, die sich allen drei Testformen unterzogen hatten, verstärkt. Das durchschnittliche SNR der Baseline-, Gehirnerschütterungs- und Erholungswerte dieser Spieler betrug 4,45, 2,20 bzw. 4,33. Ein signifikanter Unterschied wurde zwischen Baseline vs. Gehirnerschütterung (p = 0,0001) und Gehirnerschütterung vs. Erholungsgruppen (p = 0,0002) beobachtet. Die Variation der durchschnittlichen SNR-Werte zwischen der Erholungs- und der Ausgangsgruppe war gering, aber nur signifikant (p = 0,0495). Insgesamt war die Reaktion auf den Stimulus bei gehirnerschütterten Spielern im Vergleich zu ihrer Baseline-Bewertung geringer. Nach einer überwachten Erholungsphase waren diese Spieler schließlich in der Lage, eine Antwort zu generieren, die ihrer ursprünglichen (Ausgangs-) Bewertungentspricht 33. Dies zeigt, dass eine sportbedingte Gehirnerschütterung Auswirkungen auf die Fähigkeit einer Person hat, SSVEPs für einen Zeitraum von mindestens 12 Tagen zu generieren. Wenn die SSVEP-Reaktion einer Person routinemäßig auf ähnliche Weise wie dieses Protokoll gemessen wurde (Abbildung 1): Baseline, nach der Verletzung, Genesung, könnte ein Arzt die SSVEPs möglicherweise als Biomarker für Gehirnerschütterung verwenden.
Das tragbare All-in-One-SSVEP-System (Abbildung 7A) wurde bei (n = 20) gesunden Kontrollpersonen aus der Allgemeinbevölkerung eingesetzt, die nicht für den Rugbysport spezifiziert waren. Da es sich um ein Prüfpräparat mit einem anderen Elektrodensystem (Abbildung 7B) und leicht unterschiedlichen Reizen aus dem ursprünglichen SSVEP-Setup handelt, waren die Median- und mittleren SNR-Werte für den Vergleich nicht gültig (Tabelle 1). Da die Teilnehmer keinen Sport mit einem hohen Auftreten von Gehirnerschütterungen betrieben, wurde das SSVEP-System nicht als SSVEP-Marker für Gehirnerschütterungen bewertet. Stattdessen wurde eine Test-Retest-Zuverlässigkeitsstudie durchgeführt, um das System für den zukünftigen Einsatz in groß angelegten Studien zu validieren (Abbildung 6). Das SSVEP-System lieferte eine hohe Korrelation von 0,81 (CI: 0,59-0,92), was darauf hinweist, dass das Gerät bei der Gewinnung von SSVEPs zuverlässig ist (Tabelle 2). Darüber hinaus wurde die Genauigkeit der EEG-Technologie der Systeme durch eine Vereinbarungsstudie gegen ein herkömmliches EEG-System in klinischer Qualität validiert (Abbildung 7C), das einen ähnlichen ICC-Wert von 0,83 (CI: 0,63-0,93) ergab (Tabelle 2). Die erste Wiederholung des Testens (vorläufig) führte dazu, dass 18/20 Teilnehmer eine Übereinstimmung über beide Systeme hinweg für eine binomiale Wahrscheinlichkeit von 95% zeigten. Bei einem Teilnehmer waren sich die Geräte nicht einig, da das SSVEP-System einen stärker ausgeprägten Alpha-Rhythmus als die gewünschte Signalantwort von 15 Hz erkannte (Abbildung 8). Für den anderen Teilnehmer wurde kein SSVEP mit dem klinischen EEG-System identifiziert (Abbildung 9). In der zweiten Wiederholung (primär) hatten jedoch alle 20 Teilnehmer eine Übereinstimmung über beide Systeme hinweg für eine binomiale Wahrscheinlichkeit von 100%. Die Gesamtgenauigkeit der beiden Systeme zur Erzeugung eines SSVEP ist in Abbildung 10 dargestellt, die beide Systeme mit einem markanten SNR nur bei der stimulierten Frequenz zeigt: 15 Hz. Dies validiert das tragbare System als funktional gleichwertig mit klinischen Geräten, die zur Aufzeichnung von EEG-Signalen verwendet werden. In Kombination mit der Portabilität und Benutzerfreundlichkeit des SSVEP-Systems eröffnet es eine Vielzahl von Anwendungen für die Erfassung von SSVEP in Forschungsqualität außerhalb des klinischen Umfelds, z. B. in einer groß angelegten SRC-Fallstudie.
Abbildung 1: Flussdiagrammmethodik der Teilnahme von Athleten an der SRC-SSVEP-Studie. Das Flussdiagramm beschreibt das Screening auf Teilnehmerberechtigung und Gruppenzuweisung während der SRC-SSVEP-Studiendauer von Amateur-Rugby-Union-Spielern. SRK; Sportbedingte Gehirnerschütterung. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 2: Visuelle Stimuluskomponente des tragbaren SSVEP-Systems . (A) LCD-Smartphone mit geladenem und angezeigtem Video, das in einem VR-Rahmen aus Pappe montiert ist. Der Teilnehmer muss den VR-Rahmen bündig gegen sein Gesicht und den Nasenrücken halten, um sicherzustellen, dass beide Augen vollständig vom Rahmen umgeben sind. b) Veranschaulichung des visuellen Reizes; Videoschleife aus abwechselnd weißen (obere Reihe) und schwarzen Bildschirmen (untere Reihe) mit einer Frequenz von 15 Hz. Jeder Bildschirm enthielt zwei Bilder, die durch eine vertikale Trennlinie getrennt waren, die mit dem linken und rechten Augenfeld des VR-Rahmens ausgerichtet war. Jeder Frame enthielt einen Brennpunkt in Form einer Zahl in seinem Zentrum, die sich in einem Bereich von 1-9 in 5 s-Intervallen abwechselte. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale. LCD; Anzeige von Flüssigkristallen. VR; virtuelle Realität. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 3: Drahtlose EEG-Komponente eines tragbaren SSVEP-Systems . (A) Ein 14-Kanal-EEG-Headset, das Daten drahtlos an einen nahe gelegenen Empfänger übertragen kann, der an einen Computer angeschlossen ist. (B) Eine visuelle Karte der 14 Elektrodenpositionen in Bezug auf das internationale 10-20 EEG-System für die Elektrodenplatzierung in menschlichen EEG-Studien. Zwei okzipitale Elektroden (O1 und O2) wurden als Aufzeichnungselektroden verwendet, während zwei parietale Elektroden als Gleichtaktsubtraktion und -masse (P3 bzw. P4) in der SRC-SSVEP-Studie verwendet wurden. EEG; Elektroenzephalografie. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale. SRK; Sportbedingte Gehirnerschütterung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 4: Veranschaulichung der Bedeutung der Kontaktqualität bei SSVEP-Messungen. SSVEP-Reaktionen eines einzelnen Kontrollsubjekts (gesunde Allgemeinbevölkerung), gemessen mit dem SSVEP-System, mit einer eingestellten Reizfrequenz von 15 Hz und einer Abtastrate von 250 Hz, wenn: (A) atypische Kochsalzlösung auf Elektroden verwendet wird, (B) Elektroden nicht ausreichend durch das Haar des Probanden bearbeitet werden, um die Kopfhaut zu berühren, (C) Elektroden mit Kochsalzlösung gesättigt und durch das Haar gearbeitet werden. Kochsalzlösung ist unerlässlich, um die elektrische Verbindung zwischen dem Kopf des Patienten und den Elektroden sicherzustellen. Ohne sie werden Skin-Potential-Artefakte mit großer Amplitude harmonisch beobachtet. Das Haar wirkt wie ein Widerstand, der die elektrische Verbindung zwischen der Kopfhaut des Patienten und den Elektroden minimiert und somit zu erhöhtem Lärm führt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 5: Durchschnittliches SSVEP-Ansprechen von 20 Kontrollpersonen in der EEG-Validierungsstudie. SSVEP-Reaktionen von Kontrollpersonen (gesunde Allgemeinbevölkerung) (n = 20), gemessen mit dem SSVEP-System, mit einer eingestellten Reizfrequenz von 15 Hz und einer Abtastrate von 250 Hz. Einzelne SSVEP-Werte wurden zwischen 5-40 Hz gefiltert, bevor sie schnell Fourier-transformiert und normalisiert wurden. Der durchschnittliche SSVEP der Bevölkerung wird als Leistungsspektrumdichte dargestellt, wobei die y-Achse die Signalamplitude in Mikrovolt (uV) darstellt. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 6: Flussdiagrammmethodik der EEG-Validierungsstudie zwischen zwei Systemen. Das Flussdiagramm beschreibt die Methodik der Validierung eines tragbaren EEG-Systems anhand eines etablierten EEG-Referenzsystems: dem SSVEP- bzw. dem klinischen EEG-System. Kontrollteilnehmer (gesunde Allgemeinbevölkerung) werden gescreent und nach dem Zufallsprinzip einem Testauftrag und zwei Tests zugewiesen, die an jedem System in einer Test-Retest-Weise durchgeführt werden. EEG; Elektroenzephalografie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 7: Elektrodenübersicht für EEG-Validierungsstudie zwischen zwei Systemen . (A) Das verbesserte tragbare SSVEP-System. (B) Die internationale Norm 10-20 EEG modifizierte kombinatorische Nomenklatursystematik. c) das etablierte klinische EEG-Referenzsystem. Das SSVEP-System misst EEG-Signale über seine drei okzipitalen Elektrodenkanäle (O1, O2 und Oz), während es die beiden partiellen Elektrodenkanäle (P1 und P2) als Referenz bzw. Bias verwendet. Das klinische EEG-System ermöglicht die Messung von EEG-Signalen durch seinen 40-Kanal-Verstärker, der manuell in der gleichen O1-, O2-, Oz-, P1-, P2-Anordnung wie das SSVEP-System zum Vergleich positioniert werden kann. EEG; Elektroenzephalografie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 8: Leistungsspektrumdichte eines einzelnen Kontrollteilnehmers (Teilnehmer 09) SSVEP-Reaktion, gemessen von zwei EEG-Systemen. (A) Das SSVEP-System. (B) Das klinische EEG-System. Beide Messungen wurden mit dem gleichen visuellen Reiz (aus dem SSVEP-System) durchgeführt: einem 15-Hz-Flicking-Stimulus weißer LEDs in einem geschlossenen Gehäuse. Beachten Sie, dass trotz der prominenten 15-Hz-Antwort, die in beiden Systemen beobachtet wurde, der absolut höchste Peak für das SSVEP-System bei 10,5 Hz und nicht bei den stimulierten 15 Hz lag. Nach den Kriterien der Vereinbarungsstudie, in der die Systeme die stimulierte Frequenz als Spitzenamplitude (Primäramplitude) erkennen müssen, stellt dies einen Fehler dar. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale. LED; Leuchtdioden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 9: Leistungsspektrumdichte einer einzelnen Kontrollperson (gesunde Allgemeinbevölkerung) der Teilnehmer (Teilnehmer 19), gemessen von zwei EEG-Systemen. (A) Das SSVEP-System. (B) Das klinische EEG-System. Beide Messungen wurden mit dem gleichen visuellen Reiz (aus dem SSVEP-System) durchgeführt; ein 15 Hz Flicking-Stimulus von weißen LEDs in einem geschlossenen Gehäuse. Beachten Sie das Fehlen einer prominenten 15-Hz-Reaktion für das klinische EEG-System, da es von Rauschen ähnlicher Größenordnung umgeben ist. Nach den Kriterien der Vereinbarungsstudie, in der die Systeme eine Antwort mit einem Z-Score größer als 5 erzeugen müssen, stellt dies einen Fehler dar. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale. LED; Leuchtdioden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 10: Eine visuelle Darstellung der Übereinstimmung zwischen zwei EEG-Systemen, die den SSVEP der Kontrollteilnehmer messen. Die durchschnittliche SSVEP-Reaktion von (n = 20) Kontrollpersonen (gesunde Allgemeinbevölkerung) wurde als SNR gegen den interessierenden Frequenzbereich dargestellt; 5-25 Hz für Messungen mit den Systemen SSVEP (grün) und klinisches EEG (rot). Jeder Kontrollteilnehmer erstellte in der EEG-Validierungsstudie zwei Datensätze für jedes System und generierte insgesamt 40 SSVEP-Datensätze für jedes System. Die dargestellten Reaktionen der beiden Systeme wurden überlagert, um zu visualisieren, wie eng sie bei der SSVEP-Messung übereinstimmen, wenn sie durch denselben visuellen Reiz stimuliert werden: weiße LEDs, die 30 s lang bei 15 Hz flackern. Der Frequenzbereich wird unter die vorhergesagte 30-Hz-Oberschwingung gefiltert, um sich ausschließlich auf die primäre Reizantwort zu konzentrieren. EEG; Elektroenzephalografie. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale. SNR; Signal-Rausch-Verhältnis. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
| EEG-System | Minimum | IQR 25 | Median | IQR 75 | Maximum | Bedeuten | 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 |
Tabelle 1: Statistische SSVEP-Zusammenfassung der Kontrollteilnehmer, gemessen an zwei EEG-Systemen. Zwei SSVEP-Messungen wurden an (n = 20) Kontrollpersonen (gesunde Allgemeinbevölkerung) mit einem tragbaren EEG-System und einem etablierten klinischen EEG-System durchgeführt; SNR-Werte wurden aus dem SSVEP berechnet (wobei 15 Hz als Primärsignal verwendet wurden). Für jeden Messdatensatz wurden Statistiken berechnet, einschließlich des minimalen, maximalen, 25. und 75. Interquartilsbereichs (IQR), Median, Mittelwert und Standardabweichung (std dev). EEG; Elektroenzephalografie. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale.
| EEG-System | Gruppe | N | ICC (95% KI) | Mittlere Zeit zwischen den Tests (min) |
| Nurochek | Steuerung | 20 | 0.81 (0.59-0.92) | 0.5 |
| Grael | | Steuerung | 20 | 0.83 (0.63-0.93) | 0.5 |
Tabelle 2: Test-Retest-Zuverlässigkeit des tragbaren SSVEP-Systems und der klinischen EEG-Systeme. Die Zuverlässigkeit des integrierten SSVEP- und klinischen EEG-Systems wurde auf der Grundlage des Interklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC) mit einem Konfidenzintervall von 95% (CI) aus zwei Tests berechnet, die im Abstand von 30 s durchgeführt wurden, wobei derselbe Satz von Kontrollpersonen (gesunde Allgemeinbevölkerung) (n = 20) verwendet wurde. ICC (2,1). SNR-Werte (wobei 15 Hz als Primärsignal verwendet wurden) der SSVEP-Tests wurden als interessierender Parameter für die ICC-Berechnung verwendet. EEG; Elektroenzephalografie. SSVEP; Steady-State-Optik evozierte Potentiale.
Discussion
Dies ist die erste Studie, die ein Protokoll entwickelt, das Unterschiede in den SSVEP-Reaktionen bei gesunden männlichen Amateur-Rubin-Union-Spielern in den drei Stadien einer Gehirnerschütterung identifiziert; vor der Verletzung (Ausgangswert), Gehirnerschütterung und genesen (Abbildung 1). Die Methode umfasste die Rekrutierung und das Screening von 65 Teilnehmern, die routinemäßig mit einem SSVEP-Prüfaufbau im Laufe einer Wettkampfsaison bewertet wurden. Da das SSVEP-Setup relativ einfach und portabel war, wurden alle Bewertungen in einer nicht-klinischen Umgebung durchgeführt, was die potenzielle Verwendung als Point-of-Care-Gehirnerschütterungsbewertung demonstrierte. Die Studie zeigte erfolgreich, dass die Fähigkeit einer Person, SSVEPs zu erzeugen, nach einer diagnostizierten Gehirnerschütterung abgeschwächt wird. Die depressiven Auswirkungen einer Gehirnerschütterung nahmen nach einer definierten Erholungsphase ab, als die SSVEP-Werte für jedes Individuum auf ein Niveau vor der Gehirnerschütterung zurückkehrten. Statistische Analysen zwischen den Teilnehmergruppen zeigten eine Signifikanz in den SSVEP-Dämpfungseffekten. Die hohe Test-Retest-Zuverlässigkeit bei Teilnehmern ohne Gehirnerschütterung unterstrich die Stabilität des elektrophysiologischen Biomarkers in einfachen und verfeinerten tragbaren SSVEP-Systemen (Tabelle 2). Darüber hinaus validiert die absolute Vereinbarung zwischen einem SSVEP-System und einem herkömmlichen EEG-Verstärker die Technologie für den Einsatz als medizinisches Hilfsmittel, das in der Lage ist, EEG-Signale in Forschungsqualität zu erhalten (Abbildung 10).
Da diese Studie von Teilnehmern abhängig war, die sich freiwillig für die Nachverletzung meldeten, sowie von wiederholten Bewertungen während der Rugby-Saison, mussten einige logistische Änderungen an der Methode vorgenommen werden. Die geschätzten Zeiträume zwischen Baseline und Retests mussten flexibel sein, um den Zeitplänen des Teilnehmers gerecht zu werden. Trotz dieser Maßnahmen gingen einige Spieler aus verschiedenen Gründen verloren, darunter nicht zusammenhängende Verletzungen oder mangelndes Interesse. Dies führte zur Verwendung einer umfassenderen statistischen Berechnung, ICC, für die Zuverlässigkeit des Geräts über Wochen hinweg. Es wurden keine unerwünschten Ereignisse für die SSVEP-Einrichtung beobachtet. Es traten einige logistische Probleme auf, die geringfügige Änderungen des Protokolls erforderten: Insbesondere lange oder dicke Haare erwiesen sich als schwierig, um einen guten Kontakt zwischen dem Headset und der Kopfhaut des Teilnehmers herzustellen. Da ein schlechter Kontakt die Qualität der EEG-Messwerte verringern würde (Abbildung 4), mussten Teilnehmer mit langen oder dicken Haaren ihre Haare bürsten und an der Seite ihres Kopfes halten, während die Sensoren platziert wurden. Aufgrund dieses Problems wurde ein zusätzliches Ausschlusskriterium generiert, bei dem Personen mit komplexen Frisuren (z. B. Dreadlocks) von dieser Studie ausgeschlossen wurden.
Wie bereits in diesem Artikel beschrieben, sind die derzeitigen Instrumente zur Beurteilung von Gehirnerschütterungen sehr subjektiv und laufen Gefahr, von einem Athleten manipuliert zu werden, was letztendlich die Fähigkeit eines Klinikers behindern kann, eine entscheidend wichtige Diagnosezu stellen 34. Einige Athleten-Tracking-Studien haben versucht, einen objektiveren Biomarker für Gehirnerschütterungen durch den Einsatz radiologischer Modalitäten wie Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) zu untersuchen. Diese Methoden liefern jedoch nur Informationen über makroskopische strukturelle Verletzungen wie Blutungen, die von der Definition der Gehirnerschütterung als funktionelle Hirnverletzung abweichen 6,35. Die Ergebnisse dieser Studie werden durch frühere Studien gestützt, die gezeigt haben, dass VEP ein funktioneller Biomarker36 ist, der bei Vorliegen einer Gehirnerschütterung abgeschwächt oder verzögertwird 21,37,38. Während es Ähnlichkeiten in diesen früheren VEP-Studienmethoden in Bezug auf unseren physischen Aufbau und unsere Hypothese gibt, erweitert unsere Studie die Literatur durch die Verwendung von SSVEP über VEP. Darüber hinaus variiert das Protokoll, indem es Echtzeitbewertungen von Spielern in den drei Stadien einer Gehirnerschütterung im Vergleich zu herkömmlichen Kontroll- und Gehirnerschütterungsfallstudien untersucht. Darüber hinaus erweitert die Methode ihre Untersuchungskraft durch den Vergleich innovativer und traditioneller EEG-Systeme, um potenzielle Unähnlichkeiten zu unterscheiden, die ihre Genauigkeit bei der Erzielung objektiver elektrophysiologischer Messungen einschränken können. Somit bietet das in dieser Studie verwendete Protokoll eine einzigartige und wertvolle Ergänzung zu bestehender Literatur zu objektiven Gehirnerschütterungs-Biomarkern.
Trotz des Gesamterfolgs dieses Protokolls gibt es einige Einschränkungen zu beachten. Beispielsweise wurde ein geringer Grad an Intra-Teilnehmer-Variabilität des EEG-Hintergrundrauschens für die Bewertung in unmittelbarer Folge festgestellt. Zwei Einschränkungen des Protokolldesigns können sich als Schuld für diese erste Variabilität erweisen: Die erste ist das Fehlen von High-Fidelity-Impedanz-Feedback des 14-Kanal-EEG-Systems und lose Einschränkungen für die Auswirkungen von Ermüdung und Umwelteinflüssen auf die Aufmerksamkeit des Subjekts. Während diese Variabilität innerhalb des Teilnehmers bei den anderen in diesem Protokoll verwendeten EEG-Systemen nicht beobachtet wurde, lohnt es sich, diese Effekte genauer zu untersuchen, um zu bestätigen, dass ihre Ursache auf das Design des Headsets und nicht auf ein nicht identifiziertes natürliches Vorkommen zurückzuführen ist. Zweitens hatten die meisten Teilnehmer nach der zweiten Bewertung größere SSVEP-Signale als nach der ersten (Tabelle 1). Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Teilnehmer mit dem Bewertungsprozess und den daraus resultierenden Verhaltensanpassungen an die Geräteeinrichtung vertrauter werden, einschließlich reduziertem Blinzeln und Unruhe während der wiederholten Reizpräsentation. Weitere Studien sind erforderlich, um festzustellen, ob das SSVEP-Protokoll tatsächlich einen Eingewöhnungseffekt hat und, wenn ja, welche möglichen Änderungen vorgenommen werden müssen, um sein Auftreten in zukünftigen Studien zu reduzieren. Schließlich ist es wichtig anzumerken, dass diese Studie aufgrund der umfangreichen Abhängigkeit von Freiwilligen aus einer relativ kleinen Population von Personen (Personen mit hohem Risiko für das Auftreten von Gehirnerschütterungen mit der Bereitschaft, wiederholt untersucht zu werden) auf eine kleine Stichprobengröße von 65 Teilnehmern beschränkt war, von denen 12 eine Gehirnerschütterung erlitten. Studien mit einer größeren Kohortengröße werden erforderlich sein, um die Robustheit der Bewertung der Gehirnerschütterung durch dieses Protokoll, insbesondere seine Sensitivität und Spezifität, zu bewerten. Es wäre auch interessant zu sehen, dass dieses Protokoll in einer Reihe von Altersgruppen repliziert wird, deren Gehirnentwicklungszustände variieren, von denen, die sich noch entwickeln (Jugendliche) bis zu denen mit potenziellem kognitiven Verfall (ältere Menschen) und abgrenzen, ob sich die Responsivität signifikant unterscheidet oder nicht. In Bezug auf das verbesserte SSVEP-System hob die vergleichende Studie die eingebauten Einschränkungen des Geräts im Vergleich zu herkömmlichen EEG-Systemen hervor. Herkömmliche EEG-Systeme übernehmen im Allgemeinen das vollständige 10-20-System von Montagen, das 21 Elektrodenstandorte umfasst (Abbildung 7B). Das SSVEP-System hingegen verwendet nur drei Elektrodenkanäle (O1, O2 und Oz), die dem visuellen Kortex entsprechen (Abbildung 7A). Diese Verringerung der Leistungsfähigkeit bedeutet, dass das System einen engeren Anwendungsbereich von EEG-Anwendungen hat und die Potenzialanalyse einschränkt, die mit den elektrophysiologischen Daten durchgeführt werden kann, die innerhalb dieses Protokolls erhalten werden.
Wie bereits erwähnt, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Einschränkungen dieses Protokolls zu überwinden und seine Stärke an einer größeren Kohorte zu testen, um zu beurteilen, ob seine Ergebnisse verallgemeinert werden können. Noch wichtiger ist, dass zusätzliche Studien erforderlich sind, um die Mechanismen, die unserem Befund bei der SSVEP-Dämpfung zugrunde liegen, besser zu verstehen. Zum Beispiel sind die Veränderungen in der SSVEP-Reaktion, die bei unseren gehirnerschütterten Teilnehmern gefunden wurden, höchstwahrscheinlich Darstellungen von Störungen der neuronalen Funktion, aber es ist noch nicht erwiesen, ob dies primäre (z. B. beschädigte weiße Substanz) oder sekundäre (z. B. neuroinflammatorische) Phänomene sind. Eine mögliche zukünftige Anwendung dieser Methode ist die Untersuchung der Erholungsphase, die mit neuronaler Depression und Gehirnerschütterung verbunden ist, individualisiert auf das Probanden. Ein tieferer Einblick in diese Erholungsphase kann dazu führen, dass Änderungen an den Regeln und Vorschriften für Sports Return to Play (RTP) vorgenommen werden, die einen verletzten Athleten besser schützen. Diese Methode führt auch die Praktikabilität eines tragbaren SSVEP-Systems ein, das in nicht-klinischen Umgebungen eingesetzt wird, z. B. bei einer Gehirnerschütterungsbeurteilung, die zweckmäßig an der Seitenlinie eines Sportplatzes durchgeführt wird. Dies hat das Potenzial, nicht nur medizinischen Fachkräften, sondern auch Trainern, Athleten und ihren jeweiligen Familien einen erheblichen Nutzen zu bieten, um die negativen physiologischen Auswirkungen von Gehirnerschütterungen und Second Impact Syndrome10,11 anzugehen. Die Generierung verbesserter SSVEP-Systeme, wie das in dieser Studie verwendete tragbare SSVEP-System, könnte dazu führen, dass fortschrittlichere Geräte und technologische Anwendungen auf dem Gebiet der Neurophysiologie und des SRC entstehen, die sich für den Erfolg zukünftiger Studien als vorteilhaft erweisen werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich dieses Protokoll als erfolgreich erwiesen hat, um SSVEP als objektiven Biomarker für Gehirnerschütterungen bei Kontaktsportlern zu identifizieren. Die Studie als Ganzes liefert Hinweise darauf, dass SSVEP bei Vorliegen einer Gehirnerschütterung signifikant abgeschwächt werden und in der Lage sind, durch ein vereinfachtes tragbares EEG-System zuverlässig auf einem Forschungsqualitätsniveau hergestellt zu werden. Wir schlagen daher vor, dass SSVEP als ergänzende Hilfe für die Beurteilung von Gehirnerschütterungsverletzungen verwendet werden kann, insbesondere für die Bewertung von SRC an der Seitenlinie. Weitere Studien mit verfeinerten Protokollen, fortgeschrittenen Techniken und verbesserter Ausrüstung können auf dieser Studie aufbauen und wichtige Informationen liefern, um die schädlichen Auswirkungen von Gehirnerschütterungen auf das Leben von Athleten zu bekämpfen.
Disclosures
Die Autoren erklären potenzielle Interessenkonflikte und geben sie im Folgenden an:
Adrian Cohen ist Direktor von HeadsafeIP Pty Ltd und ist auf Patentanmeldungen im Zusammenhang mit Technologie in diesem Bereich bekannt.
Dylan Mahony ist Mitarbeiter von HeadsafeIP. HeadsafeIP betreibt Forschung, Entwicklung und Kommerzialisierung von Gehirnerschütterungstechnologien. HeadsafeIP Pty. Ltd kann finanziell profitieren, wenn Produkte im Zusammenhang mit dieser Forschung erfolgreich vermarktet werden.
Daryl Fong ist Mitarbeiter von Cryptych Pty Ltd. Cryptych Pty Ltd berät HeadsafeIP bei der konformen Herstellung seines Geräts in Bezug auf regulatorische Anforderungen.
David Putrino, Joseph Herrera und Rebecca Baron sind Mitarbeiter der Icahn School of Medicine am Mount Sinai und beteiligen sich an gesponserter Forschung, die die Anwendungsfälle des verbesserten SSVEP-Geräts untersucht.
Acknowledgments
Die im ersten Experiment verwendete Ausrüstung (investigative SSVEP) wurde von der School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering an der University of Sydney zur Verfügung gestellt. Die in der zweiten Hälfte der Studie verwendete Ausrüstung, die integrierten SSVEP- und EEG-Systeme, wurden von HeadsafeIP zur Verfügung gestellt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ag-AgCl Electrodes | Compumedics | 97000153 | Disposable EEG electrode Wires |
| Cardboard VR | 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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