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Neuroscience

Avaliação objetiva da concussão esportiva utilizando potenciais visuais evocados

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

Um sistema portátil capaz de medir potenciais visuais de estado estável foi desenvolvido e testado em 65 jogadores amadores de rugby ao longo de 18 semanas para investigar o SSVEP como um potencial biomarcador eletrofisiológico para concussão. As linhas de base dos jogadores foram medidas na pré-temporada, com reteste para confiabilidade, concussão e avaliação de recuperação sendo realizadas dentro de períodos de tempo controlados, respectivamente.

Abstract

Um sistema portátil capaz de medir potenciais visuais de estado estável (SSVEP) foi desenvolvido para fornecer um método objetivo e quantificável de teste de eletroencefalograma (EEG) após um evento traumático. Neste estudo, o sistema portátil foi usado em 65 jogadores saudáveis de rugby ao longo de uma temporada para determinar se o SSVEP é um biomarcador eletrofisiológico confiável para concussão. Antes da temporada de competição, todos os jogadores passaram por uma avaliação da linha de base da SSVEP. Durante a temporada, os jogadores foram retestados dentro de 72 horas de uma partida para a confiabilidade do teste-reteste ou avaliação pós-lesão. No caso de uma concussão medicamente diagnosticada, os jogadores foram reavaliados novamente, uma vez considerados recuperados por um médico. O sistema SSVEP consistia em um smartphone alojado em um quadro VR, fornecendo um estímulo cintilante de 15 Hz, enquanto um fone de ouvido EEG sem fio registrava atividade occipital. Os jogadores foram instruídos a olhar para o ponto de fixação da tela enquanto permanecem sentados e quietos. Os eletrodos foram organizados de acordo com a nomenclatura de posicionamento de EEG 10-20, sendo o O1-O2 os canais de gravação, enquanto P1-P2 as referências e viés, respectivamente. Todos os dados de EEG foram processados usando um filtro de bandpass butterworth, transformação fourier e normalização para converter dados para análise de frequência. As respostas dos jogadores SSVEP foram quantificadas em uma relação sinal-ruído (SNR), sendo 15 Hz o sinal desejado, e resumidas em respectivos grupos de estudo para comparação. Os jogadores com concussão foram vistos com um SNR significativamente menor em comparação com sua linha de base; no entanto, após a recuperação, seu SNR não foi significativamente diferente da linha de base. O teste de reteste indicou alta confiabilidade do dispositivo para o sistema portátil. Um sistema SSVEP portátil melhorado também foi validado contra um amplificador EEG estabelecido para garantir que o projeto investigativo seja capaz de obter medições de EEG de qualidade de pesquisa. Este é o primeiro estudo a identificar diferenças nas respostas do SSVEP em atletas amadores após uma concussão e indica o potencial para o SSVEP como um auxílio na avaliação e gerenciamento de concussão.

Introduction

As pessoas agora há dias estão muito cientes da morbidade causada por lesões cerebrais no esporte1. Uma concussão relacionada ao esporte (SRC) é uma forma de lesão cerebral traumática leve (mTBI) que é frequentemente relatada em esportes de contato como futebol, rúgbi e boxe 2,3,4. A transdução biomecânica da força impulsiva para o cérebro após um impacto no campo resulta em uma interrupção da função neuronal, levando a sintomas imediatos e transitórios que afetam o estado físico, cognitivo e emocional de um atleta 1,5. Na maioria dos casos, esses sintomas subjugam em um curto período de tempo, concedido ao atleta é tratado adequadamente e não exposto a impactos adicionais6.

Como o SRC é prejudicial à saúde neurológica dos jogadores, os órgãos de controle esportivo enfrentam o desafio de empregar um diagnóstico de concussão preciso e oportuno para permitir um protocolo seguro de retorno ao jogo 5,7,8,9. No entanto, a detecção de concussão pode ser impedida por atletas que minimizam ou negam sintomas para evitar um diagnóstico de concussão, acelerando assim seu retorno ao jogo. Essas ações podem potencialmente aumentar o risco de Síndrome do Segundo Impacto, uma condição na qual o edema cerebral rápido se forma após uma segunda lesão na cabeça durante a fase de recuperação da concussão10. Além disso, devido à falta de educação em torno do diagnóstico de concussão e à natureza variável de sua definição fisiológica, não é incomum que o SRC não seja notificado ou mal diagnosticado11. Infelizmente, longos períodos de concussões repetidas e inadequadamente controladas podem levar a uma série de prejuízos neurológicos crônicos, como a encefalopatia traumática crônica (ECT), fortemente associada àRCS 12,13,14.

Em um esforço para combater os desafios associados ao SRC, as organizações esportivas utilizam uma variedade de ferramentas de avaliação de concussão. A ferramenta mais utilizada e acessível, a ferramenta de avaliação de concussão esportiva (SCAT), é um teste de papel padronizado que incorpora avaliações físicas e cognitivas em combinação com o relato de sintomas escalonados15,16. No entanto, estudos anteriores demonstraram que o relato de sintomas é subjetivo e não confiável, identificando diferenças de gênero entre grupos mTBI e outliers no grupo controle17,18. Ferramentas mais avançadas que são utilizadas em nível profissional, como a Ferramenta imediata de Avaliação Pós-Concussão (ImPACT), que funciona como um Teste Neurocognitivo Informatizado (CNT), também são vítimas de manipulação, pois requerem participação ativa e esforço do atleta. Apesar das verificações incorporadas para manipulação em CNTs, pesquisas mostraram que elas são propensas a efeitos no teto e sofrem baixa confiabilidade19,20. As limitações dessas ferramentas de avaliação existentes em combinação com uma compreensão mais pública dos efeitos significativos para a saúde do SRC resultaram em uma necessidade crítica de um biomarcador objetivo que possa diagnosticar com precisão e tempo uma concussão.

Um campo que tem se mostrado promissor na identificação de um biomarcador objetivo para concussão é a eletrofisiologia. Há evidências emergentes de que potenciais relacionados a eventos, em particular potenciais visuais evocados (VEP) são prejudicados após uma concussão21,22. Um subconjunto de VEP; Os potenciais visuais evocados por estado estável (SSVEP) são uma flutuação objetiva e quantificável da atividade elétrica que ocorre no cérebro em resposta a um conjunto específico de estímulos visuais, medido pela tecnologia eletroencefalograma (EEG)23,24. O SSVEP oferece uma resistência melhorada aos artefatos de ruído e à impedância de contato variável às medições vep convencionais. Além disso, devido à frequência controlada do estímulo visual, há uma redução da sincronicidade entre gravações de EEG e estímulo, resultando em um modelo elétrico mais simplificado25,26. Esta abordagem foi validada com frequências entre a faixa de 12-15 Hz produzindo uma resposta ideal de saliência para estímulos do tipo cintilação27. No geral, essas vantagens significam que o SSVEP oferece uma medição eletrofisiológica mais robusta que pode ser usada em um ambiente não clínico, como campos esportivos e consultórios médicos. Essa possibilidade de aplicação lateral em combinação com os resultados positivos da tecnologia na literatura anterior faz dele um candidato promissor para a identificação de um biomarcador objetivo para ORC.

O objetivo deste estudo foi investigar possíveis diferenças no SSVEP que foram registradas de atletas que foram avaliados por um médico do esporte experiente como saudável, concussão ou recuperado de uma concussão recente. A metodologia do estudo envolveu 65 jogadores amadores de rugby sendo avaliados rotineiramente com um sistema SSVEP portátil durante uma temporada competitiva de 18 semanas. Os jogadores devem ser avaliados para uma linha de base antes do início do treinamento de contato completo e reavaliados dentro de 72 horas após jogos competitivos. Os jogadores que se machucaram durante a temporada foram avaliados por concussões pelo médico da equipe e reavaliados com o sistema SSVEP para leituras pós-lesões e recuperação. Além disso, este estudo amplia seu protocolo para validar a capacidade do sistema SSVEP portátil de obter leituras de EEG de qualidade de pesquisa que podem potencialmente ajudar na avaliação lateral do SRC.

Protocol

As aprovações para a primeira parte do protocolo foram obtidas do Comitê de Ética em Pesquisa Humana (HREC) do Distrito Local de Saúde do Sudeste de Sydney (ESLHD). Todos os jogadores receberam fichas detalhadas de informações dos participantes e o consentimento foi obtido antes da participação (número de referência SESLHD-HREC: 17/039 HREC/17/POWH/91).

As aprovações para o uso de um estudo aprimorado do sistema portátil foram obtidas pelo Comitê de Ética em Pesquisa Humana da Bellberry (HREC). Todos os sujeitos de controle foram fornecidos com folhas detalhadas de informações dos participantes e o consentimento foi obtido antes da participação (número de referência do HREC: 1802VEPEEG-CER).

1. Triagem e consentimento dos participantes

  1. Recrute participantes de um único clube de rugby union antes do início de uma temporada competitiva. Os participantes devem ser adultos saudáveis, nativos de língua inglesa, adultos do sexo masculino (acima de 18 anos) que são membros de uma equipe amadora de rugby union (Figura 1).
    1. Devido à natureza cintilante dos estímulos visuais, certifique-se de que os participantes não atendam a nenhum dos seguintes critérios de exclusão estrita: diagnóstico ou sintomas de epilepsia, lesões cerebrais existentes e/ou anteriores ou cegueira legal.
    2. Informe os participantes a relatar quaisquer sintomas após uma lesão no campo esportivo com a veracidade do médico que encaminha as informações ao pesquisador associado do estudo( s). Os participantes devem entender que o envolvimento do estudo requer um mínimo de duas sessões de teste SSVEP durante a temporada, com potencial para novos testes em caso de lesão concussiva.

2. Configuração de equipamento SSVEP investigativo

  1. Coloque um smartphone de tela de cristal líquido (LCD) carregado em um quadro de Realidade Virtual (VR)(Figura 2A; veja Tabela de Materiais).
    1. Gerar um arquivo de vídeo .mp4 consistindo em uma sequência de telas em preto e branco alternando a uma frequência de 15 Hz, para um total de 30 s. Coloque um número aleatório no centro do quadro de vídeo (ocupando menos de 2% da tela com um ângulo visual de 1,5°) para que os participantes se concentrem centralmente durante a estimulação. Certifique-se de que o número seja alterado em intervalos de 5 s para incentivar a atenção sustentada (Figura 2B).
    2. Carregue o arquivo de vídeo construído para o smartphone e exiba-o com brilho total (mínimo ~490 nits), agindo como o estímulo visual do sistema SSVEP.
  2. Carregue o fone de ouvido EEG sem fio de 14 canais, que será usado como o principal dispositivo de gravação EEG (Figura 3A).
    1. Emparelhe o fone de ouvido a um computador próximo através do receptor USB universal fornecido (dongle). Insira o dongle na porta USB do computador, ligue o fone de ouvido através do botão de alimentação, abra o software de fone de ouvido EEG de 14 canais em um computador e selecione o botão Conectar no aplicativo ao lado do ID do fone de ouvido exibido (ver Tabela de Materiais).
  3. Satura completamente os sensores de feltro fornecidos com solução salina.
    1. Instale os sensores saturados nos braços de plástico preto do fone de ouvido, girando suavemente cada sensor no sentido horário até que um "clique" seja sentido e o sensor se sinta seguro.

3. Avaliação da linha de base do participante

  1. Obtenha o consentimento de todos os participantes que passaram nas perguntas de triagem para participar do estudo antes do início da temporada de rugby.
  2. Peça aos participantes consentidos para estarem sentados em uma cadeira em um ambiente fechado tranquilo com luz ambiente natural, como uma sala de escritório. Enquanto os participantes estão sentados, coloque o fone de ouvido EEG de 14 canais na cabeça dos participantes deslizando a faixa da cabeça para baixo do topo da cabeça. Disponha os eletrodos de acordo com o sistema Internacional 10-20 (Figura 3B)28,29. Posicione os dois sensores frontais do fone de ouvido em linha com a linha de cabelo dos participantes ou aproximadamente três larguras de dedos acima das sobrancelhas dos participantes.
    NOTA: Se os participantes tiverem cabelos grossos, trabalhe o sensor sob o cabelo e adicione soro fisiológico adicional. Se o sujeito se mover da posição estacionária ou houver uma alteração nas configurações ambientais durante a avaliação, um artefato (Figura 4) pode ocorrer, e os dados SSVEP não devem ser colhidos para a análise (descartada).
    1. Utilize os eletrodos occipitais (O1 e O2) como os principais eletrodos de gravação e os eletrodos parietal (P3 e P4) como os eletrodos de solo e modo comum (referência) (Figura 3B).
  3. Certifique-se de que há uma conexão adequada entre o fone de ouvido e a cabeça dos participantes utilizando software de qualidade de contato antes de prosseguir com os testes. Eletrodos verdes indicam boa qualidade de contato (<20 kOhms) de acordo com as normas do fabricante.
    1. Caso não seja alcançada uma boa qualidade de contato para todos os canais de interesse do eletrodo (O1, O2), ressaturar os sensores com solução salina e re-verificar o posicionamento para garantir que os sensores estejam tão alinhados contra o couro cabeludo quanto possível.
      NOTA: Deve ser obtida boa qualidade de contato para garantir a conectividade elétrica entre o couro cabeludo e os eletrodos, minimizando os artefatos potenciais (Figura 4).
  4. Peça aos participantes para segurar o smartphone de teste dentro do quadro VR até os olhos, dar descarga em seus rostos e ponte nasal, garantindo que ambos os olhos estejam completamente cobertos.
    1. Que os participantes confirmem que o número focal é visível no centro da tela e que o quadro está bloqueando a luz ambiental.
  5. Remova o quadro VR do rosto dos participantes e informe-os de que o vídeo de estímulo visual será iniciado agora. Em seguida, entregue-os de volta ao quadro VR para reaplicar na mesma posição que o passo 3.4.1.
    1. Lembre os participantes de que eles devem se concentrar no número focal e permanecer quietos durante a duração do teste SSVEP.
  6. Inicie o vídeo de estímulo visual pressionando o botão Play na tela do smartphone e, em seguida, os participantes coloquem o quadro VR em seu rosto (conforme o passo 3.4).
  7. Peça aos participantes que confirmem que têm o quadro VR na posição correta conforme a etapa 3.4. Após a confirmação do participante, inicie simultaneamente um cronômetro de contagem regressiva para 30 s e selecione o botão Iniciar gravação no software de fone de ouvido EEG de 14 canais para começar a gravar no fone de ouvido EEG.
  8. Uma vez que o período de 30 s acabou, pare a gravação do EEG selecionando o botão Stop no software de fone de ouvido EEG de 14 canais.
    1. Remova o quadro VR dos olhos dos participantes e informe-os de que a primeira avaliação do SSVEP está completa.
  9. Salve a resposta SSVEP gravada à conta local clicando no botão Saved Sessions no software de fone de ouvido EEG de 14 canais. Exporte o arquivo salvo como um arquivo EDF (European Data Format, formato de dados europeu) para um dispositivo de hardware de armazenamento preferido.
    NOTA: Os arquivos do FED devem ser rotulados com as iniciais, data, hora e o tipo de teste realizado (linha de base, pós-lesão ou recuperação) para fins de identificação e armazenamento.
  10. Repita o protocolo de avaliação SSVEP (etapas 3.2 a 3.9) em rápida sucessão após a etapa 3.9.
    NOTA: Esta é conduzida como a segunda leitura das duas avaliações e produz uma leitura EEG consistentemente mais clara.
  11. Uma vez que o par de avaliações SSVEP tenha sido concluído com sucesso, faça com que o participante remova o quadro VR de seus olhos e remova cuidadosamente o fone de ouvido da cabeça dos participantes.
    1. Remova os sensores de eletrodos do fone de ouvido e armazene-os em uma caixa de proteção apropriada até o próximo uso para garantir que o soro fisiológico não corroa os eletrodos do fone de ouvido.
    2. Limpe tanto o fone de ouvido quanto o smartphone + quadro com álcool isopropílico (70%) antes de armazenar ambos os equipamentos em seus respectivos casos até o próximo uso.
  12. Pergunte ao participante se eles experimentaram alguma reação anormal ao estímulo, incluindo a presença de dor de cabeça ou tontura. Registre a resposta em um registro de estudo.
  13. Informe o participante que eles completaram seus testes de linha de base e serão avaliados novamente dentro de 72h do próximo jogo competitivo da temporada.

4. Avaliação pós-lesão

  1. Certifique-se de que qualquer impacto no campo suspeito de ser uma concussão seja registrado e relatado de volta ao investigador do estudo pelo médico ou jogador da equipe.
  2. Obtenha avaliações pós-lesão de todos os jogadores que foram relatados na etapa 4.1 dentro de 72 horas do incidente usando o protocolo SSVEP detalhado na seção 3.
  3. Certifique-se de que todos os jogadores sejam submetidos a uma avaliação SSVEP pós-lesão, que é avaliada pelo médico da equipe (ver seção 5) para determinar quando o jogador se recuperou da lesão e pode retornar aos treinamentos e jogos de contato completo. Certifique-se de que o diagnóstico do médico da equipe seja registrado para fins de investigação.
    1. Informe o jogador que eles serão reavaliados com o sistema SSVEP uma vez considerado recuperado pelo médico da equipe.

5. Avaliações clínicas de concussão

  1. Certifique-se de que todos os jogadores sejam avaliados pelo médico da equipe dentro de 72 horas de um potencial impacto gerador de concussão.
    NOTA: O médico da equipe deve ser um profissional licenciado com experiência clínica na avaliação de lesões relacionadas ao esporte e aprovado pelo órgão regulador do esporte relevante.
    1. Faça com que o médico da equipe realize um exame neurológico, além de usar elementos da Ferramenta de Avaliação de Concussão Esportiva (SCAT) para determinar o estado de consciência do jogador, e a presença de qualquer um dos sinais e sintomas comuns associados à concussão15.
      NOTA: Avaliações são feitas com o comportamento típico do jogador como referência.
  2. De acordo com as diretrizes30 de Rugby Australia's Graduados return to Play (GRTP), garanta que o jogador seja reavaliado pelo mesmo médico da equipe dentro de 48 horas após um diagnóstico de concussão, e novamente uma vez por sessão de treino até que esteja liberado para voltar a jogar30.
  3. Certifique-se de que os jogadores sejam submetidos a uma avaliação final com o médico da equipe para determinar se eles se recuperaram clinicamente, antes de permitir que eles retornem aos treinos ou jogos de contato completo. O médico deve determinar o estado de lesão do jogador com base na melhora nos testes de SCAT e redução dos sintomas associados e qualquer comportamento atípico, o que foi observado anteriormente.
    NOTA: Esta avaliação final deve ocorrer após um mínimo de 12 dias após a lesão, conforme GRTP.
    1. Registo a determinação do médico sobre o estado de lesão do jogador (concussão ou recuperado) para fins de investigação.

6. Avaliação de recuperação

  1. Avalie os jogadores que foram considerados recuperados na etapa 5.3 usando o protocolo SSVEP detalhado na seção 3 para obter uma resposta SSVEP de recuperação.

7. Avaliação de confiabilidade de teste-reteste

  1. Certifique-se de que todos os participantes não feridos sejam retestados dentro de 72 horas após cada jogo competitivo da temporada com o sistema SSVEP portátil na mesma configuração detalhada na seção 3 para obter dados para testar a confiabilidade do sistema.

8. Processamento de dados SSVEP

  1. Gere um script de computação numérica que pode importar e processar todos os arquivos de dados EDF gravados das seções 3-7 (ver Tabela de Materiais).
    1. Aplique um filtro de passe de banda Butterworth com frequências de canto a 5 Hz e 40 Hz às tensões SSVEP brutas obtidas com o fone de ouvido EEG de 14 canais para minimizar os efeitos do ruído de baixa frequência, deslocamento de tensão DC e alimentaçãoda rede 31.
    2. Aplique uma Transformação Fourier Rápida (FFT) aos valores SSVEP filtrados para analisar dados no domínio de frequência32.
    3. Normalize os valores FFT dos canais de eletrodos O1 e O2 para gerar uma única matriz de valores para plotagem gráfica como uma densidade de espectro de energia (Figura 5).
  2. Uma vez processados os dados do EEG, calcule a relação sinal-ruído (SNR) de cada arquivo de dados dividindo a magnitude em 15 Hz pela magnitude média entre 5-40 Hz. A fórmula SNR é:
    Equation 1
    Onde:
    Amplitude15Hz = A tensão da faixa de frequência de 15 Hz (μV)
    Amplitude Média = A tensão média de todas as bandas de frequência entre 5-40 Hz (μV)
  3. Certifique-se de que todos os dados (EDF bruto, EDF processado, valor SNR, comentários e datas do estado de lesão dos jogadores) sejam salvos em pastas devidamente rotuladas para fins investigativos.

9. Análise estatística

  1. Combine os arquivos de dados dos jogadores em uma folha de valores separados por címula (colunas separadas para leitura de linha de base, concussão e recuperação).
    1. Use o SNR de cada leitura SSVEP para comparar os diferentes grupos. Expresse todos os dados resumidos como medianas com intervalo interquartil de25 a 75th (IQR), com um nível de significância estatística de alfa (α) = 0,05 conjunto, e todos os níveis de variância exibidos no desvio padrão (± S.D.). Use software de análise estatística (ver Tabela de Materiais) para análise dos valores do grupo SNR.
    2. Avalie a normalidade dos valores SNR de todos os jogadores usando um teste Shapiro-Wilk.
    3. Compare o SNR médio entre os três grupos de avaliação usando testes t emparelhados (entre leituras com concussão de linha de base, leituras recuperadas com concussão e leituras recuperadas na linha de base ) para jogadores que experimentaram os três tipos de avaliações. Certifique-se de que uma correção de comparação múltipla seja aplicada utilizando uma correção bonferroni.
    4. Calcule o tamanho do efeito das comparações do teste t utilizando o D32 de Cohen.
  2. Estimar a confiabilidade do teste-reteste usando um coeficiente de correlação intra-classe tipo K (ICC); ICC(3,k) com um intervalo de confiança de 95% (IC) para examinar o acordo entre a linha de base e os testes repetidos ao longo da temporada.
    NOTA: O experimento pode ser pausado aqui e reiniciado em um momento posterior.

10. Configuração aprimorada do sistema SSVEP portátil

NOTA: O sistema descrito nesta seção é um conjunto todo em uma configuração que foi projetado para permitir um processo de medição mais eficiente, tanto mais rápido quanto com melhor conforto para o participante. Observe que a configuração descrita nas seções 2-6 é um protótipo simplista que consiste em numerosos equipamentos mesclados para gerar um sistema de prova de conceito. O esquema de protocolo utilizando este sistema é apresentado na Figura 6.

  1. Obtenha um sistema SSVEP portátil que contenha uma configuração de estímulo visual e eletrodo equivalente ao sistema descrito na seção 2 (ver Figura 7A).
    1. Baixe o aplicativo SSVEP do sistema da loja de aplicativos para iOS em um dispositivo que opera o iOS (ver Tabela de Materiais).
  2. Certifique-se de que a equipe de investigação esteja familiarizada com as instruções de uso (IFU) do sistema portátil SSVEP e seu aplicativo iOS fornecido, o que permite a ativação do dispositivo SSVEP e o armazenamento local das leituras EEG.
    1. Gerar contas de assunto no aplicativo iOS seguindo as instruções de uso (IFU) do sistema SSVEP portátil. Abra o aplicativo, selecione a guia Objetos e pressione o botão Adicionar novos assuntos .

11. Configuração do sistema EEG de referência

  1. Obtenha uma unidade amplificadora EEG de grau clínico validada com uma configuração modular de eletrodos que não contenha um componente de estímulo visual (Figura 7C).
  2. Certifique-se de que a equipe de investigação esteja familiarizada com as instruções de uso (IFU) do sistema clínico EEG e seu aplicativo de software de neurologia clínica fornecido (ver Tabela de Materiais), que permitem a ativação do amplificador e armazenamento local de leituras de EEG.

12. Validação de EEG de um sistema SSVEP portátil melhorado

  1. Recrute participantes adultos saudáveis e falantes de inglês usando os mesmos critérios de exclusão detalhados na seção 1. Consentimento desses participantes para o estudo de validação do sistema SSVEP.
  2. Atribua aleatoriamente aos participantes um número de 01 a 20. Avalie os participantes com um número ímpar atribuído primeiro com o sistema SSVEP portátil e, em seguida, com o sistema EEG clínico (etapas 12.3-12.16). Vice-versa para os participantes atribuídos com números pares (etapas 12.10-12.14, depois 12.3-12.9, depois 12.15-12.16) (Figura 6).
    1. Configure o fone de ouvido SSVEP de acordo com as instruções de uso (IFU): carregue totalmente o fone de ouvido e o Bluetooth o emparelhe ao aplicativo SSVEPiOS. Insira os cilindros do sensor de poliuretano fornecidos nos canais de eletrodos e saturar usando solução salina normal.
  3. Coloque o fone de ouvido SSVEP na cabeça do participante de acordo com a IFU do sistema, com o inferior da unidade de carcaça traseira situada diretamente acima do íon do participante, a carcaça da viseira dianteira colocada firmemente sobre os olhos e a ponte nasal e o fone de ouvido apertado através das correias de ajuste elástico e fixando fivelas.
  4. Verifique o indicador de impedância do aplicativo IOS SSVEP para garantir uma conexão adequada entre o fone de ouvido e a cabeça do participante antes do teste. Indicadores visuais verdes na aplicação associada (impedância <15 kOhms) indicam boa qualidade de contato de acordo com as normas do fabricante.
    1. Se uma boa qualidade de contato não for alcançada para todos os canais de interesse dos eletrodos, ressaturar os sensores com solução salina normal e re-verificar o posicionamento para garantir que os sensores estejam tão alinhados contra o couro cabeludo quanto possível.
      NOTA: Deve ser obtida boa qualidade de contato para garantir a conectividade elétrica entre o couro cabeludo e os eletrodos, minimizando os artefatos potenciais (Figura 4).
    2. Certifique-se de que o participante está confortável. Instrua-os a permanecerem parados, calmos e quietos enquanto estão sentados e olhando para a frente nas luzes, e só pisquem quando necessário. Se o sujeito se mover da posição estacionária ou houver uma alteração nas configurações ambientais durante a avaliação, um artefato (Figura 4) pode ocorrer, e os dados SSVEP não devem ser colhidos para a análise (descartada).
  5. Inicie o estímulo visual pressionando o botão Iniciar teste no aplicativo iOS. Quando solicitado, pressione o botão Continuar para passar para a próxima fase de testes. O estímulo visual é executado duas vezes mais de acordo com a IFU do sistema, obtendo uma leitura preliminar e primária do SSVEP.
  6. Após a conclusão da avaliação do SSVEP, remova o fone de ouvido SSVEP das cabeças do participante. Deixe os sujeitos relaxarem por um mínimo de 30 s.
  7. Para obter um valor de confiabilidade de teste-reteste, repita o protocolo de avaliação SSVEP com o sistema SSVEP (etapas 12.3 a 12.7) após o término do período de descanso.
  8. Deixe os participantes descansarem por 5 minutos antes de prosseguir com o próximo sistema EEG.
  9. Configure o amplificador EEG clínico conforme IFU: ligue para o amplificador conectando-se a um computador via dongle USB fornecido e cabo de alimentação, conecte cinco drivers de eletrodo nas respectivas posições de 10-20 EEG de 01, O2, OZ, P1 e P2, abra o software EEG de neurologia clínica em um computador e crie um novo estudo (via guia Record ).
    1. Aplique o gel de preparação do couro cabeludo na região occipital da cabeça do participante, esfregando o gel em um movimento no sentido horário com os dedos para se espalhar em uma camada fina.
    2. Coloque a tampa do eletrodo sobre a cabeça do participante conforme a IFU do sistema clínico de EEG. Aplique o gel condutor nas cinco manchas de eletrodo com cuidado e com as mãos limpas.
    3. Coloque as cinco manchas de eletrodo no couro cabeludo do participante nas respectivas posições O1, O2, O3, P1 e P2 de acordo com a nomenclatura de posicionamento 10-20 EEG.
  10. Verifique o indicador de impedância do software do amplificador EEG clínico para garantir uma conexão adequada entre o fone de ouvido e a cabeça do participante antes do teste. Valores de impedância de <15 kOhms são considerados aceitáveis para aplicação de EEG.
    1. No caso, uma boa qualidade de contato não é alcançada para todos os canais de interesse do eletrodo, reapllico os géis de preparação e re-verificação de posicionamento para garantir que os sensores estejam tão alinhados contra o couro cabeludo quanto possível.
  11. Instrua o participante a segurar a viseira dianteira do dispositivo SSVEP sobre os olhos conforme a etapa 12.4, enquanto um assistente de investigação mantém a unidade de habitação traseira longe do couro cabeludo.
    1. Repita as instruções descritas na seção 12.5.2.
  12. Inicie a gravação do amplificador EEG pressionando o símbolo red Record localizado no canto superior esquerdo do software de neurologia clínica. Imediatamente após o início da gravação, inicie o estímulo visual pressionando o botão Iniciar Teste no aplicativo iOS.
    1. Pressione o símbolo vermelho da Gravação para parar a gravação do amplificador EEG uma vez que o sistema SSVEP cessou a primeira rodada de estímulos e está aguardando o comando para continuar.
    2. Reinicie a gravação do amplificador EEG pressionando o símbolo red Record no software de neurologia clínica e, em seguida, continue o estímulo visual selecionando o botão Continuar no aplicativo IOS SSVEP.
    3. Pressione o símbolo do Registro vermelho para parar a gravação do amplificador EEG uma vez que o sistema SSVEP cessou o estímulo visual.
  13. Deixe o sujeito relaxar por um mínimo de 30 s. Para obter um valor de confiabilidade de teste-reteste, repita o protocolo de avaliação SSVEP com o sistema clínico de EEG (etapas 12.10 a 12.13) após o término do período de descanso (dois testes totais: Teste 1 / Teste 2).
  14. Uma vez que o par de avaliações SSVEP tenha sido concluído com sucesso, faça com que o participante remova a viseira frontal de seus olhos e retire cuidadosamente as manchas de eletrodo de seu couro cabeludo.
    1. Limpe tanto o fone de ouvido SSVEP quanto os fios de eletrodos com álcool isopropílico (70%) antes de armazenar ambos os equipamentos em seus respectivos casos até o próximo uso.
  15. Pergunte ao participante se eles experimentaram alguma reação anormal ao estímulo, incluindo a presença de dor de cabeça ou tontura. Registre suas respostas em um registro de estudo antes de informá-los que completaram sua participação no estudo.

13. Teste reteste o cálculo de confiabilidade do sistema SSVEP portátil

  1. Baixe os valores brutos do SSVEP de ambos os conjuntos de testes primários SSVEP do dispositivo iOS usando um software de utilitário de gerenciamento móvel; os resultados serão produzidos como arquivos CSV (SpV). Para fins de identificação e armazenamento, salve os arquivos usando o nome completo do participante, o tipo de teste realizado e a data.
  2. Modifique o script de computação numérica gerado na seção 8 para processar os arquivos CSV com um conjunto adicional de valores SSVEP do canal de gravação Oz .
  3. Coleça os arquivos de dados processados em uma matriz de folhas de CSV, com valores resumidos de acordo com sua respectiva categoria de Teste 1 ou Teste 2.
  4. Use o SNR de cada leitura SSVEP para comparar os resultados dos diferentes testes. Estimar a confiabilidade do teste-reteste usando um modelo 2, coeficiente de correlação interclasse tipo 1 (2,1) com um intervalo de confiança de 95% (IC) e α nível de significância definido para 0,05.

14. Teste de cálculo do sistema clínico de EEG

  1. Baixe os valores brutos do SSVEP de ambos os conjuntos de testes primários do amplificador EEG do software de neurologia clínica; os resultados serão produzidos como arquivos CSV. Para fins de identificação e armazenamento, salve os arquivos usando o nome do assunto e o tipo de teste realizado.
  2. Repita a seção 13.2-13.4 usando os arquivos CSV do amplificador EEG baixados para estimar a confiabilidade do teste-reteste do Sistema EEG Clínico.

15. Cálculo do acordo dos sistemas SSVEP portáteis e clínicos de EEG

  1. Delineie os critérios para determinar se um SSVEP foi detectado pelo sistema EEG (critérios recomendados: se o principal pico de sinal entre 5-35 Hz é de 15 ± 0,1 Hz, e se o escore Z do pico principal for acima de 5).
  2. Modifique o script de computação numérica gerado nas seções 12 e 13 para determinar adicionalmente a frequência máxima e a pontuação Z dos arquivos SSVEP que são processados. A fórmula para a pontuação Z é.
    Equation 2
    Onde:
    Pico de amplitude = A tensão na frequência máxima (μV)
    Amplitude Média = A tensão média de todas as bandas de frequência entre 5-35 Hz (μV)
  3. Realizar uma análise binomial da capacidade dos sistemas EEG de detectar com sucesso um SSVEP utilizando os critérios descritos, com probabilidade binomial (%) a ser tomado como o acordo entre os dois sistemas. Gravações preliminares e primárias para cada sistema devem ser usadas para calcular o nível de concordância em dois conjuntos de dados, respectivamente.
  4. Use a pontuação Z de cada leitura SSVEP para comparar os diferentes sistemas EEG. Expresse todos os dados resumidos como medianas com intervalo interquartil (IQR) de 25a 75 anos. Use software de análise estatística para análise estatística dos valores processados do sistema.
  5. Modifique o script de computação numérica gerado nas seções 12 e 13 para determinar adicionalmente o SNR médio para cada frequência que resultou em um ponto de dados que varia de 0-25 Hz, de TODOS (preliminares e primários) arquivos SSVEP gerados pelo Sistema SSVEP e Clínico EEG.
    1. Crie uma densidade de espectro de energia (PSD) de ambos os sistemas normalizados resultados médios de SNR entre 0-25 Hz (ver Resultados Representativos).
      NOTA: Crie uma série de dados separada para cada sistema EEG e sobreponha-as ao mesmo PSD.

Representative Results

Um total de 65 jogadores de rugby masculinos (20,9 ± 2,3 anos) foram inscritos com sucesso na primeira seção deste estudo, com todos os jogadores passando por uma avaliação SSVEP de base (Figura 1). Ao longo da temporada de rugby, 12 participantes sofreram uma possível lesão concussiva no campo de jogo e foram reavaliados com o sistema SSVEP para uma avaliação pós-lesão. O médico da equipe avaliou esses jogadores usando um protocolo clínico de avaliação de concussão e diagnosticou esses 12 participantes como concussão. Todos os doze foram considerados recuperados pelo médico no período de 12 dias de GRTP30. Após a determinação do médico de que os jogadores foram recuperados, 8 jogadores estavam disponíveis para um SSVEP adicional; categorizado como uma avaliação de recuperação. Vinte e dois jogadores que não sofreram concussão foram retestados para os propósitos de confiabilidade do estudo ao longo da temporada. Os demais participantes que não foram retestados foram perdidos para o acompanhamento. Não foram relatados eventos adversos após a estimulação do SSVEP durante a duração do estudo. A confiabilidade do sistema SSVEP usado nos jogadores de rúgbi foi confirmada por um alto coeficiente de correlação intra-classe (ICC) com um intervalo de confiança de 95%, igualando-se a 0,91 (0,79-0,96) para os jogadores não lesionados retestados (n = 22) e 0,96 (0,74-0,99) para os jogadores recuperados retestados33. Foram considerados para este cálculo os conjuntos de dados em que se buscavam uma boa qualidade de contato. Isso é resultado de algumas ocasiões em que o potencial de cabelo ou pele dos participantes impactou a capacidade dos sistemas EEG de obter SSVEP limpos (Figura 4).

Para determinar se o SSVEP produzido através deste sistema investigativo pode ser utilizado como biomarcador para concussão, os valores SNR dos resultados processados foram agrupados em avaliações de linha de base (controle), concussão e recuperação para comparação (Figura 1). No geral, a média do SNR para todos os control players (n = 65) foi de 4,80 [IQR: 4,07-5,68], com o EEG processado médio do grupo controle mostrando um sinal de pico claro de 15 Hz no respectivo espectro de frequência33. Uma resposta semelhante foi observada quando os valores médios de SSVEP de um grupo de controle separado (n = 20; população geral saudável) produzidos pelo mesmo estímulo visual, mas registrados com um sistema de EEG diferente, foram grafados como uma densidade de espectro de energia (Figura 5). Esta distribuição mediana e densidade do espectro de energia permitiu que um controle claro fosse definido para uma resposta SSVEP de um jogador não ferido (não concussed) à configuração investigativa (Figura 2, Figura 3). A média de SNR de todos os jogadores concussionados (n = 12) e os jogadores recuperados com avaliações SSVEP disponíveis (n = 8), foi de 2,00 [IQR: 1,40-2,32] e 4,82 [IQR: 4,13-5,18], respectivamente33. O estudo piloto observou diferenças significativas nos valores medianos de SNR (+4,03; p < 0,0001) entre o controle (basileia) e os jogadores concussionados. Uma concussão teve um grande efeito em um sinal SSVEP (Cohens, d = 4,03). Curiosamente, o grupo recuperado de jogadores foi visto com uma variância SNR minutos (+0,02; p = 0,0495) apenas na significância (α < 0,05), com efeito trivial em relação ao grupo controle (Cohens, d = 0,17)33. Isso indica que, após uma recuperação completa, de acordo com as diretrizes do GRTP30, os valores SSVEP são equivalentes a um jogador concussionado e não lesionado. Além disso, a média do SNR foi vista como significativamente diferente (+2,80; p = 0,0002) entre o grupo de jogadores concussionados e recuperados, demonstrando que o período de recuperação teve um grande efeito no sinal SSVEP do jogador concussionado (Cohens, d = 3,60)33.

Uma resposta semelhante na variância mediana do SNR foi observada ao comparar apenas os jogadores submetidos às três formas de teste (n = 8; linhas de base, concussão e, recuperação). Uma mudança significativa entre linhas de base versus concussed (-2.34; p = 0,0001) e concussão versus recuperação (-2,72; p = 0,0002) foi observada, enquanto observou-se pequena variância entre as linhas de base versus recuperação (+ 0,28; p = 0,0495), com efeito trivial entre esses grupos (Cohens d = 0,17). Esses achados foram reforçados ao tomar os valores médios de SNR dos jogadores submetidos às três formas de teste. A média de leituras de SNR da linha de base desses jogadores, concussão e recuperação foram 4,45, 2,20 e 4,33, respectivamente. Veram-se diferença significativa entre base versus concussão (p = 0,0001) e grupos de concussão versus recuperação (p = 0,0002). A variação dos valores médios do SNR entre o grupo de recuperação e linha de base foi pequena, mas apenas na significância (p = 0,0495). No geral, a resposta ao estímulo foi menor em jogadores concussionados quando comparada à sua avaliação de linha de base. Após um período de recuperação monitorado, esses jogadores foram capazes de gerar uma resposta equivalente à sua avaliação inicial (linha de base)33. Isso demonstra que uma concussão relacionada ao esporte tem um impacto na capacidade de um indivíduo de gerar SSVEPs por um período mínimo de 12 dias. Se a resposta SSVEP de um indivíduo fosse rotineiramente medida de forma semelhante a este protocolo (Figura 1): linha de base, pós-lesão, recuperação, um profissional de saúde poderia potencialmente utilizar os SSVEPs como biomarcador para concussão.

O sistema SSVEP portátil all-in-one (Figura 7A), foi utilizado em (n = 20) sujeitos de controle saudável da população geral, não especificados ao esporte do rugby. Por se trata de um dispositivo investigatório com um sistema de eletrodo diferente (Figura 7B) e estímulos ligeiramente variados da configuração inicial do SSVEP, os valores SNR médios e médios não eram válidos para comparação (Tabela 1). Da mesma forma, uma vez que os participantes não se envolveram em esportes com alta ocorrência de concussão, o sistema SSVEP não foi avaliado como um marcador SSVEP para concussão. Em vez disso, foi realizado um estudo de confiabilidade de teste-reteste para validar o sistema para uso futuro em ensaios em larga escala (Figura 6). O sistema SSVEP retornou uma alta correlação de 0,81 (IC: 0,59-0,92), indicando que o dispositivo é confiável na obtenção de SSVEPs (Tabela 2). Além disso, a precisão da tecnologia EEG dos sistemas foi validada por meio de um estudo de concordância contra um sistema EEG de grau clínico tradicional (Figura 7C), que devolveu um valor de ICC semelhante de 0,83 (IC: 0,63-0,93) (Tabela 2). A primeira repetição dos testes (preliminares) resultou em 18/20 participantes exibindo um acordo em ambos os sistemas para uma probabilidade binomial de 95%. Para um participante, os dispositivos não concordaram devido ao sistema SSVEP detectar um ritmo alfa mais proeminente do que a resposta desejada de sinal de 15 Hz (Figura 8). Para o outro participante, não foi identificada a SSVEP com o sistema clínico de EEG (Figura 9). No entanto, na segunda repetição (primária), todos os 20 participantes tinham um acordo em ambos os sistemas para uma probabilidade binomial de 100%. A precisão geral dos dois sistemas para produzir um SSVEP é ilustrada na Figura 10, que mostra ambos os sistemas tendo um SNR proeminente apenas na frequência estimulada: 15 Hz. Isso valida o sistema portátil como funcionalmente equivalente aos dispositivos de grau clínico que são usados para gravar sinais de EEG. Quando tomado em combinação com a portabilidade e facilidade de uso do sistema SSVEP, ele abre uma variedade de aplicações para a captura da qualidade de pesquisa SSVEP fora do cenário clínico, como em um estudo de caso SRC em larga escala.

Figure 1
Figura 1: Metodologia flowchart de participação de atletas no estudo SRC-SSVEP. O fluxograma detalha a triagem para elegibilidade dos participantes e alocação de grupo ao longo do estudo SRC-SSVEP duração de jogadores amadores da união de rúgbi. SRC; concussão relacionada ao esporte. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Componente de estímulo visual do sistema portátil SSVEP. (A) smartphone LCD com vídeo carregado e exibido, instalado dentro de um quadro VR de papelão. O participante é obrigado a segurar o quadro VR alinhado contra o rosto e a ponte nasal, garantindo que ambos os olhos estejam completamente fechados pelo quadro. (B) Ilustração do estímulo visual; loop de vídeo criado de telas brancas alternadas (linha superior) e pretas (linha inferior) em uma frequência de 15 Hz. Cada tela continha dois quadros separados por uma linha divisória vertical alinhada com o campo de visão do olho esquerdo e direito do quadro VR. Cada quadro continha um ponto focal na forma de um número em seu centro que alternava dentro de um intervalo de 1-9 a intervalos de 5 s. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais. LCD; exibição de cristal líquido. VR; realidade virtual. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Componente EEG sem fio do sistema Portátil SSVEP. (A) Um fone de ouvido EEG de 14 canais capaz de transmitir dados sem fio para um receptor próximo conectado a um computador. (B) Um mapa visual das 14 posições de eletrodos em relação ao sistema internacional de EEG 10-20 para colocação de eletrodos em estudos de EEG humanos. Dois eletrodos occipitais (O1 e O2) foram utilizados como eletrodos de gravação, enquanto dois eletrodos parietal foram utilizados como subtração e solo de modo comum (P3 e P4, respectivamente) no estudo SRC-SSVEP. EEG; Electroencefalografia. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais. SRC; concussão relacionada ao esporte. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Ilustração da importância da qualidade de contato nas medições do SSVEP. Respostas SSVEP de um único sujeito de controle (população geral saudável) medido com o sistema SSVEP, com uma frequência de estímulo definida de 15 Hz e uma taxa amostral de 250 Hz, quando: (A) solução salina atípica é usada em eletrodos, (B) eletrodos não são adequadamente trabalhados através de cabelos sujeitos para contato com o couro cabeludo, (C) eletrodos são saturados com soro fisiológico e trabalhados através do cabelo. A solução salina é essencial para garantir a conectividade elétrica entre a cabeça e os eletrodos dos pacientes; sem ele, artefatos de grande amplitude em potencial de pele são observados de forma harmônica. O cabelo atua como um resistor minimizando a conectividade elétrica entre o couro cabeludo do paciente e os eletrodos e, portanto, resulta em aumento do ruído. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Resposta média do SSVEP de 20 sujeitos de controle no estudo de validação de EEG. Respostas SSVEP de sujeitos de controle (população geral saudável) (n = 20) medidos com o sistema SSVEP, com uma frequência de estímulo definida de 15 Hz e uma taxa amostral de 250 Hz. Os valores individuais de SSVEP foram filtrados entre 5-40 Hz antes de serem rapidamente transformados e normalizados. A média SSVEP da população é ilustrada como uma densidade de espectro de potência, com o eixo y representando amplitude de sinal em microvolts (uV). SSVEP; estado estável visual evocado potenciais. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: Metodologia de fluxograma do estudo de validação de EEG entre dois sistemas. O fluxograma detalha a metodologia de validação de um sistema EEG portátil contra um sistema de referência EEG estabelecido: os sistemas SSVEP e EEG clínicos, respectivamente. Os participantes de controle (população geral saudável) são examinados e aleatoriamente atribuídos uma ordem de teste e dois testes realizados em cada sistema de forma testada. EEG; Electroencefalografia. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7: Visão geral do eletrodo para estudo de validação de EEG entre dois sistemas. (A) O sistema SSVEP portátil melhorado. (B) O padrão internacional 10-20 EEG modificou o sistema de nomenclatura combinatória. (C) O sistema de referência clínico EEG estabelecido. O sistema SSVEP mede os sinais EEG através de seus três canais de eletrodos occipitais (O1, O2 e Oz) enquanto utiliza os dois canais parciais de eletrodos (P1 e P2) como referência e viés, respectivamente. O sistema clínico de EEG permite a medição de sinais EEG através de seu amplificador de 40 canais, que pode ser posicionado manualmente no mesmo arranjo O1, O2, Oz, P1, P2 como o sistema SSVEP para comparação. EEG; Electroencefalografia. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 8
Figura 8: Densidade de espectro de energia de uma única resposta SSVEP dos participantes de controle (participante 09) medida por dois sistemas EEG. (A) O sistema SSVEP. (B) O sistema clínico de EEG. Ambas as medidas foram obtidas utilizando-se o mesmo estímulo visual (do sistema SSVEP): um estímulo de 15 Hz de LEDs brancos em um estojo fechado. Observe que, apesar da proeminente resposta de 15 Hz vista em ambos os sistemas, o pico mais alto absoluto para o sistema SSVEP foi de 10,5 Hz em vez dos 15 Hz estimulados. De acordo com os critérios do estudo do acordo, no qual os sistemas devem detectar a frequência estimulada como amplitude de pico (primário), isso constitui uma falha. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais. LED; Diodos emissores de luz. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 9
Figura 9: Densidade do espectro de energia de um único controle (população geral saudável) resposta SSVEP (participante 19) medida por dois sistemas EEG. (A) O sistema SSVEP. (B) O sistema clínico de EEG. Ambas as medições foram obtidas utilizando-se o mesmo estímulo visual (do sistema SSVEP); um estímulo de 15 Hz de LEDs brancos em um estojo fechado. Note a falta de uma resposta proeminente de 15 Hz para o sistema clínico de EEG, pois ele é cercado por ruídos de magnitude semelhante. De acordo com os critérios do estudo do acordo, no qual os sistemas devem produzir uma resposta com pontuação Z superior a 5, isso constitui como falha. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais. LED; Diodos emissores de luz. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 10
Figura 10: Uma ilustração visual de concordância entre dois sistemas EEG que medem ssvep de participantes de controle. A resposta média do SSVEP de (n = 20) sujeitos de controle (população geral saudável) foi traçada como o SNR contra a faixa de frequência de interesse; 5-25 Hz para medições com os sistemas SSVEP (verde) e clínico EEG (vermelho). Cada sujeito de controle produziu dois conjuntos de dados para cada sistema no estudo de validação do EEG gerando um total de 40 conjuntos de dados SSVEP para cada sistema. As respostas ilustradas dos dois sistemas foram sobrepostas a visualizar o quão próximos eles concordam na medição do SSVEP quando estimulados pelo mesmo estímulo visual: LEDs brancos piscando a 15 Hz para 30 s. A faixa de frequência é filtrada para abaixo da harmônica prevista de 30 Hz, a ponto de se concentrar apenas na resposta primária de estímulo. EEG; Electroencefalografia. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais. SNR; relação sinal-ruído. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Sistema EEG Mínimo IQR 25 Mediana IQR 75 Máximo Significar 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

Tabela 1: Resumo estatístico SSVEP dos participantes de controle medido por dois sistemas EEG. Duas medidas SSVEP foram realizadas em (n = 20) sujeitos de controle (população geral saudável) utilizando um sistema de EEG portátil e um sistema clínico de EEG estabelecido; Os valores de SNR foram calculados a partir do SSVEP (com 15 Hz sendo tomados como o sinal primário). Foram calculadas estatísticas para cada conjunto de dados de medição, incluindo a faixa mínima, máxima, 25e 75º intervalo interquartil (IQR), mediana, média e desvio padrão (dST). EEG; Electroencefalografia. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais.

Sistema EEG Grupo N ICC (IC 95%) Tempo médio entre teste (min)
Nurochek Controle 20 0.81 (0.59-0.92) 0.5
Grael Controle 20 0.83 (0.63-0.93) 0.5

Tabela 2: Teste a confiabilidade do sistema SSVEP portátil e dos sistemas EEG clínicos. A confiabilidade do sistema integrado de EEG ESVEP e clínico foi calculada com base no coeficiente de correlação inter-classes (ICC) com intervalo de confiança de 95% (IC) a partir de dois testes realizados com 30 s de diferença, utilizando o mesmo conjunto de indivíduos de controle (população geral saudável) (n = 20); ICC (2,1). Os valores de SNR (com 15 Hz sendo tomados como o sinal primário) dos testes SSVEP foram utilizados como parâmetro de interesse para o cálculo icc. EEG; Electroencefalografia. SSVEP; estado estável visual evocado potenciais.

Discussion

Este é o primeiro estudo a desenvolver um protocolo que identifica diferenças nas respostas do SSVEP em jogadores saudáveis do sindicato amador de rubis masculinos nas três fases de uma concussão; pré-lesão (linha de base), concussão e recuperado (Figura 1). O método incluiu o recrutamento e triagem de 65 participantes que foram avaliados rotineiramente com uma configuração investigacional da SSVEP ao longo de uma temporada competitiva. Como a configuração do SSVEP era relativamente simples e portátil, todas as avaliações foram realizadas em um ambiente não clínico, demonstrando o uso potencial como avaliação de concussão ponto de cuidado. O estudo demonstrou com sucesso que a capacidade de um indivíduo de gerar SSVEPs é atenuada após uma concussão diagnosticada. O impacto depressivo de uma concussão foi visto diminuindo após um período de recuperação definido, como visto quando os valores SSVEP voltaram a um nível pré-concussão para cada indivíduo. A análise estatística entre os grupos participantes mostrou significância nos efeitos de atenuação do SSVEP. A alta confiabilidade do teste-reteste em participantes não concussivos destacou a estabilidade do biomarcador eletrofisiológico em sistemas SSVEP portáteis simples e mais refinados (Tabela 2). Além disso, o acordo absoluto entre um sistema SSVEP e um amplificador EEG tradicional, valida a tecnologia para uso como um auxílio médico capaz de obter sinais EEG de qualidade de pesquisa (Figura 10).

Como este estudo dependia do voluntariado dos participantes para pós-lesão, bem como de avaliações repetidas durante a temporada de rugby, algumas modificações logísticas tinham que ser feitas ao método. Os períodos de tempo estimados entre a linha de base e os retestes tiveram que ser flexíveis para acomodar os horários do participante. Apesar dessas medidas, alguns jogadores ainda estavam perdidos para acompanhar por uma variedade de razões diversas, incluindo lesões não relacionadas ou falta de interesse. Isso resultou no uso de um cálculo estatístico mais abrangente, o ICC, para a confiabilidade do dispositivo ao longo das semanas. Não foram observados eventos adversos à configuração do SSVEP. Algumas questões logísticas foram encontradas que exigiam pequenas modificações do protocolo: cabelos longos ou grossos, em particular, se mostraram problemáticos na aquisição de um bom contato entre o fone de ouvido e o couro cabeludo do participante. Como o mau contato diminuiria a qualidade das leituras do EEG (Figura 4), os participantes com cabelos longos ou grossos eram obrigados a escovar e segurar os cabelos para cima e para fora para o lado da cabeça enquanto os sensores eram colocados. Um critério adicional de exclusão foi gerado devido a essa questão, onde indivíduos com penteados complexos (por exemplo, dreadlocks) foram excluídos deste estudo.

Como descrito anteriormente neste artigo, as ferramentas atuais de avaliação de concussão são altamente subjetivas e correm o risco de manipulação por um atleta que pode, em última instância, dificultar a capacidade de um médico de fazer um diagnóstico crucialmente importante34. Alguns estudos de rastreamento de atletas têm tentado investigar um biomarcador mais objetivo para concussão através do uso de modalidades radiológicas como ressonância magnética (RM) e tomografia computadorizada (TC). No entanto, esses métodos fornecem apenas informações sobre lesões estruturais macroscópicas, como hemorragias que variam da definição de concussão como lesão cerebral funcional 6,35. Os resultados deste estudo são apoiados por estudos anteriores que demonstraram que o VEP é um biomarcador funcional36, que é atenuado ou atrasado na presença de concussão 21,37,38. Embora existam semelhanças nesses métodos de estudo vep anteriores em relação à nossa configuração física e hipótese, nosso estudo expande a literatura através do uso de SSVEP sobre VEP. Além disso, o protocolo varia ao investigar avaliações em tempo real de jogadores nos três estágios de uma concussão em comparação com os estudos tradicionais de controle versus caso concussionado. Além disso, o método amplia seu poder de investigação comparando sistemas EEG inovadores e tradicionais para distinguir potenciais diferenças que podem limitar sua precisão na obtenção de medidas eletrofisiológicas objetivas. Assim, o protocolo utilizado neste estudo proporciona uma adição única e valiosa à literatura existente sobre biomarcadores objetivos de concussão.

Apesar do sucesso geral deste protocolo, existem várias limitações a serem notadas. Por exemplo, observou-se um pequeno grau de variabilidade intra-participante no ruído EEG de fundo para avaliação realizada em sucessão imediata. Duas limitações de design de protocolo podem ser culpadas por essa primeira variabilidade: a primeira é a falta de feedback de impedância de alta fidelidade do sistema de 14 canais e restrições frouxas para os efeitos da fadiga e influência ambiental na atenção do sujeito. Embora essa variabilidade intra-participante não tenha sido vista com os outros sistemas de EEG utilizados neste protocolo, vale a pena explorar esses efeitos com mais detalhes para confirmar que sua causa é resultado do design do fone de ouvido e não de uma ocorrência natural não identificada. Em segundo lugar, a maioria dos participantes apresentou sinais SSVEP maiores após a segunda avaliação em relação à primeira (Tabela 1). Isso pode ser o resultado de os participantes se familiarizarem mais com o processo de avaliação e consequentes adaptações comportamentais à configuração do equipamento, incluindo redução do piscar e inquietação durante a apresentação de estímulos repetidos. Mais estudos são necessários para determinar se há de fato um efeito de familiarização no protocolo SSVEP e, se for o caso, quais possíveis modificações precisam ser feitas para reduzir sua ocorrência em estudos futuros. Por fim, é importante notar que devido à ampla dependência de voluntários de uma população relativamente pequena de indivíduos (aqueles com alto risco de ocorrência de concussão com a vontade de serem repetidamente examinados), este estudo limitou-se a um pequeno tamanho amostral de 65 participantes, dos quais 12 sofreram uma concussão. Serão necessários estudos com maior tamanho de coorte para avaliar a robustez da avaliação deste protocolo de concussão, particularmente sua sensibilidade e especificidade. Também seria interessante ver esse protocolo replicado em uma faixa etária cujos estados de desenvolvimento cerebral variam, desde aqueles que ainda desenvolvem (adolescentes) até aqueles com potencial declínio cognitivo (idosos) e delineie se a responsabilidade difere significativamente ou não. Com relação ao melhor sistema SSVEP, seu estudo comparativo destacou as limitações incorporadas do dispositivo em comparação com os sistemas EEG tradicionais. Os sistemas EEG tradicionais geralmente adotam o sistema completo 10-20 de montagens, que compreendem 21 locais de eletrodos (Figura 7B). O sistema SSVEP, por outro lado, usa apenas três canais de eletrodos (O1, O2 e Oz) correspondentes ao córtex visual (Figura 7A). Essa redução de capacidade significa que o sistema tem um escopo mais estreito de aplicações de EEG e limita a análise potencial que pode ser conduzida nos dados eletrofisiológicos obtidos dentro deste protocolo.

Como mencionado anteriormente, novas pesquisas são necessárias para superar as limitações deste protocolo e testar sua força em uma coorte maior para avaliar se seus resultados são capazes de ser generalizados. Mais importante, estudos adicionais são necessários para entender melhor os mecanismos subjacentes à nossa descoberta na atenuação do SSVEP. Por exemplo, as mudanças na resposta do SSVEP encontradas em nossos participantes concussionados são provavelmente representações de distúrbios na função neuronal, mas ainda não está estabelecido se estes são fenômenos primários (por exemplo, de matéria branca danificada) ou secundários (por exemplo, neuroinflamatórios). Uma possível aplicação futura desse método é a investigação sobre o período de recuperação associado à depressão neuronal e concussão individualizada ao sujeito. Uma visão mais profunda sobre este período de recuperação pode ver alterações feitas nas regras e regulamentos do Sports Return to Play (RTP) que melhor protejam um atleta lesionado. Este método também introduz a praticidade de um sistema SSVEP portátil aplicado em ambientes não clínicos, como uma avaliação de concussão entregue rapidamente à margem de um campo esportivo. Isso tem o potencial de proporcionar um benefício significativo não só para os profissionais médicos, mas treinadores, atletas e suas respectivas famílias para abordar os efeitos fisiológicos negativos da concussão e da Síndrome do Segundo Impacto10,11. A geração de sistemas SSVEP aprimorados, como o sistema portátil SSVEP utilizado neste estudo, pode ver equipamentos mais avançados e aplicações tecnológicas surgirem no campo da neurofisiologia e do SRC que se mostrarão benéficos para o sucesso de estudos futuros.

Em resumo, este protocolo mostrou-se bem sucedido em seu objetivo de identificar a SSVEP como um biomarcador objetivo para concussão em atletas de esportes de contato. O estudo como um todo fornece evidências de que o SSVEP é significativamente atenuado na presença de uma concussão e é capaz de ser produzido de forma confiável em um nível de qualidade de pesquisa através de um sistema de EEG portátil simplificado. Propomos, portanto, que a SSVEP possa ser utilizada como auxílio suplementar para a avaliação de lesões concussivas, em particular, a avaliação lateral do SRC. Outros estudos com protocolos mais refinados, técnicas avançadas e equipamentos aprimorados podem se basear neste estudo e fornecer informações críticas para combater os efeitos prejudiciais das concussões na vida dos atletas.

Disclosures

Os autores declaram potenciais conflitos de interesse e os declaram abaixo:

Adrian Cohen é diretor da HeadsafeIP Pty Ltd e é notado em pedidos de patentes relacionados à tecnologia nesta área.

Dylan Mahony é um empregado da HeadsafeIP. O HeadsafeIP realiza pesquisa, desenvolvimento e comercialização de tecnologias relacionadas a concussão. A HeadsafeIP Pty. Ltd pode se beneficiar financeiramente se os produtos relacionados a esta pesquisa forem comercializados com sucesso.

Daryl Fong é um funcionário da Cryptych Pty Ltd. Cryptych Pty Ltd fornece serviços de consultoria para a HeadsafeIP na fabricação compatível de seu dispositivo em relação aos requisitos regulatórios.

David Putrino, Joseph Herrera e Rebecca Baron são funcionários da Escola de Medicina Icahn no Monte Sinai e participam de pesquisas patrocinadas que investigam os casos de uso do dispositivo SSVEP melhorado.

Acknowledgments

O equipamento utilizado no experimento inicial (SSVEP investigativo) foi fornecido pela Escola de Engenharia Aeroespacial, Mecânica e Mecatrônica da Universidade de Sydney. Os equipamentos utilizados na última metade do estudo, os sistemas SSVEP e EEG integrados, foram fornecidos pelo 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

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