Summary
Se desarrolló y probó un sistema portátil capaz de medir los potenciales evocados visuales en estado estacionario en 65 jugadores de rugby aficionados durante 18 semanas para investigar SSVEP como un posible biomarcador electrofisiológico para la conmoción cerebral. Las líneas de base de los jugadores se midieron antes de la temporada, con nuevas pruebas de confiabilidad, conmoción cerebral y evaluación de recuperación que se llevaron a cabo dentro de períodos de tiempo controlados, respectivamente.
Abstract
Se desarrolló un sistema portátil capaz de medir potenciales evocados visuales en estado estacionario (SSVEP) para proporcionar un método objetivo y cuantificable de prueba de electroencefalograma (EEG) después de un evento traumático. En este estudio, el sistema portátil se utilizó en 65 jugadores de rugby sanos a lo largo de una temporada para determinar si los SSVEP son un biomarcador electrofisiológico confiable para la conmoción cerebral. Antes de la temporada de competición, todos los jugadores se sometieron a una evaluación de línea de base de SSVEP. Durante la temporada, los jugadores fueron reevaluados dentro de las 72 horas de un partido para la confiabilidad de la prueba de prueba o la evaluación posterior a la lesión. En el caso de una conmoción cerebral diagnosticada médicamente, los jugadores fueron reevaluados nuevamente una vez que un médico los consideró recuperados. El sistema SSVEP consistía en un teléfono inteligente alojado en un marco de realidad virtual que entregaba un estímulo de parpadeo de 15 Hz, mientras que un auricular EEG inalámbrico registraba la actividad occipital. Se instruyó a los jugadores a mirar fijamente el punto de fijación de la pantalla mientras permanecían sentados y en silencio. Los electrodos se organizaron de acuerdo con la nomenclatura de posicionamiento EEG 10-20, siendo O1-O2 los canales de grabación, mientras que P1-P2 las referencias y el sesgo, respectivamente. Todos los datos de EEG se procesaron utilizando un filtro de paso de banda de Butterworth, transformación de Fourier y normalización para convertir datos para el análisis de frecuencia. Las respuestas SSVEP de los jugadores se cuantificaron en una relación señal-ruido (SNR), siendo 15 Hz la señal deseada, y se resumieron en los respectivos grupos de estudio para su comparación. Se observó que los jugadores conmocionados tenían un SNR significativamente más bajo en comparación con su línea de base; sin embargo, después de la recuperación, su SNR no fue significativamente diferente de la línea de base. Test-retest indicó una alta fiabilidad del dispositivo para el sistema portátil. También se validó un sistema SSVEP portátil mejorado contra un amplificador EEG establecido para garantizar que el diseño de investigación sea capaz de obtener mediciones de EEG de calidad de investigación. Este es el primer estudio que identifica diferencias en las respuestas de SSVEP en atletas aficionados después de una conmoción cerebral e indica el potencial de SSVEP como una ayuda en la evaluación y el manejo de la conmoción cerebral.
Introduction
Las personas de hoy en día son muy conscientes de la morbilidad causada por las lesiones cerebrales en el deporte1. Una conmoción cerebral relacionada con los deportes (SRC) es una forma de lesión cerebral traumática leve (mTBI) que se informa con frecuencia en deportes de contacto como el fútbol, el rugby yel boxeo 2,3,4. La transducción biomecánica de la fuerza impulsiva al cerebro después de un impacto en el campo resulta en una interrupción de la función neuronal, lo que lleva a síntomas inmediatos y transitorios que afectan el estado físico, cognitivo y emocional de un atleta 1,5. En la mayoría de los casos, estos síntomas disminuyen en un corto período de tiempo, siempre que el atleta sea tratado adecuadamente y no esté expuesto a más impactos6.
Como el SRC es perjudicial para la salud neurológica de los jugadores, los órganos rectores del deporte se enfrentan al desafío de emplear un diagnóstico preciso y oportuno de la conmoción cerebral para permitir un protocolo seguro de regreso al juego 5,7,8,9. Sin embargo, la detección de conmociones cerebrales puede ser excluida por atletas que minimizan o niegan los síntomas para evitar un diagnóstico de conmoción cerebral, acelerando así su regreso al juego. Estas acciones pueden aumentar potencialmente su riesgo de síndrome de segundo impacto, una afección en la que se forma un edema cerebral rápido después de una segunda lesión en la cabeza durante la fase de recuperación de la conmoción cerebral10. Además, debido a la falta de educación en torno al diagnóstico de conmoción cerebral y la naturaleza variable de su definición fisiológica, no es raro que la SRC no se informe o se diagnostique erróneamente11. Desafortunadamente, los largos períodos de conmociones cerebrales repetidas e inadecuadamente manejadas pueden conducir a una variedad de deficiencias neurológicas crónicas, como la encefalopatía traumática crónica (CTE), que está fuertemente asociada con SRC 12,13,14.
En un esfuerzo por combatir los desafíos asociados con SRC, las organizaciones deportivas utilizan una variedad de herramientas de evaluación de conmociones cerebrales. La herramienta más utilizada y accesible, la herramienta de evaluación de conmociones cerebrales deportivas (SCAT), es una prueba estandarizada en papel que incorpora evaluaciones físicas y cognitivas en combinación con el informe de síntomas a escala15,16. Sin embargo, estudios previos han demostrado que el informe de síntomas es subjetivo y poco confiable al identificar las diferencias de género dentro de los grupos de mTBI y los valores atípicos en el grupo de control17,18. Las herramientas más avanzadas que se utilizan a nivel profesional, como la Herramienta de Evaluación Inmediata Post-Conmoción Cerebral (ImPACT), que funciona como una Prueba Neurocognitiva Computarizada (CNT), también son víctimas de la manipulación, ya que requieren la participación activa y el esfuerzo del atleta. A pesar de los controles incorporados para la manipulación en los CNT, la investigación ha demostrado que son propensos a los efectos del techo y sufren una fiabilidad deficiente19,20. Las limitaciones de estas herramientas de evaluación existentes en combinación con una comprensión más pública de los efectos significativos en la salud de SRC han dado lugar a una necesidad crítica de un biomarcador objetivo que pueda diagnosticar con precisión y tiempo una conmoción cerebral.
Un campo que ha demostrado ser prometedor en la identificación de un biomarcador objetivo para la conmoción cerebral es la electrofisiología. Existe evidencia emergente de que los potenciales relacionados con eventos, en particular los potenciales evocados visuales (VEP) se ven afectados después de una conmoción cerebral21,22. Un subconjunto de VEP; Los potenciales evocados visuales en estado estacionario (SSVEP) son una fluctuación objetiva y cuantificable de la actividad eléctrica que ocurre en el cerebro en respuesta a un conjunto específico de estímulos visuales, medida por la tecnología de electroencefalograma (EEG) 23,24. SSVEP ofrece una resistencia mejorada a los artefactos de ruido y una impedancia de contacto variable a las mediciones VEP convencionales. Además, debido a la frecuencia controlada del estímulo visual, hay una reducción de la sincronicidad entre las grabaciones de EEG y el estímulo, lo que resulta en un modelo eléctrico más simplificado25,26. Este enfoque ha sido validado con frecuencias entre el rango de 12-15 Hz produciendo una respuesta óptima de prominencia para estímulos de tipo parpadeo27. En general, estas ventajas significan que SSVEP ofrece una medición electrofisiológica más robusta que se puede utilizar en un entorno no clínico, como campos deportivos y consultorios médicos. Esta posibilidad de aplicación secundaria en combinación con los resultados positivos de la tecnología en la literatura anterior la convierte en un candidato prometedor para la identificación de un biomarcador objetivo para SRC.
El objetivo de este estudio fue investigar las diferencias potenciales en SSVEP que se registraron de atletas que fueron evaluados por un médico deportivo experimentado como sanos, conmocionados o recuperados de una conmoción cerebral reciente. La metodología del estudio implicó que 65 jugadores masculinos de rugby amateur fueran evaluados rutinariamente con un sistema SSVEP portátil durante una temporada competitiva de 18 semanas. Los jugadores deben ser evaluados para una línea de base antes del comienzo del entrenamiento de contacto completo y reevaluados dentro de las 72 horas posteriores a los juegos competitivos. Los jugadores que se lesionaron durante la temporada fueron evaluados por conmoción cerebral por el médico del equipo y reevaluados con el sistema SSVEP para las lecturas posteriores a la lesión y la recuperación. Además, este estudio extiende su protocolo para validar la capacidad del sistema SSVEP portátil para obtener lecturas de EEG de calidad de investigación que potencialmente pueden ayudar en la evaluación secundaria de SRC.
Protocol
Las aprobaciones para la primera parte del protocolo se obtuvieron del Comité de Ética de Investigación Humana (HREC) del Distrito de Salud Local del Sureste de Sydney (ESLHD). A todos los jugadores se les proporcionaron hojas de información detalladas de los participantes y se obtuvo el consentimiento antes de la participación (número de referencia SESLHD-HREC: 17/039 HREC/17/POWH/91).
Las aprobaciones para el uso del estudio de sistemas portátiles mejorados se obtuvieron del Comité de Ética de Investigación Humana (HREC) de Bellberry. A todos los sujetos de control se les proporcionaron hojas de información detalladas de los participantes y se obtuvo el consentimiento antes de la participación (número de referencia HREC: 1802VEPEEG-CER).
1. Selección y consentimiento de los participantes
- Reclutar participantes de un solo club de rugby antes del comienzo de una temporada competitiva. Los participantes deben ser adultos varones sanos, nativos de habla inglesa (mayores de 18 años) que sean miembros de un equipo de rugby amateur (Figura 1).
- Debido a la naturaleza parpadeante de los estímulos visuales, asegúrese de que los participantes no cumplan con ninguno de los siguientes criterios estrictos de exclusión: diagnóstico o síntomas de epilepsia, lesiones cerebrales existentes y / o previas, o ceguera legal.
- Informe a los participantes para que informen cualquier síntoma después de una lesión en el campo deportivo con veracidad al médico que envía la información a los investigadores del estudio asociados. Los participantes deben comprender que la participación en el estudio requiere un mínimo de dos sesiones de prueba SSVEP durante la temporada, con el potencial de realizar más pruebas en caso de una lesión por conmoción cerebral.
2. Configuración del equipo SSVEP de investigación
- Coloque un teléfono inteligente con pantalla de cristal líquido (LCD) cargado en un marco de realidad virtual (VR) (Figura 2A; consulte la Tabla de materiales).
- Generar un archivo de vídeo .mp4 que consiste en una secuencia de pantallas en blanco y negro alternando a una frecuencia de 15 Hz, para un total de 30 s. Coloque un número aleatorio en el centro del fotograma de video (ocupando menos del 2% de la pantalla con un ángulo visual de 1.5 °) para que los participantes se enfoquen centralmente durante la estimulación. Asegúrese de que el número se modifique a intervalos de 5 s para fomentar la atención sostenida (Figura 2B).
- Cargue el archivo de video construido en el teléfono inteligente y muéstrelo a pleno brillo (mínimo ~ 490 nits), actuando como el estímulo visual del sistema SSVEP.
- Cargue los auriculares inalámbricos EEG de 14 canales, que se utilizarán como dispositivo de grabación EEG principal (Figura 3A).
- Empareje los auriculares con un ordenador cercano a través del receptor USB universal suministrado (dongle). Inserte el dongle en el puerto USB de la computadora, encienda los auriculares a través del botón de encendido, abra el software de auriculares EEG de 14 canales en una computadora y seleccione el botón Conectar en la aplicación junto al ID de auriculares que se muestra (consulte la Tabla de materiales).
- Saturar completamente los sensores de fieltro suministrados con solución salina.
- Instale los sensores saturados en los brazos de plástico negro de los auriculares girando suavemente cada sensor en el sentido de las agujas del reloj hasta que se sienta un "clic" y el sensor se sienta seguro.
3. Evaluación de la base de referencia de los participantes
- Obtener el consentimiento de todos los participantes que hayan pasado las preguntas de selección para participar en el estudio antes de que comience la temporada de rugby.
- Pida a los participantes consentidos que se sienten en una silla en un ambiente cerrado tranquilo con luz ambiental natural, como una sala de oficina. Mientras los participantes están sentados, ajuste el auricular EEG de 14 canales a las cabezas de los participantes deslizando la diadema hacia abajo desde la parte superior de su cabeza. Organice los electrodos de acuerdo con el sistema Internacional 10-20 (Figura 3B)28,29. Coloque los dos sensores frontales de los auriculares en línea con la línea del cabello de los participantes o aproximadamente tres dedos de ancho por encima de las cejas de los participantes.
NOTA: Si los participantes tienen el cabello grueso, trabaje el sensor debajo del cabello y agregue solución salina adicional. Si el sujeto se mueve de la posición sentada estacionaria o hay un cambio en la configuración ambiental durante la evaluación, puede ocurrir un artefacto (Figura 4), y los datos de SSVEP no deben recopilarse para el análisis (descartados).- Utilice los electrodos occipitales (O1 y O2) como electrodos de registro principales y los electrodos parietales (P3 y P4) como electrodos de tierra y de modo común (referencia) (Figura 3B).
- Asegúrese de que haya una conexión adecuada entre el auricular y la cabeza de los participantes utilizando un software de calidad de contacto antes de continuar con las pruebas. Los electrodos verdes indican una buena calidad de contacto (<20 kOhms) de acuerdo con los estándares del fabricante.
- En el caso de que no se lograra una buena calidad de contacto para todos los canales de electrodos de interés (O1, O2), vuelva a saturar los sensores con solución salina y vuelva a verificar el posicionamiento para garantizar que los sensores estén lo más enrasados posible contra el cuero cabelludo.
NOTA: Se debe obtener una buena calidad de contacto para asegurar la conectividad eléctrica entre el cuero cabelludo y los electrodos, minimizando los posibles artefactos (Figura 4).
- En el caso de que no se lograra una buena calidad de contacto para todos los canales de electrodos de interés (O1, O2), vuelva a saturar los sensores con solución salina y vuelva a verificar el posicionamiento para garantizar que los sensores estén lo más enrasados posible contra el cuero cabelludo.
- Pida a los participantes que sostengan el teléfono inteligente de prueba dentro del marco de realidad virtual hasta los ojos, enrojecido contra sus caras y el puente nasal, asegurándose de que ambos ojos estén completamente cubiertos.
- Haga que los participantes confirmen que el número focal es visible en el centro de la pantalla y que el marco está bloqueando la luz ambiental.
- Retire el marco de realidad virtual de la cara de los participantes e infórmeles que ahora se iniciará el video de estímulo visual. Luego devuélvalos de vuelta el marco VR para volver a aplicarlo en la misma posición que el paso 3.4.1.
- Recuerde a los participantes que deben concentrarse en el número focal y permanecer quietos y callados durante la duración de la prueba SSVEP.
- Inicie el video de estímulo visual presionando el botón Reproducir en la pantalla del teléfono inteligente y luego haga que los participantes coloquen el marco vr en su cara (según el paso 3.4).
- Pida a los participantes que confirmen que tienen el marco VR en la posición correcta según el paso 3.4. Después de la confirmación del participante, comience simultáneamente un cronómetro de cuenta regresiva durante 30 s y luego seleccione el botón Iniciar grabación en el software de auriculares EEG de 14 canales para comenzar a grabar en los auriculares EEG.
- Una vez que finalice el período de 30 s, detenga la grabación de EEG seleccionando el botón Detener en el software de auriculares EEG de 14 canales.
- Retire el marco vr de los ojos de los participantes e infórmeles que la primera evaluación de SSVEP está completa.
- Guarde la respuesta SSVEP grabada en la cuenta local haciendo clic en el botón Sesiones guardadas en el software de auriculares EEG de 14 canales. Exporte el archivo guardado como un archivo de formato de datos europeo (EDF) a un dispositivo de hardware de almacenamiento preferido.
NOTA: Los archivos EDF deben etiquetarse con las iniciales, la fecha, la hora y el tipo de prueba realizada (línea de base, posterior a la lesión o recuperación) del participante para fines de identificación y almacenamiento. - Repita el protocolo de evaluación SSVEP (pasos 3.2 a 3.9) en rápida sucesión después del paso 3.9.
NOTA: Esto se lleva a cabo como la segunda lectura de las dos evaluaciones y produce una lectura de EEG consistentemente más clara. - Una vez que el par de evaluaciones de SSVEP se hayan completado con éxito, haga que el participante retire el marco vr de sus ojos y retire cuidadosamente los auriculares de las cabezas de los participantes.
- Retire los sensores de electrodos de los auriculares y guárdelos en una funda protectora adecuada hasta su próximo uso para asegurarse de que la solución salina no corroa los electrodos de los auriculares.
- Limpie tanto el auricular como el marco del teléfono inteligente + con toallitas de alcohol isopropílico (70%) antes de almacenar ambas piezas de equipo en sus respectivos estuches hasta su próximo uso.
- Pregúntele al participante si experimentó alguna reacción anormal al estímulo, incluida la presencia de dolor de cabeza o mareos. Registre la respuesta en un registro de estudio.
- Informar al participante que ha completado sus pruebas de referencia y será evaluado nuevamente dentro de las 72 h del próximo juego competitivo de la temporada.
4. Evaluación posterior al perjuicio
- Asegúrese de que cualquier impacto en el campo sospechoso de ser una conmoción cerebral sea registrado e informado al investigador del estudio por el médico del equipo o el jugador.
- Obtenga evaluaciones posteriores a la lesión de cualquier jugador que haya sido reportado en el paso 4.1 dentro de las 72 h posteriores al incidente utilizando el protocolo SSVEP detallado en la sección 3.
- Asegúrese de que todos los jugadores se sometan a una evaluación SSVEP posterior a la lesión, que es evaluada por el médico del equipo (ver sección 5) para determinar cuándo el jugador se ha recuperado de la lesión y puede regresar al entrenamiento y los juegos de contacto completo. Asegúrese de que el diagnóstico del médico del equipo se registre con fines de investigación.
- Informe al jugador que será reevaluado con el sistema SSVEP una vez que el médico del equipo lo considere recuperado.
5. Evaluaciones clínicas de conmociones cerebrales
- Asegúrese de que todos los jugadores sean evaluados por el médico del equipo dentro de las 72 h de un posible impacto generador de conmoción cerebral.
NOTA: El médico del equipo debe ser un profesional con licencia con experiencia clínica en la evaluación de lesiones relacionadas con el deporte y aprobado por el organismo rector de un deporte relevante.- Haga que el médico del equipo realice un examen neurológico además de usar elementos de la Herramienta de Evaluación de Conmoción Cerebral Deportiva (SCAT) para determinar el estado de conciencia del jugador y la presencia de cualquiera de los signos y síntomas comunes asociados con la conmoción cerebral15.
NOTA: Las evaluaciones se realizan con el comportamiento y el comportamiento típicos del jugador como referencia.
- Haga que el médico del equipo realice un examen neurológico además de usar elementos de la Herramienta de Evaluación de Conmoción Cerebral Deportiva (SCAT) para determinar el estado de conciencia del jugador y la presencia de cualquiera de los signos y síntomas comunes asociados con la conmoción cerebral15.
- De acuerdo con las pautas30 de Rugby Australia's Graduated Return to Play (GRTP), asegúrese de que el jugador sea reevaluado por el mismo médico del equipo dentro de las 48 h posteriores a un diagnóstico de conmoción cerebral, y nuevamente una vez por sesión de práctica hasta que se autorice a volver a jugar30.
- Asegúrese de que los jugadores se sometan a una evaluación final con el médico del equipo para determinar si se han recuperado clínicamente, antes de permitirles regresar a la práctica o los juegos de contacto completo. El médico debe determinar el estado de lesión del jugador en función de la mejora en las pruebas de SCAT y la reducción de los síntomas asociados y cualquier comportamiento atípico, que se observó anteriormente.
NOTA: Esta evaluación final debe ocurrir después de un mínimo de 12 días después de la lesión según GRTP.- Registre la determinación del médico del estado de lesión del jugador (conmocionado o recuperado) con fines de investigación.
6. Evaluación de la recuperación
- Evalúe a los jugadores que se consideraron recuperados en el paso 5.3 utilizando el protocolo SSVEP detallado en la sección 3 para obtener una respuesta SSVEP de recuperación.
7. Evaluación de fiabilidad test-retest
- Asegúrese de que todos los participantes no lesionados sean sometidos a nuevas pruebas dentro de las 72 horas siguientes a cada juego competitivo de la temporada con el sistema portátil SSVEP en la misma configuración que se detalla en la sección 3 para obtener datos sobre la confiabilidad del sistema para la prueba-reprueba.
8. Procesamiento de datos de SSVEP
- Genere un script de computación numérica que pueda importar y procesar todos los archivos de datos EDF grabados de las secciones 3-7 (consulte la Tabla de materiales).
- Aplique un filtro de paso de banda Butterworth con frecuencias de esquina a 5 Hz y 40 Hz a los voltajes SSVEP en bruto obtenidos con los auriculares EEG de 14 canales para minimizar los efectos del ruido de baja frecuencia, la compensación de voltaje de CC y la alimentaciónde red 31.
- Aplique una transformación rápida de Fourier (FFT) a los valores SSVEP filtrados para analizar los datos en el dominio de frecuencia32.
- Normalice los valores FFT de los canales de electrodos O1 y O2 para generar una sola matriz de valores para el trazado gráfico como densidad del espectro de potencia (Figura 5).
- Una vez que se han procesado los datos de EEG, calcule la relación señal-ruido (SNR) de cada archivo de datos dividiendo la magnitud a 15 Hz por la magnitud promedio entre 5-40 Hz. La fórmula SNR es:
Donde:
Amplitud15Hz = El voltaje de la banda de frecuencia de 15 Hz (μV)
Amplitud Media = Tensión media de todas las bandas de frecuencias entre 5-40 Hz (μV) - Asegúrese de que todos los datos (EDF sin procesar, EDF procesado, valor SNR, comentarios y fechas del estado de lesión de los jugadores) se guarden en carpetas debidamente etiquetadas para fines de investigación.
9. Análisis estadístico
- Combine los archivos de datos de los jugadores en una hoja de valores separados por comas (CSV) categóricamente (columnas separadas para la línea de base, la conmoción cerebral y la lectura de recuperación).
- Utilice el SNR de cada lectura de SSVEP para comparar los diferentes grupos. Expresar todos los datos resumidos como medianas con un rango intercuartílico (IQR) de25º a 75º , con un nivel de significación estadística de alfa (α) = 0,05 establecido, y todos los niveles de varianza mostrados en la desviación estándar (± S.D.). Utilice software de análisis estadístico (consulte la Tabla de materiales) para el análisis de los valores SNR del grupo.
- Evalúe la normalidad de los valores SNR de todos los jugadores utilizando una prueba de Shapiro-Wilk.
- Compare el SNR medio entre los tres grupos de evaluación mediante pruebas t pareadas (entre lecturas de conmoción cerebral basal, lecturas recuperadas por conmoción cerebral y lecturas recuperadas de línea de base ) para los jugadores que experimentaron los tres tipos de evaluaciones. Asegúrese de que se aplique una corrección de comparación múltiple utilizando una corrección de Bonferroni.
- Calcule el tamaño del efecto de las comparaciones de la prueba t utilizando D32 de Cohen.
- Estimar la fiabilidad test-retest utilizando un modelo 3, tipo k coeficiente de correlación intraclase (ICC); ICC(3,k) con un intervalo de confianza (IC) del 95% para examinar la concordancia entre la línea de base y las pruebas repetidas a lo largo de la temporada.
NOTA: El experimento se puede pausar aquí y reiniciar en un momento posterior.
10. Configuración mejorada del sistema SSVEP portátil
NOTA: El sistema descrito en esta sección es una configuración todo en uno que ha sido diseñada para permitir un proceso de medición más eficiente, tanto más rápido como con mayor comodidad para el participante. Tenga en cuenta que la configuración descrita en las secciones 2-6 es un prototipo simplista que consiste en numerosas piezas de equipo fusionadas para generar un sistema de prueba de concepto. El esquema de protocolo que utiliza este sistema se presenta en la Figura 6.
- Obtener un sistema SSVEP portátil que contenga un estímulo visual y una configuración de electrodo equivalente al sistema descrito en la sección 2 (ver Figura 7A).
- Descargue la aplicación SSVEP del sistema desde la tienda de aplicaciones de iOS en un dispositivo que opere iOS (consulte la Tabla de materiales).
- Asegúrese de que el equipo de investigación esté familiarizado con las instrucciones de uso (IFU) del sistema SSVEP portátil y su aplicación iOS suministrada, que permite la activación del dispositivo SSVEP y el almacenamiento local de las lecturas de EEG.
- Genere cuentas de sujeto en la aplicación iOS siguiendo las instrucciones de uso (IFU) del sistema SSVEP portátil. Abra la aplicación, seleccione la pestaña Sujetos y, a continuación, pulse el botón Agregar nuevo asunto .
11. Configuración del sistema EEG de referencia
- Obtenga una unidad amplificadora de EEG de grado clínico validada con una configuración de electrodo modular que no contenga un componente de estímulo visual (Figura 7C).
- Asegúrese de que el equipo de investigación esté familiarizado con las instrucciones de uso (IFU) del sistema de EEG clínico y su aplicación de software de neurología clínica suministrada (consulte la Tabla de materiales), que permiten la activación del amplificador y el almacenamiento local de las lecturas de EEG.
12. Validación EEG de un sistema SSVEP portátil mejorado
- Reclutar participantes adultos sanos y de habla inglesa utilizando los mismos criterios de exclusión detallados en la sección 1. Dar su consentimiento a estos participantes para el estudio de validación del sistema SSVEP.
- Asigne aleatoriamente a los participantes un número del 01 al 20. Evalúe a los participantes con un número impar asignado primero con el sistema SSVEP portátil y luego con el sistema EEG clínico (pasos 12.3-12.16). Viceversa para los participantes asignados con números pares (pasos 12.10-12.14, luego 12.3-12.9, luego 12.15-12.16) (Figura 6).
- Configure los auriculares SSVEP según las instrucciones de uso (IFU): cargue completamente los auriculares y empareje Bluetooth con la aplicación SSVEPiOS. Inserte los cilindros del sensor de poliuretano suministrados en los canales de los electrodos y sature con solución salina normal.
- Coloque los auriculares SSVEP en la cabeza del participante según la IFU del sistema, con la parte inferior de la unidad de carcasa trasera situada directamente sobre la inión del participante, la carcasa del visor frontal colocada de forma segura sobre sus ojos y el puente nasal y el auricular apretado a través de las correas de ajuste elásticas y las hebillas de sujeción.
- Compruebe el indicador de impedancia de la aplicación SSVEP iOS para garantizar una conexión adecuada entre los auriculares y la cabeza del participante antes de realizar la prueba. Los indicadores visuales verdes en la aplicación asociada (impedancia <15 kOhms) indican una buena calidad de contacto de acuerdo con los estándares del fabricante.
- Si no se logra una buena calidad de contacto para todos los canales de electrodos de interés, vuelva a saturar los sensores con una solución salina normal y vuelva a verificar el posicionamiento para asegurarse de que los sensores estén lo más enrasados posible contra el cuero cabelludo.
NOTA: Se debe obtener una buena calidad de contacto para asegurar la conectividad eléctrica entre el cuero cabelludo y los electrodos, minimizando los posibles artefactos (Figura 4). - Asegúrese de que el participante se sienta cómodo. Dígales que permanezcan quietos, tranquilos y silenciosos mientras están sentados y mirando hacia adelante en las luces, y que solo parpadeen cuando sea necesario. Si el sujeto se mueve desde la posición sentada estacionaria o hay un cambio en la configuración ambiental durante la evaluación, puede ocurrir un artefacto (Figura 4) y los datos de SSVEP no deben recopilarse para el análisis (descartarse).
- Si no se logra una buena calidad de contacto para todos los canales de electrodos de interés, vuelva a saturar los sensores con una solución salina normal y vuelva a verificar el posicionamiento para asegurarse de que los sensores estén lo más enrasados posible contra el cuero cabelludo.
- Inicie el estímulo visual presionando el botón Comenzar prueba en la aplicación iOS. Cuando se le solicite, presione el botón Continuar para pasar a la siguiente etapa de prueba. El estímulo visual se ejecuta el doble según la IFU del sistema, obteniendo una lectura preliminar y primaria de SSVEP.
- Una vez completada la evaluación de SSVEP, retire los auriculares SSVEP de la cabeza del participante. Permita que los sujetos se relajen durante un mínimo de 30 s.
- Para obtener un valor de fiabilidad test-retest, repita el protocolo de evaluación SSVEP con el sistema SSVEP (pasos 12.3 a 12.7) después del final del período de descanso.
- Permita que los participantes descansen durante 5 minutos antes de continuar con el siguiente sistema de EEG.
- Configure el amplificador de EEG clínico según IFU: encienda el amplificador conectándose a una computadora a través de un dongle USB provisto y un cable de alimentación, conecte cinco cables de electrodo en las respectivas posiciones de 10-20 EEG de 01, O2, OZ, P1 y P2, abra el software de EEG de neurología clínica en una computadora y cree un nuevo estudio (a través de la pestaña Grabar ).
- Aplique el gel de preparación del cuero cabelludo en la región occipital de la cabeza del participante, frotando el gel en el sentido de las agujas del reloj con los dedos para extenderlo en una capa delgada.
- Coloque la tapa del electrodo sobre la cabeza del participante según la IFU del sistema EEG clínico. Aplique el gel conductor a los cinco parches de electrodos con cuidado y con las manos limpias.
- Coloque los cinco parches de electrodos en el cuero cabelludo del participante en las respectivas posiciones O1, O2, O3, P1 y P2 según la nomenclatura de posicionamiento 10-20 EEG.
- Verifique el indicador de impedancia de la aplicación de impedancia de la aplicación del amplificador EEG clínico para garantizar una conexión adecuada entre el auricular y la cabeza del participante antes de la prueba. Los valores de impedancia de <15 kOhms se consideran aceptables para la aplicación de EEG.
- En el caso de que no se logre una buena calidad de contacto para todos los canales de electrodos de interés, vuelva a aplicar los geles de preparación y vuelva a verificar el posicionamiento para asegurarse de que los sensores estén lo más enrasados posible contra el cuero cabelludo.
- Indique al participante que sostenga la visera frontal del dispositivo SSVEP sobre sus ojos según el paso 12.4, mientras que un asistente de investigación mantiene la unidad de carcasa trasera lejos del cuero cabelludo.
- Repita las instrucciones descritas en la sección 12.5.2.
- Inicie la grabación del amplificador EEG presionando el símbolo rojo Record ubicado en la esquina superior izquierda del software de neurología clínica. Inmediatamente después del inicio de la grabación, inicie el estímulo visual presionando el botón Comenzar prueba en la aplicación iOS.
- Presione el símbolo rojo Record para detener la grabación del amplificador EEG una vez que se le indique que el sistema SSVEP ha cesado la primera ronda de estímulo y está esperando que el comando continúe.
- Reinicie la grabación del amplificador EEG presionando el símbolo rojo Record en el software de neurología clínica y luego continúe con el estímulo visual seleccionando el botón Continuar en la aplicación SSVEP iOS.
- Presione el símbolo rojo Record para detener la grabación del amplificador EEG una vez que se le indique que el sistema SSVEP ha cesado el estímulo visual.
- Permita que el sujeto se relaje durante un mínimo de 30 s. Para obtener un valor de fiabilidad test-retest, repita el protocolo de evaluación SSVEP con el sistema EEG clínico (pasos 12.10 a 12.13) después del final del período de descanso (dos pruebas totales: Test 1 / Test 2).
- Una vez que el par de evaluaciones de SSVEP se hayan completado con éxito, haga que el participante retire la visera frontal de sus ojos y separe cuidadosamente los parches de electrodos de su cuero cabelludo.
- Limpie tanto los auriculares SSVEP como los cables de los electrodos con toallitas de alcohol isopropílico (70%) antes de almacenar ambos equipos en sus respectivos estuches hasta su próximo uso.
- Pregúntele al participante si experimentó alguna reacción anormal al estímulo, incluida la presencia de dolor de cabeza o mareos. Registre sus respuestas en un registro del estudio antes de informarles que han completado su participación en el estudio.
13. Cálculo de fiabilidad test-retest del sistema SSVEP portátil
- Descargue los valores de SSVEP sin procesar de ambos conjuntos de pruebas principales de SSVEP desde el dispositivo iOS utilizando un software de utilidad de administración móvil; los resultados se generarán como archivos de valores separados por comas (CSV). Para fines de identificación y almacenamiento, guarde los archivos utilizando el nombre completo del participante, el tipo de prueba realizada y la fecha.
- Modifique el script de cálculo numérico generado en la sección 8 para procesar los archivos CSV con una matriz adicional de valores SSVEP del canal de grabación Oz .
- Recopile los archivos de datos procesados en una matriz de hojas CSV, con valores resumidos de acuerdo con su respectiva categoría de Prueba 1 o Prueba 2.
- Utilice el SNR de cada lectura de SSVEP para comparar los resultados de las diferentes pruebas. Estimar la fiabilidad test-retest utilizando un modelo 2, coeficiente de correlación interclase tipo 1 ICC (2,1) con un intervalo de confianza (IC) del 95% y α nivel de significancia establecido en 0,05.
14. Cálculo test-retest del sistema EEG clínico
- Descargue los valores SSVEP sin procesar de ambos conjuntos de pruebas primarias de amplificadores EEG desde el software de neurología clínica; los resultados se generarán como archivos CSV. Para fines de identificación y almacenamiento, guarde los archivos utilizando el nombre del sujeto y el tipo de prueba realizada.
- Repita la sección 13.2-13.4 utilizando los archivos CSV del amplificador EEG descargados para estimar la fiabilidad de prueba-reprueba del sistema EEG clínico.
15. Cálculo de acuerdo de los sistemas portátiles SSVEP y EEG clínico
- Describa los criterios para determinar si el sistema EEG detectó un SSVEP (criterios recomendados: si el pico de la señal principal entre 5-35 Hz es de 15 ± 0,1 Hz, y si la puntuación Z del pico principal es superior a 5).
- Modifique el script de cálculo numérico generado en las secciones 12 y 13 para determinar adicionalmente la frecuencia máxima y la puntuación Z de los archivos SSVEP que se procesan. La fórmula para la puntuación Z es.
Dónde:
Pico de amplitud = El voltaje a la frecuencia máxima (μV)
Promedio de amplitud = El voltaje promedio de todas las bandas de frecuencia entre 5-35 Hz (μV) - Realizar un análisis binomial de la capacidad de los sistemas EEG para detectar con éxito un SSVEP utilizando los criterios descritos, con probabilidad binomial (%) que se tomará como acuerdo entre los dos sistemas. Las grabaciones preliminares y primarias para cada sistema se utilizarán para calcular el nivel de acuerdo entre dos conjuntos de datos, respectivamente.
- Utilice la puntuación Z de cada lectura de SSVEP para comparar los diferentes sistemas de EEG. Exprese todos los datos resumidos como medianas con un rango intercuartílico (IQR)de 25º a 75º. Utilice software de análisis estadístico para el análisis estadístico de los valores procesados del sistema.
- Modificar el script de computación numérica generado en las secciones 12 y 13 para determinar adicionalmente el SNR promedio para cada frecuencia que resultó en un punto de datos que va de 0 a 25 Hz, de TODOS los archivos SSVEP (preliminares y primarios) generados por el SSVEP y el Sistema EEG Clínico.
- Crear una densidad de espectro de potencia (PSD) de ambos sistemas normaliza los resultados promedio de SNR entre 0-25 Hz (ver Resultados representativos).
NOTA: Cree una serie de datos separada para cada sistema EEG y colóquela en el mismo PSD.
- Crear una densidad de espectro de potencia (PSD) de ambos sistemas normaliza los resultados promedio de SNR entre 0-25 Hz (ver Resultados representativos).
Representative Results
Un total de 65 jugadores masculinos de rugby (20,9 ± 2,3 años de edad) se inscribieron con éxito en la primera sección de este estudio, y todos los jugadores se sometieron a una evaluación SSVEP de referencia (Figura 1). A lo largo de la temporada de rugby, 12 participantes sufrieron una posible lesión por conmoción cerebral en el campo de juego y fueron reevaluados con el sistema SSVEP para una evaluación posterior a la lesión. El médico del equipo evaluó a estos jugadores utilizando un protocolo clínico de evaluación de conmociones cerebrales y diagnosticó a estos 12 participantes como conmocionados. Los doce se consideraron recuperados por el médico dentro del período de tiempo GRTP de 12 días30. Tras la determinación del médico de que los jugadores estaban recuperados, 8 jugadores estaban disponibles para un SSVEP adicional; categorizado como una evaluación de recuperación. Veintidós jugadores que no fueron conmocionados fueron sometidos a nuevas pruebas para fines de confiabilidad del estudio a lo largo de la temporada. Los participantes restantes que no se volvieron a realizar la prueba se perdieron durante el seguimiento. No se informaron eventos adversos después de la estimulación de SSVEP durante la duración del estudio. La fiabilidad del sistema SSVEP utilizado en los jugadores de rugby fue confirmada por un alto coeficiente de correlación intraclase (ICC) con un intervalo de confianza del 95%, igual a 0,91 (0,79-0,96) para los jugadores no lesionados reexaminados (n = 22) y 0,96 (0,74-0,99) para los jugadores recuperados reexaminados33. Para este cálculo se consideraron conjuntos de datos en los que se logró una buena calidad de contacto. Esto es el resultado de algunas ocasiones en las que el potencial de cabello o piel de los participantes afectó la capacidad de los sistemas EEG para obtener SSVEP limpio (Figura 4).
Con el fin de determinar si el SSVEP producido a través de este sistema de investigación puede ser utilizado como un biomarcador para la conmoción cerebral, los valores de SNR de los resultados procesados se agruparon en evaluaciones de línea de base (control), conmociones cerebrales y de recuperación para la comparación (Figura 1). En general, la mediana del SNR para todos los reproductores de control (n = 65) fue de 4,80 [IQR: 4,07-5,68], con el EEG procesado promedio del grupo de control mostrando una señal pico clara de 15 Hz en el espectro de frecuencias respectivo33. Una respuesta similar se observó cuando los valores promedio de SSVEP de un grupo de control separado (n = 20; población general sana) producidos por el mismo estímulo visual pero registrados con un sistema de EEG diferente, se graficaron como una densidad de espectro de potencia (Figura 5). Esta distribución mediana y densidad del espectro de potencia permitió establecer un control claro para una respuesta SSVEP de un jugador no lesionado (no conmocionado) a la configuración de investigación (Figura 2, Figura 3). La mediana del SNR de todos los jugadores conmocionados (n = 12) y los jugadores recuperados con evaluaciones SSVEP disponibles (n = 8), fue de 2.00 [IQR: 1.40-2.32] y 4.82 [IQR: 4.13-5.18], respectivamente33. El estudio piloto observó diferencias significativas en los valores medios de SNR (+4,03; p < 0,0001) entre los jugadores de control (basalizados) y los conmocionados. Una conmoción cerebral tuvo un gran efecto sobre una señal SSVEP (Cohens, d = 4.03). Curiosamente, se observó que el grupo de jugadores recuperados tenía una varianza SNR diminuta (+0,02; p = 0,0495) justo en significación (α < 0,05), con efecto trivial en comparación con el grupo control (Cohens, d = 0,17)33. Esto indica que después de una recuperación completa, según las pautasGRTP 30, los valores de SSVEP son equivalentes para un jugador conmocionado y no lesionado. Además, se observó que la mediana del SNR era significativamente diferente (+2,80; p = 0,0002) entre el grupo de jugadores conmocionados y recuperados, lo que demuestra que el período de recuperación ha tenido un gran efecto en la señal SSVEP del jugador conmocionado (Cohens, d = 3,60)33.
Se observó una respuesta similar en la varianza mediana del SNR al comparar solo a los jugadores que se sometieron a las tres formas de prueba (n = 8; líneas de base, conmoción cerebral y recuperación). Se observó un cambio significativo entre basales vs conmoción cerebral (-2,34; p = 0,0001) y conmocionado vs recuperación (-2,72; p = 0,0002), mientras que se observó una varianza menor entre líneas de base vs recuperación (+ 0,28; p = 0,0495), con un efecto trivial entre estos grupos (Cohens d = 0,17). Estos hallazgos se reforzaron al tomar los valores promedio de SNR de los jugadores que se sometieron a las tres formas de prueba. El SNR promedio de las lecturas de línea de base, conmoción cerebral y recuperación de estos jugadores fue de 4.45, 2.20 y 4.33, respectivamente. Se observó una diferencia significativa entre los grupos basal vs conmocionado (p = 0,0001) y conmocionado vs recuperación (p = 0,0002). La variación en los valores promedio de SNR entre el grupo de recuperación y el grupo basal fue pequeña, pero solo significativa (p = 0,0495). En general, la respuesta al estímulo fue menor en los jugadores conmocionados en comparación con su evaluación inicial. Después de un período de recuperación monitoreado, estos jugadores finalmente pudieron generar una respuesta equivalente a su evaluación inicial (de referencia)33. Esto demuestra que una conmoción cerebral relacionada con el deporte tiene un impacto en la capacidad de un individuo para generar SSVEPs durante un período mínimo de 12 días. Si la respuesta SSVEP de un individuo se midió rutinariamente de manera similar a este protocolo (Figura 1): línea de base, post-lesión, recuperación, un profesional de la salud podría utilizar potencialmente los SSVEPs como un biomarcador para la conmoción cerebral.
El sistema SSVEP portátil todo en uno (Figura 7A), se utilizó en (n = 20) sujetos de control sanos de la población general, no especificados para el deporte del rugby. Dado que se trata de un dispositivo en investigación con un sistema de electrodos diferente (Figura 7B) y estímulos ligeramente variados de la configuración inicial de SSVEP, los valores de SNR medio y promedio no fueron válidos para la comparación (Tabla 1). Del mismo modo, dado que los participantes no participaron en deportes con una alta ocurrencia de conmoción cerebral, el sistema SSVEP no se evaluó como un marcador SSVEP para la conmoción cerebral. En su lugar, se realizó un estudio de confiabilidad de prueba-reprueba para validar el sistema para su uso futuro en ensayos a gran escala (Figura 6). El sistema SSVEP arrojó una alta correlación de 0,81 (IC: 0,59-0,92), lo que indica que el dispositivo es fiable en la obtención de SSVEP (Tabla 2). Además, la precisión de la tecnología EEG de los sistemas se validó a través de un estudio de acuerdo contra un sistema EEG tradicional de grado clínico (Figura 7C), que arrojó un valor ICC similar de 0,83 (IC: 0,63-0,93) (Tabla 2). La primera repetición de la prueba (preliminar) dio como resultado que 18/20 participantes mostraran un acuerdo entre ambos sistemas para una probabilidad binomial del 95%. Para un participante, los dispositivos no estuvieron de acuerdo debido a que el sistema SSVEP detectó un ritmo alfa más prominente que la respuesta de señal deseada de 15 Hz (Figura 8). Para el otro participante, no se identificó SSVEP con el sistema de EEG clínico (Figura 9). Sin embargo, en la segunda repetición (primaria), los 20 participantes tuvieron un acuerdo entre ambos sistemas para una probabilidad binomial del 100%. La precisión general de los dos sistemas para producir un SSVEP se ilustra en la Figura 10, que representa ambos sistemas que tienen un SNR prominente únicamente a la frecuencia estimulada: 15 Hz. Esto valida el sistema portátil como funcionalmente equivalente a los dispositivos de grado clínico que se utilizan para registrar señales de EEG. Cuando se toma en combinación con la portabilidad y facilidad de uso del sistema SSVEP, abre una variedad de aplicaciones para la captura de SSVEP de calidad de investigación fuera del entorno clínico, como en un estudio de caso de SRC a gran escala.
Figura 1: Metodología del diagrama de flujo de la participación de los atletas en el estudio SRC-SSVEP. El diagrama de flujo detalla la evaluación de la elegibilidad de los participantes y la asignación de grupos a lo largo de la duración del estudio SRC-SSVEP de los jugadores aficionados de rugby. SRC; conmoción cerebral relacionada con los deportes. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Componente de estímulo visual del sistema portátil SSVEP. (A) Smartphone LCD con vídeo cargado y visualizado, instalado dentro de un marco de realidad virtual de cartón. Se requiere que el participante sostenga el marco de realidad virtual al ras de su cara y el puente nasal asegurando que ambos ojos estén completamente encerrados por el marco. B) Ilustración del estímulo visual; bucle de vídeo creado de pantallas alternas blancas (fila superior) y negras (fila inferior) a una frecuencia de 15 Hz. Cada pantalla contenía dos marcos separados por una línea divisoria vertical alineada con el campo de visión del ojo izquierdo y derecho del marco VR. Cada fotograma contenía un punto focal en forma de un número en su centro que se alternaba dentro de un rango de 1-9 a intervalos de 5 s. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario. LCD; pantalla de cristal líquido. RV; realidad virtual. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Componente EEG inalámbrico del sistema SSVEP portátil. (A) Auriculares EEG de 14 canales capaces de transmitir datos de forma inalámbrica a un receptor cercano conectado a un ordenador. (B) Un mapa visual de las 14 posiciones de los electrodos con respecto al sistema internacional de EEG 10-20 para la colocación de electrodos en estudios de EEG en humanos. Se utilizaron dos electrodos occipitales (O1 y O2) como electrodos de registro, mientras que dos electrodos parietales se utilizaron como sustracción y tierra en modo común (P3 y P4, respectivamente) en el estudio SRC-SSVEP. EEG; electroencefalografía. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario. SRC; conmoción cerebral relacionada con los deportes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Ilustración de la importancia de la calidad del contacto en las mediciones de SSVEP. Respuestas SSVEP de un solo sujeto control (población general sana) medidas con el sistema SSVEP, con una frecuencia de estímulo establecida de 15 Hz y una frecuencia de muestreo de 250 Hz, cuando: (A) se utiliza solución salina atípica en electrodos, (B) los electrodos no se trabajan adecuadamente a través del cabello sujeto para entrar en contacto con el cuero cabelludo, (C) los electrodos están saturados con solución salina y se trabajan a través del cabello. La solución salina es esencial para garantizar la conectividad eléctrica entre la cabeza de los pacientes y los electrodos; sin él, los artefactos de potencial de piel de gran amplitud se observan de manera armónica. El cabello actúa como una resistencia que minimiza la conectividad eléctrica entre el cuero cabelludo del paciente y los electrodos y, por lo tanto, aumenta el ruido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Respuesta promedio de SSVEP de 20 sujetos de control en el estudio de validación de EEG. Respuestas SSVEP de sujetos de control (población general sana) (n = 20) medidas con el sistema SSVEP, con una frecuencia de estímulo establecida de 15 Hz y una frecuencia de muestreo de 250 Hz. Los valores individuales de SSVEP se filtraron entre 5-40 Hz antes de ser transformados y normalizados rápidamente por Fourier. El SSVEP promedio de la población se ilustra como una densidad de espectro de potencia, con el eje y que representa la amplitud de la señal en microvoltios (uV). SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Metodología de diagrama de flujo del estudio de validación de EEG entre dos sistemas. El diagrama de flujo detalla la metodología de validación de un sistema de EEG portátil contra un sistema de referencia de EEG establecido: los sistemas SSVEP y EEG clínico, respectivamente. Los participantes de control (población general sana) son examinados y se les asigna aleatoriamente una orden de prueba y dos pruebas realizadas en cada sistema de una manera de prueba-reprueba. EEG; electroencefalografía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: Descripción general de los electrodos para el estudio de validación de EEG entre dos sistemas. (A) El sistema SSVEP portátil mejorado. (B) La norma internacional 10-20 EEG modificó el sistema de nomenclatura combinatoria. (C) El sistema de referencia clínico EEG establecido. El sistema SSVEP mide las señales de EEG a través de sus tres canales de electrodos occipitales (O1, O2 y Oz) mientras utiliza los dos canales parciales de electrodos (P1 y P2) como referencia y sesgo, respectivamente. El sistema EEG clínico permite la medición de señales EEG a través de su amplificador de 40 canales, que se puede colocar manualmente en la misma disposición O1, O2, Oz, P1, P2 que el sistema SSVEP para la comparación. EEG; electroencefalografía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8: Densidad del espectro de potencia de la respuesta SSVEP de un solo participante de control (participante 09) medida por dos sistemas EEG. (A) El sistema SSVEP. (B) El sistema de EEG clínico. Ambas mediciones se obtuvieron utilizando el mismo estímulo visual (del sistema SSVEP): un estímulo de desplazamiento de 15 Hz de LED blancos en un estuche cerrado. Observe cómo a pesar de la prominente respuesta de 15 Hz observada en ambos sistemas, el pico más alto absoluto para el sistema SSVEP fue de 10.5 Hz en lugar de los 15 Hz estimulados. Según los criterios del estudio de acuerdo, en el que los sistemas deben detectar la frecuencia estimulada como la amplitud máxima (primaria), esto constituye un fallo. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario. LED; diodos emisores de luz. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9: Densidad del espectro de potencia de la respuesta SSVEP de un solo control (población general sana) (participante 19) medida por dos sistemas EEG. (A) El sistema SSVEP. (B) El sistema de EEG clínico. Ambas mediciones se obtuvieron utilizando el mismo estímulo visual (del sistema SSVEP); un estímulo de desplazamiento de 15 Hz de LED blancos en un estuche cerrado. Tenga en cuenta la falta de una respuesta prominente de 15 Hz para el sistema EEG clínico, ya que está rodeado de ruido de una magnitud similar. Según los criterios del estudio de acuerdo, en el que los sistemas deben producir una respuesta con una puntuación Z superior a 5, esto constituye un fracaso. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario. LED; diodos emisores de luz. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10: Una ilustración visual del acuerdo entre dos sistemas de EEG que miden SSVEP de los participantes de control. La respuesta promedio de SSVEP de (n = 20) sujetos de control (población general sana) se trazó como el SNR contra el rango de frecuencia de interés; 5-25 Hz para mediciones con los sistemas SSVEP (verde) y EEG clínico (rojo). Cada sujeto de control produjo dos conjuntos de datos para cada sistema en el estudio de validación de EEG generando un total de 40 conjuntos de datos SSVEP para cada sistema. Las respuestas ilustradas de los dos sistemas se superpusieron para visualizar qué tan estrechamente están de acuerdo en la medición de SSVEP cuando son estimulados por el mismo estímulo visual: LED blancos parpadeando a 15 Hz durante 30 s. El rango de frecuencia se filtra por debajo del armónico de 30 Hz previsto para centrarse únicamente en la respuesta primaria del estímulo. EEG; electroencefalografía. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario. SNR; relación señal-ruido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta 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 |
Tabla 1: Resumen estadístico de los participantes de control medido por dos sistemas de EEG. Se realizaron dos mediciones de SSVEP en (n = 20) sujetos de control (población general sana) utilizando un sistema de EEG portátil y un sistema de EEG clínico establecido; Los valores de SNR se calcularon a partir del SSVEP (tomando 15 Hz como señal primaria). Se calcularon estadísticas para cada conjunto de datos de medición, incluidos el rango intercuartílico mínimo,máximo, 25º y75º (IQR), mediana, media y desviación estándar (std dev). EEG; electroencefalografía. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario.
| Sistema EEG | Grupo | N | ICC (IC del 95%) | Tiempo medio entre pruebas (min) |
| Nurochek | Control | 20 | 0.81 (0.59-0.92) | 0.5 |
| Grael | Control | 20 | 0.83 (0.63-0.93) | 0.5 |
Tabla 2: Fiabilidad test-retest del sistema portátil SSVEP y de los sistemas EEG clínicos. La confiabilidad del SSVEP integrado y el sistema de EEG clínico se calcularon en base al coeficiente de correlación entre clases (ICC) con un intervalo de confianza (IC) del 95% a partir de dos pruebas realizadas con 30 s de diferencia, utilizando el mismo conjunto de individuos control (población general sana) (n = 20); CCI (2,1). Los valores de SNR (con 15 Hz como señal primaria) de las pruebas SSVEP se utilizaron como parámetro de interés para el cálculo ICC. EEG; electroencefalografía. SSVEP; potenciales evocados visuales en estado estacionario.
Discussion
Este es el primer estudio que desarrolla un protocolo que identifica diferencias en las respuestas de SSVEP en jugadores sanos de la unión amateur de rubí en las tres etapas de una conmoción cerebral; pre-lesión (línea de base), conmocionada y recuperada (Figura 1). El método incluyó el reclutamiento y la selección de 65 participantes que fueron evaluados rutinariamente con una configuración de SSVEP en investigación en el transcurso de una temporada competitiva. Como la configuración de SSVEP fue relativamente simple y portátil, todas las evaluaciones se realizaron en un entorno no clínico, lo que demuestra el uso potencial como una evaluación de conmoción cerebral en el punto de atención. El estudio demostró con éxito que la capacidad de un individuo para generar SSVEPs se atenúa después de una conmoción cerebral diagnosticada. Se observó que el impacto depresivo de una conmoción cerebral disminuía después de un período de recuperación definido, como se vio cuando los valores de SSVEP regresaron a un nivel previo a la conmoción cerebral para cada individuo. El análisis estadístico entre los grupos participantes mostró una significación en los efectos de atenuación de SSVEP. La alta fiabilidad de la prueba-reprueba en participantes no conmocionados destacó la estabilidad del biomarcador electrofisiológico en sistemas SSVEP portátiles simples y más refinados (Tabla 2). Adicionalmente, la concordancia absoluta entre un sistema SSVEP y un amplificador EEG tradicional, valida la tecnología para su uso como ayuda médica capaz de obtener señales EEG de calidad investigadora (Figura 10).
Dado que este estudio dependía de que los participantes se ofrecieran como voluntarios para las evaluaciones posteriores a la lesión, así como de las evaluaciones repetidas durante la temporada de rugby, se tuvieron que hacer algunas modificaciones logísticas al método. Los períodos de tiempo estimados entre la línea de base y las nuevas pruebas tenían que ser flexibles para adaptarse a los horarios de los participantes. A pesar de estas medidas, algunos jugadores todavía se perdieron para el seguimiento por una variedad de razones diversas, incluidas lesiones no relacionadas o falta de interés. Esto resultó en el uso de un cálculo estadístico más completo, ICC, para la confiabilidad del dispositivo a lo largo de las semanas. No se observaron eventos adversos en la configuración de SSVEP. Se encontraron algunos problemas logísticos que requirieron modificaciones menores del protocolo: el cabello largo o grueso en particular resultó problemático para adquirir un buen contacto entre el auricular y el cuero cabelludo del participante. Como el contacto deficiente disminuiría la calidad de las lecturas de EEG (Figura 4), se requirió que los participantes con cabello largo o grueso se cepillaran y sostuvieran su cabello hacia arriba y hacia un lado de su cabeza mientras se colocaban los sensores. Se generó un criterio de exclusión adicional debido a este problema, donde los individuos con peinados complejos (por ejemplo, rastas) fueron excluidos de este estudio.
Como se describió anteriormente en este artículo, las herramientas actuales de evaluación de conmociones cerebrales son altamente subjetivas y corren el riesgo de ser manipuladas por un atleta que, en última instancia, pueden obstaculizar la capacidad de un médico para hacer un diagnóstico de importancia crucial34. Algunos estudios de seguimiento de atletas han intentado investigar un biomarcador más objetivo para la conmoción cerebral mediante el uso de modalidades radiológicas como la resonancia magnética (MRI) y la tomografía computarizada (CT). Sin embargo, estos métodos solo proporcionan información sobre lesiones estructurales macroscópicas como hemorragias que varían de la definición de conmoción cerebral como una lesión cerebral funcional 6,35. Los resultados de este estudio están respaldados por estudios previos que demostraron que la VEP es un biomarcador funcional36, que se atenúa o retrasa en presencia de conmoción cerebral 21,37,38. Si bien hay similitudes en estos métodos de estudio VEP anteriores con respecto a nuestra configuración física e hipótesis, nuestro estudio amplía la literatura a través del uso de SSVEP sobre VEP. Además, el protocolo varía al investigar las evaluaciones en tiempo real de los jugadores en las tres etapas de una conmoción cerebral en comparación con los estudios de casos tradicionales de control frente a los estudios de casos conmocionados. Además, el método amplía su poder de investigación al comparar sistemas de EEG innovadores y tradicionales para distinguir posibles diferencias que pueden limitar su precisión en la obtención de mediciones electrofisiológicas objetivas. Por lo tanto, el protocolo utilizado en este estudio proporciona una adición única y valiosa a la literatura existente sobre biomarcadores objetivos de conmoción cerebral.
A pesar del éxito general de este protocolo, hay varias limitaciones a tener en cuenta. Por ejemplo, se observó un pequeño grado de variabilidad intraparticipal en el ruido de fondo del EEG para la evaluación realizada en sucesión inmediata. Dos limitaciones de diseño de protocolos pueden ser culpables de esta primera variabilidad: la primera es la falta de retroalimentación de impedancia de alta fidelidad del sistema EEG de 14 canales y las restricciones sueltas para los efectos de la fatiga y la influencia ambiental en la atención del sujeto. Si bien esta variabilidad intraparticipal no se observó con los otros sistemas de EEG utilizados en este protocolo, vale la pena explorar estos efectos con más detalle para confirmar que su causa es el resultado del diseño del auricular y no una ocurrencia natural no identificada. En segundo lugar, la mayoría de los participantes tenían señales SSVEP más grandes después de la segunda evaluación frente a la primera (Tabla 1). Esto puede ser el resultado de que los participantes se familiaricen más con el proceso de evaluación y las consiguientes adaptaciones de comportamiento a la configuración del equipo, incluida la reducción del parpadeo y la inquietud durante la presentación repetida del estímulo. Se necesitan más estudios para determinar si realmente existe un efecto de familiarización con el protocolo SSVEP y, de ser así, qué modificaciones potenciales deben realizarse para reducir su aparición en estudios futuros. Por último, es importante señalar que debido a la amplia dependencia de voluntarios de una población relativamente pequeña de individuos (aquellos con alto riesgo de ocurrencia de conmoción cerebral con la voluntad de ser examinados repetidamente), este estudio se limitó a un pequeño tamaño de muestra de 65 participantes, 12 de los cuales sufrieron una conmoción cerebral. Se necesitarán estudios con un tamaño de cohorte más grande para evaluar la solidez de la evaluación de la conmoción cerebral de este protocolo, particularmente su sensibilidad y especificidad. También sería interesante ver este protocolo replicado en una gama de grupos de edad cuyos estados de desarrollo cerebral varían, desde aquellos que aún se están desarrollando (adolescentes) hasta aquellos con deterioro cognitivo potencial (ancianos) y delinear si la responsividad difiere significativamente o no. Con respecto al sistema SSVEP mejorado, su estudio comparativo destacó las limitaciones incorporadas del dispositivo en comparación con los sistemas EEG tradicionales. Los sistemas EEG tradicionales generalmente adoptan el sistema completo de montajes 10-20, que comprenden 21 sitios de electrodos (Figura 7B). El sistema SSVEP, por otro lado, solo utiliza tres canales de electrodos (O1, O2 y Oz) correspondientes a la corteza visual (Figura 7A). Esta reducción en la capacidad significa que el sistema tiene un alcance más estrecho de aplicaciones de EEG y limita el análisis potencial que se puede realizar sobre los datos electrofisiológicos obtenidos dentro de este protocolo.
Como se mencionó anteriormente, se requiere más investigación para superar las limitaciones de este protocolo y probar su fuerza en una cohorte más grande para evaluar si sus resultados pueden generalizarse. Más importante aún, se requieren estudios adicionales para comprender mejor los mecanismos subyacentes a nuestro hallazgo en la atenuación de SSVEP. Por ejemplo, los cambios en la respuesta de SSVEP encontrados en nuestros participantes conmocionados son probablemente representaciones de alteraciones en la función neuronal, pero aún no se ha establecido si estos son fenómenos primarios (por ejemplo, sustancia blanca dañada) o secundarios (por ejemplo, neuroinflamatorios). Una posible aplicación futura de este método es la investigación sobre el período de recuperación asociado con la depresión neuronal y la conmoción cerebral individualizada al sujeto. Una visión más profunda de este período de recuperación puede ver modificaciones hechas a las reglas y regulaciones de regreso al juego deportivo (RTP) que protegen mejor a un atleta lesionado. Este método también introduce la practicidad de un sistema SSVEP portátil aplicado en entornos no clínicos, como una evaluación de conmoción cerebral entregada de manera oportuna al margen de un campo deportivo. Esto tiene el potencial de proporcionar un beneficio significativo no solo a los profesionales médicos, sino también a los entrenadores, atletas y sus respectivas familias para abordar los efectos fisiológicos negativos de la conmoción cerebral y el síndrome de segundo impacto10,11. La generación de sistemas SSVEP mejorados, como el sistema SSVEP portátil utilizado en este estudio, puede hacer que surjan equipos más avanzados y aplicaciones tecnológicas en el campo de la neurofisiología y SRC que resultarán beneficiosas para el éxito de futuros estudios.
En resumen, este protocolo resultó exitoso en su objetivo de identificar SSVEP como un biomarcador objetivo para la conmoción cerebral en atletas de deportes de contacto. El estudio en su conjunto proporciona evidencia de que los SSVEP se atenúan significativamente en presencia de una conmoción cerebral y son capaces de producirse de manera confiable a un nivel de calidad de investigación a través de un sistema de EEG portátil simplificado. Por lo tanto, proponemos que SSVEP pueda utilizarse como una ayuda suplementaria para la evaluación de lesiones por conmoción cerebral, en particular, la evaluación secundaria de SRC. Otros estudios con protocolos más refinados, técnicas avanzadas y equipos mejorados pueden basarse en este estudio y proporcionar información crítica para combatir los efectos perjudiciales de las conmociones cerebrales en la vida de los atletas.
Disclosures
Los autores declaran posibles conflictos de intereses y los declaran a continuación:
Adrian Cohen es director de HeadsafeIP Pty Ltd y es conocido en las solicitudes de patentes relacionadas con la tecnología en esta área.
Dylan Mahony es empleado de HeadsafeIP. HeadsafeIP lleva a cabo la investigación, el desarrollo y la comercialización de tecnologías relacionadas con las conmociones cerebrales. HeadsafeIP Pty. Ltd puede beneficiarse financieramente si los productos relacionados con esta investigación se comercializan con éxito.
Daryl Fong es un empleado de Cryptych Pty Ltd. Cryptych Pty Ltd proporciona servicios de consultoría a HeadsafeIP en la fabricación compatible de su dispositivo con respecto a los requisitos reglamentarios.
David Putrino, Joseph Herrera y Rebecca Baron son empleados de la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai y participan en investigaciones patrocinadas que investigan los casos de uso del dispositivo SSVEP mejorado.
Acknowledgments
El equipo utilizado en el experimento inicial (investigación SSVEP) fue proporcionado por la Escuela de Ingeniería Aeroespacial, Mecánica y Mecatrónica de la Universidad de Sydney. El equipo utilizado en la segunda mitad del estudio, los sistemas integrados SSVEP y EEG, fueron proporcionados por HeadsafeIP.
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 |
References
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