Tu cerebro en seis minutos: la plataforma NeuroCatch para la evaluación del cerebro

Históricamente, la única evaluación de la función cerebral era un examen neurológico/neuropsicológico. Estas pruebas tradicionales se realizaron a través de largas entrevistas con pacientes con varias pruebas tediosas de papel y lápiz.

En cierto momento, se agregaron métodos neurofisiológicos, como la electroencefalografía (EEG), a estas pruebas tradicionales y luego se mejoraron aún más mediante la adición de nuevos métodos de neuroimagen.

Sin embargo, hallazgos recientes sugieren que una entrevista y una prueba no son suficientes. Los métodos actuales de neuroimagen como la tomografía computarizada (TC), muchos de los diversos métodos basados ​​en imágenes por resonancia magnética (IRM), tomografía por emisión de positrones (PET) y magnetoencefalografía (MEG) tienden a ser muy costosos y requieren una infraestructura intensiva y personal profesional. Por lo tanto, tanto la industria como la academia buscan métodos que sean más baratos, más confiables y más accesibles para los pacientes cotidianos.

Uno de estos métodos son los potenciales relacionados con eventos (ERP). Actualmente, medir los potenciales evocados es uno de los métodos experimentales más populares en la neurociencia cognitiva para estudiar los correlatos fisiológicos del procesamiento de la información sensorial y cognitiva con los procesos de aprendizaje, la memoria y la atención, la sobrecarga o incluso el estrés.

Aunque ERP es un método establecido ( se desarrolló por primera vez en los años 30 ), la implementación en ensayos clínicos diarios aún está en curso. Los ERP también se utilizan en uno de los protocolos más populares para la interfaz cerebro-computadora (BCI) no invasiva.

NeuroCatch es una empresa interesante que no solo trabaja en el uso clínico de ERP ( particularmente en lesiones cerebrales, enfermedades neurológicas y salud mental ), sino que también aprovecha los ERP en el contexto de la optimización del cerebro y la investigación científica.

Más específicamente, NeuroCatch ha estado desarrollando sus propios métodos para evaluar y monitorear una variedad de condiciones como la conmoción cerebral y el TEPT, y ya está explorando aplicaciones más amplias para su solución.

La Solución NeuroCatch es una herramienta accesible y eficiente para la Evaluación y Monitoreo del Cerebro

La solución de NeuroCatch se basa en la tecnología de electroencefalografía (EEG), que registra la actividad eléctrica del cerebro de forma no invasiva ( los electrodos se colocan a lo largo del cuero cabelludo ). Dicha medición es un método accesible, disponible, de bajo costo y portátil que se puede realizar en la consulta de cualquier neurólogo.

Su solución contiene una copa de EEG, auriculares, una computadora y un dispositivo que puede hacer realidad mediciones precisas: el adaptador de entrada/salida de potencial evocado (EPiO)™. Usando este sistema, la compañía aprovecha los potenciales relacionados evocados (ERP) en medidas rápidas de las funciones cerebrales.

Uno de los parámetros críticos de cualquier sistema ERP es la precisión del tiempo, ya que los potenciales cerebrales requieren muchas repeticiones de estimulación y la respuesta del cerebro a estos estímulos ocurre decenas o cientos de milisegundos después de que ocurren. Es por eso que NeuroCatch desarrolló su sincronizador de tiempo: EPiO™. Su tecnología permite [uno] capturar ondas cerebrales con una inexactitud de medición cercana a cero.

NeuroCatch utiliza un gorro EEG con una malla de tres canales con los electrodos húmedos AG/AgCl más populares colocados en las posiciones estándar para la medición de ERP: Fz ( sobre el lóbulo frontal ), Cz ( entre los lóbulos frontal y parietal, sobre la corteza somatosensorial ), & Pz ( sobre el lóbulo parietal ), los tres basados ​​en investigaciones científicas establecidas.

Seleccionaron ERP de sensación a cognición bien establecidos: (1) la sensación auditiva después de aproximadamente 100 ms de estímulos posteriores; (2) el bicho raro auditivo ( es decir , atención básica ) después de 300 ms; y (3) el procesamiento auditivo del habla ( es decir, el procesamiento cognitivo) después de 400 ms. Las publicaciones muestran que estos ERP pueden proporcionar información específica sobre el funcionamiento del cerebro, desde el procesamiento sensorial de bajo nivel hasta el procesamiento cognitivo de nivel superior y, por lo tanto, tienen una capacidad de diagnóstico. Más allá de los parámetros técnicos esenciales, su sistema cuenta con algoritmos integrados de detección y corrección de ruido que aceleran la generación del informe de evaluación final para el paciente o el médico. Además, las señales de filtrado de software completamente automáticas detectan los picos de ERP y realizan todos los cálculos de fondo necesarios para entregar un informe detallado ( más sobre esto a continuación ).

El EEG convencional tiene un punto de apoyo bien establecido en la comunidad médica para la cuantificación hospitalaria o ambulatoria de la actividad convulsiva, detección de focos epilépticos, evaluaciones del sueño, monitoreo de estados anestésicos. Sin embargo, la tecnología generalmente no es portátil, requiere sesiones de evaluación prolongadas (p. ej., > 45 minutos, a veces incluso durante la noche) y se necesitan especialistas para interpretar y monitorear los datos. Por lo tanto, el EEG convencional es un método de evaluación lento, engorroso y con mucho personal.

Además, las evaluaciones de EEG convencionales carecen de un informe generado automáticamente que proporcione resultados de prueba perspicaces a los que tanto los médicos como los pacientes puedan acceder fácilmente.

En general, la plataforma de NeuroCatch es rápida y portátil, y puede proporcionar informes que se pueden usar en una variedad de contextos, por ejemplo, para evaluar la evolución de las condiciones cerebrales después de una conmoción cerebral.

El procedimiento de prueba de NeuroCatch es notablemente más eficiente en el tiempo:

La preparación para la prueba toma alrededor de 5 minutos y consiste en colocar un gorro en la cabeza del paciente y obtener la conductividad relevante (nivel de impedancia <30kΩ). El paciente no necesita una preparación específica para esta prueba (por ejemplo, no requiere ayuno).

Sin embargo, se desaconseja a los pacientes consumir alcohol o drogas antes de la prueba NeuroCatch, debido a su efecto documentado sobre la función cerebral.

Además, el paciente también puede informar al médico o al técnico sobre la ingesta de cafeína o nicotina, cuyos efectos pueden ser contabilizados por los algoritmos de NeuroCatch. La prueba real toma alrededor de 6 minutos de sonido ( en una variedad de tonos ) y estimulación cognitiva ( pares de palabras habladas ). Los estímulos tonales provocan las respuestas N100 y P300 y los pares de palabras habladas provocan la N400. Los participantes deben prestar atención a los estímulos auditivos mientras mantienen la fijación visual en una cruz presentada en el monitor.

Los resultados de la prueba se presentan a través de perfiles de sujetos generados automáticamente compuestos por gráficos de radar superpuestos en un rango saludable estandarizado para permitir comparaciones rápidas.

La automatización acelera todo el flujo de trabajo al tiempo que garantiza la estandarización y la objetividad de las pruebas.

En general, este informe es utilizado por profesionales para identificar áreas cognitivas de mejora para individuos sanos, pero también para personalizar el curso de tratamiento de un paciente.

Una solución confiable basada en varias colaboraciones notables

Desde el principio, los fundadores de NeuroCatch querían abordar directamente la necesidad de una medición fisiológica, rápida y objetiva de la función cerebral cognitiva.

Las necesidades son enormes, porque los trastornos cerebrales afectan directamente a 1 de cada 3 norteamericanos, y el conjunto actual de herramientas de atención médica disponibles todavía carece de instrumentos sensibles para medir la función cerebral cognitiva saludable frente a la disfunción.

Con más de 7 años de investigación y desarrollo en los EE. UU. y más de 25 años de investigación científica detrás de la solución de NeuroCatch, el monitoreo de los signos vitales del cerebro en Neurocatch ha estado en marcha con atletas de élite en la Clínica Mayo, en la Clínica Sanford y con la Agencia de Artistas Creativos ( ACA).

Estas colaboraciones de investigación han sido fundamentales en la comercialización de la plataforma NeuroCatch® ( consulte el sitio web de NeuroCatch para obtener más información sobre el viaje de la empresa y el conjunto de investigaciones y publicaciones ). El plan de desarrollo actual de la empresa proporciona una hoja de ruta de productos muy clara para ampliar las indicaciones clínicas y aumentar la facilidad de uso.

NeuroCatch siempre ha operado en la intersección de la ciencia, la medicina y los negocios para garantizar que sus soluciones sean innovadoras y efectivas.

Más específicamente, además de los proyectos de I+D llevados a cabo en cooperación con científicos y médicos norteamericanos, los científicos utilizan la solución comercial de NeuroCatch para la adquisición automatizada de ERP.

La plataforma NeuroCatch® proporciona datos de ERP sin procesar, lo que abre una gama más amplia de posibles aplicaciones para los científicos (mientras que también se puede acceder a los datos de EEG subyacentes), pero, sin duda, esas ventajas serán apreciadas por aquellos involucrados en la investigación que utilizan ERP.

Por ejemplo, la Plataforma ha sido utilizada por muchos grupos independientes en el mundo académico durante más de una década (p. ej., Mayo Clinic). Se implementa ampliamente en América del Norte y se expande aún más en Europa y Australia. La Plataforma también es utilizada por algunos de los principales centros de investigación de EE. UU. (p. ej., Cornell) que la utilizan en la investigación para publicar estudios independientes.

Finalmente, la plataforma NeuroCatch® se implementó para su uso en una variedad cada vez mayor de organizaciones profesionales y de aficionados líderes en deportes (p. ej., fútbol juvenil, hockey de EE. UU., MMA), defensa (p. ej., investigación de veteranos) y espacio (p. ej., SpaceX) .

Un ejemplo de un estudio, en el que se utilizó el sistema de NeuroCatch para generar evidencia, fue una investigación realizada sobre deportes de contacto juveniles en el hockey.

Los individuos fueron monitoreados entre la línea de base, la lesión, el regreso al juego (RTP) y el final de la temporada.

Los ERP se registraron en estas intervenciones junto con la administración de protocolos de manejo de conmociones cerebrales clínicas de rutina e intervenciones existentes y novedosas. Inmediatamente después de la conmoción cerebral, se pueden detectar cambios significativos en las tres métricas de ERP, y el estudio histórico inicial muestra aumentos en la amplitud y retrasos en la latencia.

Si bien la mayoría de estas métricas volvieron a los niveles de referencia después de que los jugadores aprobaron su protocolo RTP, las amplitudes de P300 aún eran significativamente más altas que las de referencia, lo que demuestra una mayor sensibilidad a la discapacidad por conmoción cerebral residual no detectada.

Para destacar aún más la sensibilidad de la plataforma NeuroCatch®, análisis similares han demostrado y replicado la capacidad de detectar cambios subconmocionales en jugadores de hockey y fútbol que no sufrieron conmociones cerebrales diagnosticadas. Los resultados de la plataforma NeuroCatch® fueron altamente y significativamente sensibles a la cantidad de impactos que experimentaron estos jugadores, mostrando un patrón consistente de cambios en todos los estudios.

La génesis de NeuroCatch y su compromiso continuo con la investigación y la academia, la escasez de herramientas de evaluación confiables, los resultados de la investigación propia e independiente de NeuroCatch, la portabilidad de la plataforma, la automatización del proceso de evaluación y el uso de los resultados de la evaluación para mejorar el rendimiento cerebral de personas sanas o terapias personalizadas para pacientes neurológicos: todo conduce a la opinión de que NeuroCatch ha creado un producto útil para médicos, investigadores y más.

Todavía queda mucho por delante para NeuroCatch, incluida una mayor estandarización entre grupos de pacientes y grupos de edad, y el desarrollo de evaluaciones para una gama más amplia de condiciones. En ese sentido, NeuroCatch ya está notando un círculo virtuoso en su enfoque donde (i) Los algoritmos de automatización de NeuroCatch ya traducen las pruebas en resultados estandarizados con el escaneo independiente de la persona que lo está realizando (ii) Como NeuroCatch y sus socios realizan pruebas adicionales pruebas, NeuroCatch puede refinar las bases de datos normativas existentes teniendo en cuenta las especificidades del paciente (p. ej., edad, sexo, condición subyacente), teniendo en cuenta la escalabilidad dado el corto tiempo de prueba de NeuroCatch. Como mencionó el Dr. Ryan D'Arcy: “Hasta donde sabemos, una primicia notable en términos de futura estandarización común ERP a gran escala y datos normativos de acceso abierto a través de la publicación revisada por pares, algo que se está reuniendo bajo el marco de signos vitales del cerebro. Creemos que esta es una dirección muy importante hacia la que debe avanzar el campo”.

En general, los logros del Dr. Ryan D'Arcy y el equipo de NeuroCatch son dignos de mención, por decir lo menos, y el potencial para la implementación de la plataforma NeuroCatch® debe monitorearse de cerca, ya que la compañía está logrando un progreso notable en el frente regulatorio, con planea expandir sus autorizaciones existentes para uso clínico en los EE. UU. y Canadá.

Descripción de la “Demo” realizada por el Equipo de NeuroCatch para Servicios NTX

NTX Services pudo reunirse (virtualmente) dos veces con el equipo de NeuroCatch en un esfuerzo por participar en la experiencia real del usuario tanto para los médicos/técnicos ( en el contexto de esta revisión del producto, se utilizará la palabra "técnico" ) como para los participantes. /pacientes.

En total, se realizaron 3 procedimientos en 2 participantes voluntarios diferentes.

Cada procedimiento comenzó asegurándose de que el participante voluntario se pusiera un auricular y una gorra de EEG.

Con respecto al EEG Cap, el médico se aseguró de obtener la impedancia correcta ( todos los electrodos tenían una impedancia de aproximadamente 5 kΩ , excepto el de referencia de 12 kΩ ).

Paralelamente, el técnico realizaba una entrevista al participante a través de un cuestionario con preguntas relativas al estado de ánimo, estimulantes, medicación, etc., con una duración máxima de 10 minutos en todo el proceso. El equipo explicó que se estaban tomando su tiempo con fines de demostración y destacó que la prueba a menudo se realiza rápidamente en el campo, siendo los tiempos de referencia más cortos de 10 minutos en total.

En ese momento, comenzó la serie de pruebas, que requirieron silencio total durante los 6 minutos y 32 segundos que tomó realizar la prueba del paciente.

El informe de esta prueba se generó en 2 minutos y está listo para que el técnico lo revise para el paciente.

Este informe incluye las formas de onda ERP reales registradas junto con una descripción general de las 3 pruebas realizadas (es decir, N100 para determinar la sensación auditiva, P300 para determinar la atención básica y N400 para determinar el procesamiento cognitivo), así como resultados más detallados para cada una de las pruebas. las 3 pruebas con una perspectiva de amplitud y latencia de cada prueba frente a una muestra (de la población general de todas las edades y sexos).

Si bien la página de resumen generalmente muestra estos 6 valores de resumen (es decir, amplitud y latencia en cada tipo de prueba), y si los valores obtenidos están "dentro del rango", para el primer participante que participó en esta demostración no se presentaron los dos valores de P300. en la página de resumen, sin embargo, el P300 registrado con éxito se mostró en el resultado de la forma de onda.

La ausencia de este resumen de datos ocurre cuando el algoritmo de detección de picos de NeuroCatch AI no ha superado los criterios suficientes establecidos para activarse. Esta es una característica de diseño para evitar falsos positivos y permitir que el algoritmo de IA "aprenda" continuamente con el tiempo, con las formas de onda ERP registradas reales siempre proporcionadas como resultado base. Si bien es poco frecuente según el equipo de NeuroCatch, es posible que el detector de picos de IA no se active debido a una combinación de factores que pueden afectar los datos psicofisiológicos, incluidos estímulos externos y/o factores intrapersonales (p. ej., estado cognitivo o fisiológico del participante durante la prueba, falta de atención a la prueba P300, etc.).

Como resultado, el algoritmo NeuroCatch no calculó automáticamente la amplitud y la latencia de la prueba P300; sin embargo, un técnico/médico capacitado debería poder revisar las formas de onda del informe detallado y, no obstante, proporcionar una evaluación a los pacientes con respecto a su prueba P300.

También se preparó el procedimiento para otro participante voluntario.

La preparación se hizo de la misma manera y tomó aproximadamente la misma cantidad de tiempo que con el primer participante.

En este caso, la impedancia fue casi la misma para cada electrodo a ~5 kΩ.

El algoritmo de detección de picos de IA se activó para todas las respuestas de ERP, por lo que el informe incluyó todos los valores de los análisis, incluso en la parte de resumen del informe (con información sobre la amplitud y la latencia de P300 presentada esta vez).

Los datos de este voluntario sano mostraron una amplitud más baja de P300 combinada con una mayor latencia de N400, lo que el técnico de NeuroCatch interpretó como un participante cansado en este caso, a pesar de que los resultados se encontraban dentro del rango normativo estandarizado.

Para validar la hipótesis de que es posible optimizar los resultados, el técnico repitió el escaneo de NeuroCatch después de “despertar” al participante voluntario sirviéndole un espresso doble. Luego se realizó una segunda serie de pruebas en el participante voluntario.

Esta vez, la prueba P300 mostró una mayor amplitud y la prueba N400 mostró una latencia más corta.

Una vez más, el algoritmo de detección de picos de IA se activó y el informe de resumen también mostró valores de amplitud y latencia para las 3 pruebas realizadas. En todos los casos, las formas de onda de ERP registradas reales estaban disponibles para verificar las respuestas fisiológicas.

En general, la realización de dos series de pruebas (una poco después de la otra) nos ha permitido observar que esta serie de pruebas (y los resultados de forma de onda correspondientes) son bastante sensibles a los cambios en la situación específica del participante en un día determinado (p. ej., nivel de cafeína en el sistema).

Esto respalda aún más la importancia de administrar el cuestionario inicial para garantizar que los pacientes realicen las pruebas en condiciones similares (p. ej., número de horas que durmieron la noche anterior, cantidad de cafeína consumida ese día) y para permitir que los técnicos/clínicos interpreten correctamente los resultados. teniendo en cuenta la situación del paciente.

Finalmente, la realización de dos series de pruebas para el mismo participante describió cómo el informe NeuroCatch puede presentar claramente los resultados comparativos para los mismos pacientes en el mismo gráfico, lo que permite una comparación precisa del rendimiento entre las pruebas.

Autoría
Escrito por NTX Services en asociación con NeuroCatch . NTX Services colabora actualmente con NeuroCatch y su empresa matriz HealthTech Connex en el contexto de un amplio proyecto de consultoría.

NTX Services es el socio exclusivo de NeuroTechX, que reúne a expertos en neurociencia, tecnología y estrategia de una variedad de antecedentes profesionales y académicos para ofrecer servicios profesionales.

NeuroCatch es el fabricante de The NeuroCatch® Platform, un dispositivo médico líder en la industria que ofrece una evaluación objetiva de la función cognitiva, que se entrega en minutos en el punto de atención.

HealthTech Connex es una empresa de biotecnología que cierra la brecha entre la investigación y las aplicaciones del mundo real en el cuidado avanzado del cerebro.

Contribuciones de diseño
Han Cat Nguyen es un entusiasta de la neurotecnología y estudiante de doctorado en la Universidad McGill. Su pasión son las interfaces cerebro-computadora, especialmente los robots controlados por el cerebro.

Referencias

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