Seu cérebro em seis minutos: a plataforma NeuroCatch para avaliação do cérebro

Historicamente, a única avaliação da função cerebral era um exame neurológico/neuropsicológico. Esses testes tradicionais foram conduzidos por meio de longas entrevistas com pacientes com vários e tediosos testes de papel e lápis.

A certa altura, métodos neurofisiológicos, como eletroencefalografia (EEG), foram adicionados a esses testes tradicionais e, posteriormente, aprimorados com a adição de novos métodos de neuroimagem.

No entanto, descobertas recentes sugerem que uma entrevista e um teste não são suficientes. Os métodos atuais de neuroimagem, como tomografia computadorizada (TC), muitos dos vários métodos baseados em ressonância magnética (MRI), tomografia por emissão de pósitrons (PET) e magnetoencefalografia (MEG) tendem a ser muito caros e requerem infraestrutura intensiva e pessoal profissional. Assim, tanto a indústria quanto a academia estão em busca de métodos mais baratos, confiáveis ​​e acessíveis aos pacientes comuns.

Um desses métodos são os potenciais relacionados a eventos (ERP). Atualmente, medir potenciais evocados é um dos métodos experimentais mais populares em neurociência cognitiva para estudar os correlatos fisiológicos do processamento de informações sensoriais e cognitivas para processos de aprendizagem, memória e atenção, sobrecarga ou mesmo estresse.

Embora o ERP seja um método estabelecido ( foi desenvolvido pela primeira vez nos anos 30 ), a implementação em ensaios clínicos diários ainda está em andamento. Os ERPs também são usados ​​em um dos protocolos mais populares para interface não invasiva de computador cerebral (BCI).

A NeuroCatch é uma empresa empolgante que não apenas trabalha com o uso clínico de ERP ( particularmente em lesões cerebrais, doenças neurológicas e saúde mental ), mas também alavanca ERPs no contexto de otimização cerebral e pesquisa científica.

Mais especificamente, a NeuroCatch vem desenvolvendo seus próprios métodos de avaliação e monitoramento de uma variedade de condições, como concussão e PTSD, e já está explorando aplicações mais amplas para sua solução.

A solução NeuroCatch é uma ferramenta acessível e eficiente para avaliação e monitoramento do cérebro

A solução da NeuroCatch é baseada na tecnologia de eletroencefalografia (EEG), que registra a atividade elétrica do cérebro de forma não invasiva ( eletrodos são colocados ao longo do couro cabeludo ). Essa medida é um método acessível, disponível, de baixo custo e portátil, que pode ser realizado em qualquer consultório de neurologista.

Sua solução contém um copo de EEG, fones de ouvido, computador e um dispositivo que pode tornar realidade medições precisas: o adaptador de entrada/saída de potencial evocado (EPiO)™. Usando esse sistema, a empresa aproveita os potenciais relacionados evocados (ERP) em medições rápidas das funções cerebrais.

Um dos parâmetros críticos de qualquer sistema ERP é a precisão do tempo, pois os potenciais cerebrais requerem muitas repetições de estimulação e a resposta cerebral a esses estímulos ocorre dezenas ou centenas de milissegundos depois que eles ocorrem. É por isso que a NeuroCatch desenvolveu seu sincronizador de tempo — EPiO™. Sua tecnologia permite [um] capturar ondas cerebrais com imprecisão de medição quase zero.

O NeuroCatch usa uma tampa de EEG com uma malha de três canais com os eletrodos úmidos AG/AgCl mais populares colocados nas posições padrão para medição de ERP — Fz ( sobre o lobo frontal ), Cz ( entre os lobos frontal e parietal, sobre o córtex somatossensorial ), & Pz ( sobre o lobo parietal ), todos os três baseados em pesquisas científicas estabelecidas.

Eles selecionaram ERPs de sensação para cognição bem estabelecidos: (1) a sensação auditiva após cerca de 100 ms após os estímulos; (2) o estranho auditivo ( ou seja, atenção básica ) após 300 ms; e (3) o processamento auditivo da fala ( ou seja, processamento cognitivo) após 400 ms. As publicações mostram que esses ERPs podem fornecer informações específicas sobre o funcionamento do cérebro, desde o processamento sensorial de baixo nível até o processamento cognitivo de nível superior e, portanto, têm uma capacidade de diagnóstico. Além dos parâmetros técnicos essenciais, seu sistema possui algoritmos de detecção e correção de ruído integrados que aceleram a geração do relatório de avaliação final para o paciente ou clínico. Além disso, os sinais de filtragem de software totalmente automático detectam picos de ERP e executam todos os cálculos de segundo plano necessários para fornecer um relatório perspicaz ( mais sobre isso abaixo ).

O EEG convencional tem um ponto de apoio bem estabelecido na comunidade médica para quantificação hospitalar ou ambulatorial de atividade convulsiva, detecção de focos epilépticos, avaliações do sono, monitoramento de estados anestésicos. No entanto, a tecnologia geralmente não é portátil, requer sessões de avaliação prolongadas (por exemplo, > 45 minutos, às vezes até durante a noite) e são necessários especialistas para interpretar e monitorar os dados. Assim, o EEG convencional é um método de avaliação lento, pesado e com muitos recursos humanos.

Além disso, as avaliações convencionais de EEG carecem de um relatório gerado automaticamente que forneça resultados de teste perspicazes que sejam facilmente acessíveis por médicos e pacientes.

No geral, a plataforma do NeuroCatch é rápida e portátil e pode fornecer relatórios que podem ser usados ​​em vários contextos, por exemplo, para avaliar a evolução das condições cerebrais após uma concussão.

O procedimento de teste do NeuroCatch é marcadamente mais eficiente em termos de tempo:

A preparação para o teste leva cerca de 5 minutos e consiste em colocar uma touca na cabeça do paciente e obter uma condutividade relevante (nível de impedância <30kΩ). O paciente não necessita de preparo específico para este exame (por exemplo, não requer jejum).

Os pacientes são, no entanto, aconselhados a não consumir álcool ou drogas antes do teste NeuroCatch, devido ao seu efeito documentado na função cerebral.

Além disso, o paciente também pode relatar a ingestão de cafeína ou nicotina ao médico ou técnico, cujos efeitos podem ser contabilizados pelos algoritmos do NeuroCatch. O teste real leva cerca de 6 minutos de estimulação sonora ( em uma variedade de tons ) e cognitiva ( palavras faladas ). Os estímulos de tom eliciam as respostas N100 e P300 e os pares de palavras faladas eliciam o N400. Os participantes devem prestar atenção aos estímulos auditivos, mantendo a fixação visual em uma cruz apresentada no monitor.

Os resultados do teste são apresentados por meio de perfis de assuntos gerados automaticamente, compostos por gráficos de radar sobrepostos a uma faixa saudável padronizada para permitir comparações rápidas.

A automação acelera todo o fluxo de trabalho, garantindo a padronização e a objetividade dos testes.

No geral, este relatório é usado por profissionais para identificar áreas cognitivas de melhoria para indivíduos saudáveis, mas também para personalizar o curso de tratamento de um paciente.

Uma solução confiável baseada em várias colaborações notáveis

Desde o início, os fundadores da NeuroCatch queriam abordar diretamente a necessidade de uma medição fisiológica rápida e objetiva da função cerebral cognitiva.

As necessidades são enormes, porque os distúrbios cerebrais afetam diretamente 1 em cada 3 norte-americanos, e o conjunto atual de ferramentas de saúde disponíveis ainda carece de instrumentos sensíveis para medir a função cerebral cognitiva saudável versus disfunção.

Com mais de 7 anos de P&D nos EUA e mais de 25 anos de pesquisa científica por trás da solução da NeuroCatch, o monitoramento de sinais vitais cerebrais na Neurocatch está em andamento com atletas de elite na Mayo Clinic, na Sanford Clinic e com a Creative Artists Agency ( CAA).

Essas colaborações de pesquisa foram essenciais para a comercialização da plataforma NeuroCatch® ( consulte o site da NeuroCatch para obter mais informações sobre a jornada da empresa e o conjunto de pesquisas e publicações ). O atual plano de desenvolvimento da empresa fornece um roteiro de produto muito claro para expandir as indicações clínicas e aumentar a facilidade de uso.

A NeuroCatch sempre operou na interseção da ciência, medicina e negócios para garantir que suas soluções sejam inovadoras e eficazes.

Mais especificamente, além dos projetos de P&D realizados em cooperação com cientistas e clínicos norte-americanos, a solução comercial da NeuroCatch é utilizada por cientistas para aquisição automatizada de ERPs.

A plataforma NeuroCatch® fornece dados brutos de ERP, abrindo uma gama mais ampla de aplicações possíveis para cientistas (enquanto os dados subjacentes de EEG também são acessíveis), mas, sem dúvida, essas vantagens serão apreciadas por aqueles envolvidos em pesquisas usando ERPs.

Por exemplo, a Plataforma tem sido usada por muitos grupos independentes na academia por mais de uma década (por exemplo, Mayo Clinic). É implantado amplamente na América do Norte e expandindo ainda mais na Europa e na Austrália. A Plataforma também é usada por alguns dos principais centros de pesquisa dos EUA (por exemplo, Cornell), que a utilizam em pesquisas para publicar estudos independentes.

Por fim, a Plataforma NeuroCatch® foi implantada para uso em uma variedade crescente de organizações profissionais e amadoras líderes em esportes (por exemplo, futebol juvenil, hóquei nos EUA, MMA), Defesa (por exemplo, pesquisa de veteranos) e Espaço (por exemplo, SpaceX) .

Um exemplo de estudo, em que o sistema NeuroCatch foi usado para construir evidências, foi uma pesquisa realizada em esportes de contato juvenis no Hóquei.

Os indivíduos foram monitorados entre a linha de base, a lesão, o retorno ao jogo (RTP) e o final da temporada.

ERPs foram registrados nessas intervenções juntamente com a administração de protocolos de gerenciamento de concussão clínica de rotina e intervenções existentes e novas. Imediatamente após a concussão, mudanças significativas podem ser detectadas em todas as três métricas de ERP, com o estudo de referência inicial mostrando aumentos na amplitude e atrasos na latência.

Embora a maioria dessas métricas tenha retornado aos níveis de linha de base depois que os jogadores passaram no protocolo RTP, as amplitudes P300 ainda eram significativamente mais altas do que a linha de base, demonstrando maior sensibilidade ao comprometimento de concussão residual não detectado.

Destacando ainda mais a sensibilidade da plataforma NeuroCatch®, análises semelhantes demonstraram e replicaram a capacidade de detectar alterações subconcussivas em jogadores de hóquei e futebol que não sofreram concussões diagnosticadas. Os resultados da Plataforma NeuroCatch® foram altamente e significativamente sensíveis ao número de impactos que esses jogadores experimentaram, mostrando um padrão consistente de mudanças nos estudos.

A gênese do NeuroCatch e seu compromisso contínuo com a pesquisa e a academia, a escassez de ferramentas de avaliação confiáveis, os resultados da pesquisa própria e independente do NeuroCatch, a portabilidade da plataforma, a automação do processo de avaliação e o uso dos resultados da avaliação para melhorar o desempenho cerebral de indivíduos saudáveis ​​ou terapias sob medida para pacientes neurológicos - tudo leva à opinião de que o NeuroCatch criou um produto útil para médicos, pesquisadores e outros.

Muito ainda está por vir para o NeuroCatch, incluindo maior padronização entre grupos de pacientes e faixas etárias, e o desenvolvimento de avaliações para uma gama mais ampla de condições. Nesse sentido, NeuroCatch já está percebendo um ciclo virtuoso em sua abordagem onde (i) Os algoritmos de automação NeuroCatch já traduzem testes em resultados padronizados com a varredura sendo independente da pessoa que está realizando (ii) Como NeuroCatch e seus parceiros realizam testes adicionais Nos testes, o NeuroCatch pode refinar os bancos de dados normativos existentes levando em conta as especificidades do paciente (por exemplo, idade, sexo, condição subjacente), com escalabilidade em mente devido ao curto tempo de teste do NeuroCatch. Como o Dr. Ryan D'Arcy mencionou: “É, até onde sabemos, um notável primeiro em termos de padronização comum de ERP em larga escala futura e dados normativos de acesso aberto por meio de publicação revisada por pares, algo que está sendo reunido sob a estrutura de sinais vitais do cérebro. Achamos que esta é uma direção muito importante para o campo seguir”.

No geral, as realizações do Dr. Ryan D'Arcy e da equipe NeuroCatch são dignas de nota, para dizer o mínimo, e o potencial de implementação da plataforma NeuroCatch® deve ser monitorado de perto, pois a empresa está fazendo progressos notáveis ​​na frente regulatória, com planeja expandir suas autorizações existentes para uso clínico nos EUA e no Canadá.

Descrição da “Demo” realizada pela Equipe NeuroCatch para Serviços NTX

A NTX Services conseguiu se reunir (virtualmente) duas vezes com a equipe do NeuroCatch em um esforço para participar da experiência real do usuário tanto para médicos/técnicos ( no contexto desta Revisão do Produto, a palavra “técnico” será usada ) quanto para os participantes /pacientes.

No total, 3 procedimentos foram realizados em 2 participantes voluntários diferentes.

Cada procedimento começou garantindo que o participante voluntário colocasse um fone de ouvido e um boné EEG.

Com relação ao EEG Cap, o clínico garantiu que a impedância correta foi obtida ( todos os eletrodos tinham uma impedância de cerca de 5 kΩ , exceto o de referência em 12kΩ ).

Paralelamente, o técnico realizava uma entrevista ao participante através de um questionário com questões relativas ao estado de espírito, estimulantes, medicamentos, etc., não durando mais de 10 minutos todo o processo. A equipe explicou que estava dedicando seu tempo para fins de demonstração e destacou que o teste geralmente é feito rapidamente em campo, com os tempos de referência mais curtos geralmente sendo de 10 minutos no total.

Nesse momento, iniciou-se a série de testes, exigindo-se silêncio total durante 6 minutos e 32 segundos para a realização do teste do paciente.

O relatório deste teste foi gerado em 2 minutos e está pronto para ser revisado pelo técnico para o paciente.

Este relatório inclui as formas de onda de ERP reais gravadas, juntamente com uma visão geral dos 3 testes realizados (ou seja, N100 para determinar a Sensação Auditiva, P300 para determinar a Atenção Básica e N400 para determinar o Processamento Cognitivo), bem como resultados mais detalhados para cada um dos os 3 testes com uma perspectiva de amplitude e latência para cada teste em comparação com uma amostra (da população geral de todas as idades e sexos).

Embora a página de resumo normalmente mostre esses 6 valores de resumo (ou seja, amplitude e latência em cada tipo de teste) e se os valores obtidos estão "dentro do intervalo", para o primeiro participante desta demonstração, os dois valores de P300 não foram apresentados na página de resumo, no entanto, o P300 registrado com sucesso foi mostrado no resultado da forma de onda.

A ausência desses dados resumidos ocorre quando o algoritmo de detecção de pico do NeuroCatch AI não passou por critérios suficientes estabelecidos para ser ativado. Este é um recurso de design para evitar falsos positivos e permitir que o algoritmo de IA 'aprenda' continuamente ao longo do tempo, com as formas de onda de ERP registradas reais sempre fornecidas como resultado básico. Embora pouco frequente de acordo com a equipe NeuroCatch, o detector de pico AI pode não ativar devido a uma combinação de fatores, que podem afetar os dados psicofisiológicos, incluindo estímulos externos e/ou fatores intrapessoais (por exemplo, estado cognitivo ou fisiológico do participante durante o teste, falta de atenção ao teste P300, etc).

Como resultado, o algoritmo NeuroCatch não calculou automaticamente a amplitude e a latência do teste P300; no entanto, um técnico/clínico treinado deve ser capaz de revisar as formas de onda do relatório detalhado e fornecer uma avaliação aos pacientes em relação ao teste P300.

O procedimento também foi preparado para outro participante voluntário.

A preparação foi feita da mesma forma e levou aproximadamente o mesmo tempo que com o primeiro participante.

Neste caso, a impedância foi quase a mesma para todos os eletrodos em ~5 kΩ.

O algoritmo de detecção de pico AI foi ativado para todas as respostas do ERP, então o relatório incluiu todos os valores das análises, inclusive na parte resumida do relatório (com informações sobre amplitude e latência do P300 apresentadas desta vez).

Os dados para este voluntário saudável mostraram uma menor amplitude de P300 combinada com um aumento da latência de N400, que o técnico do NeuroCatch interpretou como provavelmente tendo um participante cansado neste caso, apesar dos resultados estarem dentro da faixa normativa padronizada.

Para validar a hipótese de que é possível otimizar os resultados, o técnico repetiu a varredura do NeuroCatch após “acordar” o participante voluntário servindo-lhe um expresso duplo. Uma segunda série de testes foi então realizada no participante voluntário.

Desta vez, o teste P300 apresentou maior amplitude e o teste N400 apresentou latência menor.

Mais uma vez, o algoritmo de detecção de pico AI foi ativado e o relatório resumido também mostrou valores de amplitude e latência para todos os 3 testes realizados. Em todos os casos, as formas de onda de ERP registradas reais estavam disponíveis para verificar as respostas fisiológicas.

No geral, a realização de duas séries de testes (uma logo após a outra) nos permitiu observar que essa série de testes (e os resultados das formas de onda correspondentes) são bastante sensíveis a mudanças na situação específica do participante em um determinado dia (por exemplo, nível de cafeína no sistema).

Isso reforça ainda mais a importância de administrar o questionário inicial para garantir que os pacientes façam os testes em condições semelhantes (por exemplo, número de horas dormidas na noite anterior, quantidade de cafeína consumida naquele dia) e para permitir que os técnicos/clínicos interpretem adequadamente os resultados considerando a situação do paciente.

Por fim, a realização de duas séries de testes para o mesmo participante descreveu como o relatório NeuroCatch pode apresentar claramente resultados comparativos para os mesmos pacientes no mesmo gráfico, permitindo uma comparação precisa do desempenho entre os testes.

Autoria
Escrito por NTX Services em parceria com NeuroCatch . A NTX Services está atualmente colaborando com a NeuroCatch e sua empresa controladora HealthTech Connex no contexto de um amplo projeto de consultoria.

A NTX Services é parceira exclusiva da NeuroTechX, que reúne especialistas em neurociência, tecnologia e estratégia de uma variedade de formações profissionais e acadêmicas para oferecer serviços profissionais.

NeuroCatch é o fabricante da Plataforma NeuroCatch®, um dispositivo médico líder do setor que oferece uma avaliação objetiva da função cognitiva, que é entregue em minutos no ponto de atendimento.

A HealthTech Connex é uma empresa de biotecnologia que faz a ponte entre a pesquisa e as aplicações do mundo real em cuidados avançados com o cérebro.

Contribuições de design
Han Cat Nguyen é um entusiasta da neurotecnologia e estudante de doutorado na McGill University. Sua paixão são as interfaces cérebro-computador, especialmente robôs controlados pelo cérebro.

Referências

Handy, TC (2005). Potenciais Relacionados a Eventos: Um Manual de Métodos. Cambridge, MA: Bradford/MIT Press.

Hajra, SG et ai. (2016). Desenvolvendo Sinais Vitais do Cérebro: Estrutura Inicial para Monitorar Alterações da Função Cerebral ao longo do Tempo. Fronteiras em Neurociência 10, 211.

Fickling, SD et al. (2019). Os sinais vitais do cérebro detectam deficiências neurofisiológicas relacionadas à concussão no hóquei no gelo. Cérebro 142, 255-262.

Fickling, SD, e outros. (2021). Mudanças nos sinais vitais cerebrais subconcussivos preveem a exposição ao impacto da cabeça em jogadores de hóquei no gelo. Brain Communications 3, edição 2, 1–10.

Fickling, SD, e outros. (2022). Alterações subconcussivas em jogadores de futebol juvenil: evidências objetivas usando sinais vitais cerebrais e acelerômetros instrumentados. Brain Communications 4, edição 2, 1–10.

Carrick, FR et ai. (2021). Sinais vitais do cérebro no hóquei no gelo de elite: para caracterizar valores de referência neurofisiológicos objetivos e específicos para o gerenciamento de concussões. Frontiers in Neuroscience 15, 670563.