Ваш мозг за шесть минут: платформа NeuroCatch для оценки мозга

Исторически сложилось так, что единственной оценкой функции мозга было неврологическое/нейропсихологическое обследование. Эти традиционные тесты проводились посредством длительных бесед с пациентами и нескольких утомительных бумажно-карандашных тестов.

В какой-то момент к этим традиционным тестам были добавлены нейрофизиологические методы, такие как электроэнцефалография (ЭЭГ), а затем они были усовершенствованы за счет добавления новых методов нейровизуализации.

Однако последние данные свидетельствуют о том, что интервью и теста недостаточно. Современные методы нейровизуализации, такие как компьютерная томография (КТ), многие из различных методов, основанных на магнитно-резонансной томографии (МРТ), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и магнитоэнцефалографии (МЭГ), как правило, очень дороги и требуют интенсивной инфраструктуры и профессионального персонала. Таким образом, и промышленность, и научные круги ищут методы, которые были бы дешевле, надежнее и доступнее для обычных пациентов.

Одним из таких методов являются потенциалы, связанные с событиями (ERP). В настоящее время измерение вызванных потенциалов является одним из самых популярных экспериментальных методов в когнитивной нейробиологии для изучения физиологических коррелятов сенсорной и когнитивной обработки информации с процессами обучения, памятью и вниманием, перегрузкой или даже стрессом.

Хотя ERP является устоявшимся методом ( впервые он был разработан в 30-х годах ), его внедрение в ежедневные клинические испытания все еще продолжается. ERP также используются в одном из самых популярных протоколов для неинвазивного компьютерного интерфейса мозга (BCI).

NeuroCatch — интересная компания, которая не только работает над клиническим применением ERP ( в частности, при травмах головного мозга, неврологических заболеваниях и психическом здоровье ), но также использует ERP в контексте оптимизации мозга и научных исследований.

В частности, NeuroCatch разрабатывает собственные методы оценки и мониторинга ряда состояний, таких как сотрясение мозга и посттравматическое стрессовое расстройство, и уже изучает более широкие возможности их решения.

Решение NeuroCatch — это доступный и эффективный инструмент для оценки и мониторинга мозга.

Решение NeuroCatch основано на технологии электроэнцефалографии (ЭЭГ), которая неинвазивно регистрирует электрическую активность головного мозга ( электроды располагаются вдоль кожи головы ). Такое измерение является доступным, доступным, малозатратным и портативным методом, который может быть выполнен в любом кабинете невролога.

Его решение включает чашу ЭЭГ, наушники, компьютер и устройство, которое может сделать точные измерения реальностью: адаптер ввода/вывода вызванных потенциалов (EPiO)™. Используя эту систему, компания использует вызванные связанные потенциалы (ERP) для быстрого измерения функций мозга.

Одним из критических параметров любой ERP-системы является точность времени, поскольку потенциалы мозга требуют многократных повторений стимуляции, а реакция мозга на эти стимулы возникает через десятки или сотни миллисекунд после их возникновения. Именно поэтому компания NeuroCatch разработала свой синхронизатор времени — EPiO™. Их технология позволяет [one] улавливать мозговые волны с почти нулевой погрешностью измерения.

НейроКэтч использует ЭЭГ-шапку с трехканальной сеткой с наиболее популярными влажными электродами AG/AgCl, расположенными в стандартных позициях для измерения ВП — Fz ( над лобной долей ), Cz ( между лобной и теменной долями, над соматосенсорной корой ), & Pz ( над теменной долей ), все три основаны на установленных научных исследованиях.

Они выбрали хорошо зарекомендовавшие себя ERP от ощущения к познанию: (1) слуховое ощущение примерно через 100 мс после стимула; (2) слуховой чудак ( т.е. основное внимание ) через 300 мс; и (3) слуховая обработка речи ( т.е. когнитивная обработка) через 400 мс. Публикации показывают, что эти ERP могут предоставлять конкретную информацию о функционировании мозга, от низкоуровневой сенсорной до более высокоуровневой когнитивной обработки, и, таким образом, обладают диагностическими возможностями. Помимо основных технических параметров, их система имеет встроенные алгоритмы обнаружения и коррекции шума, которые ускоряют создание окончательного отчета об оценке для пациента или врача. Кроме того, полностью автоматическая фильтрация сигналов программного обеспечения обнаруживает пики ERP и выполняет все фоновые вычисления, необходимые для предоставления содержательного отчета ( подробнее об этом ниже ).

Обычная ЭЭГ хорошо зарекомендовала себя в медицинском сообществе для количественной оценки судорожной активности в больнице или амбулаторно, обнаружения эпилептических очагов, оценки сна, мониторинга состояний анестезии. Однако эта технология, как правило, не является портативной, требует длительных сеансов оценки (например, > 45 минут, иногда даже в течение ночи), а для интерпретации и мониторинга данных требуются специалисты. Таким образом, обычная ЭЭГ является медленным, громоздким, требующим большого количества персонала методом оценки.

Кроме того, в традиционных оценках ЭЭГ отсутствует автоматически генерируемый отчет, предоставляющий информативные результаты тестов, которые легко доступны как врачам, так и пациентам.

В целом, платформа NeuroCatch является одновременно быстрой и портативной и может предоставлять отчеты, которые можно использовать в различных контекстах, например, для оценки эволюции состояния мозга после сотрясения мозга.

Процедура тестирования NeuroCatch значительно более эффективна по времени:

Подготовка к тесту занимает около 5 минут и заключается в надевании шапочки на голову пациента и получении соответствующей проводимости (уровень импеданса <30 кОм). Пациенту не требуется специальная подготовка к этому тесту (например, голодание не требуется).

Однако пациентам не рекомендуется употреблять алкоголь или наркотики перед тестом NeuroCatch из-за их документально подтвержденного влияния на функцию мозга.

Кроме того, пациент также может сообщить врачу или технику о потреблении кофеина или никотина, последствия которых могут быть учтены алгоритмами NeuroCatch. Фактический тест занимает около 6 минут звуковой ( в различных тонах ) и когнитивной ( произносимые пары слов ) стимуляции. Тоновые стимулы вызывают реакции N100 и P300, а пары произнесенных слов вызывают реакцию N400. Участники должны обращать внимание на слуховые стимулы, сохраняя визуальную фиксацию на кресте, представленном на мониторе.

Результаты теста представлены в виде автоматически сгенерированных профилей субъектов, состоящих из радиолокационных графиков, наложенных на стандартизированный диапазон здоровых, чтобы обеспечить быстрое сравнение.

Автоматизация ускоряет весь рабочий процесс, обеспечивая при этом стандартизацию и объективность тестирования.

В целом, этот отчет используется профессионалами для определения когнитивных областей, нуждающихся в улучшении, у здоровых людей, а также для индивидуальной настройки курса лечения пациента.

Надежное решение, основанное на нескольких заслуживающих внимания совместных проектах

С самого начала основатели NeuroCatch хотели напрямую удовлетворить потребность в быстром, объективном, физиологическом измерении когнитивной функции мозга.

Потребности огромны, потому что расстройства головного мозга напрямую влияют на каждого третьего жителя Северной Америки, а в текущем наборе доступных медицинских инструментов по-прежнему отсутствуют чувствительные инструменты для измерения здоровой когнитивной функции мозга по сравнению с дисфункцией.

Благодаря более чем 7-летнему опыту исследований и разработок в США и более чем 25-летнему научному исследованию решения NeuroCatch, мониторинг показателей жизнедеятельности головного мозга в Neurocatch проводится с участием элитных спортсменов в клинике Мэйо, в клинике Сэнфорд и в Агентстве творческих художников (Creative Artists Agency). САА).

Это научное сотрудничество сыграло решающую роль в коммерциализации платформы NeuroCatch® ( см. веб-сайт NeuroCatch для получения дополнительной информации о пути компании, количестве исследований и публикаций ). Текущий план развития компании представляет собой очень четкую дорожную карту продукта для расширения клинических показаний и повышения простоты использования.

Компания NeuroCatch всегда работала на стыке науки, медицины и бизнеса, чтобы ее решения были одновременно инновационными и эффективными.

В частности, в дополнение к проектам НИОКР, осуществляемым в сотрудничестве с североамериканскими учеными и клиницистами, коммерческое решение NeuroCatch используется учеными для автоматизированного получения ERP.

Платформа NeuroCatch® предоставляет необработанные данные ERP, открывая более широкий спектр возможных приложений для ученых (в то время как базовые данные ЭЭГ также доступны), но, несомненно, эти преимущества оценят те, кто занимается исследованиями с использованием ERP.

Например, Платформа уже более десяти лет используется многими независимыми научными группами (например, клиникой Мэйо). Он широко используется в Северной Америке и расширяется в Европе и Австралии. Платформа также используется некоторыми из ведущих исследовательских центров США (например, Корнелл), которые используют ее в исследованиях для публикации независимых исследований.

Наконец, платформа NeuroCatch® была развернута для использования в растущем числе ведущих любительских и профессиональных организаций в области спорта (например, юношеский футбол, американский хоккей, смешанные единоборства), обороны (например, исследования ветеранов) и космоса (например, SpaceX). .

Одним из примеров исследования, в котором система NeuroCatch использовалась для сбора доказательств, было исследование молодежных контактных видов спорта в хоккее.

Индивидуальные показатели отслеживались между исходным состоянием, травмой, возвращением в игру (RTP) и окончанием сезона.

ERP были зарегистрированы во время этих вмешательств наряду с применением обычных клинических протоколов лечения сотрясения мозга, а также существующих и новых вмешательств. Сразу после сотрясения могут быть обнаружены значительные изменения во всех трех показателях ERP, при этом начальное ориентировочное исследование показало увеличение амплитуды и задержки латентности.

В то время как большинство этих показателей вернулись к исходному уровню после того, как игроки прошли свой протокол RTP, амплитуды P300 все еще были значительно выше исходного уровня, демонстрируя повышенную чувствительность к необнаруженным остаточным нарушениям сотрясения мозга.

Еще раз подчеркнув, насколько чувствительна платформа NeuroCatch®, аналогичные анализы продемонстрировали и воспроизвели способность обнаруживать субконтузионные изменения у хоккеистов и футболистов, у которых не было диагностированных сотрясений мозга. Результаты платформы NeuroCatch® были очень и очень чувствительны к количеству воздействий, испытанных этими игроками, демонстрируя постоянную картину изменений в исследованиях.

Происхождение NeuroCatch и их постоянная приверженность исследованиям и академическим кругам, нехватка надежных инструментов оценки, результаты собственных и независимых исследований NeuroCatch, мобильность платформы, автоматизация процесса оценки и использование результатов оценки для улучшения производительность мозга здоровых людей или индивидуальная терапия для неврологических пациентов — все это приводит к мнению, что NeuroCatch создал полезный продукт для клиницистов, исследователей и не только.

Многое еще впереди для NeuroCatch, включая дальнейшую стандартизацию для групп пациентов и возрастных групп, а также разработку оценок для более широкого спектра состояний. В этом отношении NeuroCatch уже замечает положительный цикл в своем подходе, когда (i) алгоритмы автоматизации NeuroCatch уже переводят тесты в стандартизированные результаты, при этом сканирование не зависит от человека, который его выполняет (ii) поскольку NeuroCatch и его партнеры выполняют дополнительные тестов, NeuroCatch может уточнять существующие нормативные базы данных, принимая во внимание особенности пациента (например, возраст, пол, основное заболевание), с учетом масштабируемости, учитывая короткое время тестирования NeuroCatch. Как отметил д-р Райан Д'Арси: «Насколько нам известно, заметное первое с точки зрения будущей широкомасштабной общей стандартизации ERP и открытого доступа к нормативным данным через рецензируемую публикацию, что-то, что объединяется в рамках структуры показателей жизнедеятельности мозга. Мы считаем, что это очень важное направление для развития отрасли».

В целом, достижения доктора Райана Д'Арси и команды NeuroCatch заслуживают, если не сказать больше, внимания, и следует внимательно следить за потенциалом внедрения платформы NeuroCatch®, поскольку компания добилась заметного прогресса на нормативно-правовом фронте. планирует расширить существующие разрешения на клиническое использование в США и Канаде.

Описание «Демонстрации», выполненной командой NeuroCatch для NTX Services

NTX Services удалось встретиться (виртуально) дважды с командой NeuroCatch, чтобы принять участие в реальном взаимодействии с пользователем как для клиницистов / технических специалистов ( в контексте этого обзора продукта будет использоваться слово «технический специалист» ), так и для участников . /пациенты.

Всего было выполнено 3 процедуры для 2 разных участников-добровольцев.

Каждая процедура начиналась с того, что участник-доброволец надевал наушники и шапочку ЭЭГ.

Что касается насадки ЭЭГ, клиницист обеспечил получение правильного импеданса ( все электроды имели импеданс около 5 кОм , за исключением эталонного на 12 кОм ).

Параллельно техник провел интервью участника, заполнив анкету с вопросами о настроении, стимуляторах, лекарствах и т. д., весь процесс длился не более 10 минут. Команда объяснила, что не торопится с демонстрационными целями, и подчеркнула, что тест часто проводится быстро в полевых условиях, при этом самое короткое время тестирования обычно составляет 10 минут.

В этот момент началась серия тестов, требующих полной тишины в течение 6 минут и 32 секунд, необходимых для проведения теста пациента.

Отчет об этом тесте был создан в течение 2 минут и готов к просмотру техническим специалистом для пациента.

Этот отчет включает фактически записанные формы ERP, а также обзор 3 выполненных тестов (т. е. N100 для определения слуховых ощущений, P300 для определения основного внимания и N400 для определения когнитивной обработки), а также более подробные результаты для каждого из тестов. 3 теста с точки зрения амплитуды и задержки для каждого теста по сравнению с выборкой (из общей популяции всех возрастов и полов).

В то время как сводная страница обычно показывает эти 6 сводных значений (т. е. амплитуду и задержку для каждого типа теста), а также то, находятся ли полученные значения «в пределах диапазона», для первого участника, участвующего в этой демонстрации, два значения P300 не были представлены. однако на странице сводки успешно записанный P300 был показан в результате осциллограммы.

Отсутствие этих сводных данных происходит, когда алгоритм обнаружения пиков NeuroCatch AI не соответствует установленным достаточным критериям для активации. Это конструктивная особенность, позволяющая избежать ложных срабатываний и позволить алгоритму ИИ постоянно «обучаться» с течением времени, при этом фактически записанные формы сигналов ERP всегда предоставляются в качестве базового результата. Несмотря на то, что по мнению команды NeuroCatch это случается редко, пиковый детектор ИИ может не активироваться из-за сочетания факторов, которые могут повлиять на психофизиологические данные, включая внешние раздражители и/или внутриличностные факторы (например, когнитивное или физиологическое состояние участника во время теста, невнимание к тесту P300 и др.).

В результате алгоритм NeuroCatch не вычислял автоматически амплитуду и задержку теста P300, однако обученный технический специалист/клиницист должен иметь возможность просмотреть формы волны из подробного отчета и, тем не менее, предоставить пациентам оценку их теста P300.

Процедура также была подготовлена ​​для другого участника-добровольца.

Подготовка велась так же и заняла примерно столько же времени, как и у первого участника.

В этом случае импеданс был почти одинаковым для каждого электрода и составлял ~ 5 кОм.

Алгоритм обнаружения пиков AI был активирован для всех ответов ERP, поэтому отчет включал все значения из анализов, в том числе в сводной части отчета (с информацией об амплитуде и задержке P300, представленной на этот раз).

Данные для этого здорового добровольца показали более низкую амплитуду P300 в сочетании с увеличенной задержкой N400, что техник NeuroCatch интерпретировал как вероятное наличие усталости участника в этом случае, несмотря на то, что результаты находились в пределах стандартизированного нормативного диапазона.

Чтобы подтвердить гипотезу о возможности оптимизации результатов, техник повторил сканирование NeuroCatch после того, как «разбудил» участника-добровольца, подав ему двойной эспрессо. Затем на добровольце была проведена вторая серия тестов.

На этот раз тест P300 показал более высокую амплитуду, а тест N400 показал более короткую задержку.

Алгоритм обнаружения пиков ИИ снова активировался, и в сводном отчете также были показаны значения амплитуды и задержки для всех трех выполненных тестов. Во всех случаях для проверки физиологических реакций были доступны фактически записанные формы волны ERP.

В целом, выполнение двух серий тестов (одна вскоре после другой) позволила нам заметить, что эта серия тестов (и соответствующие результаты кривых) весьма чувствительна к изменениям в конкретной ситуации участника в данный день (например, уровень кофеина). в системе).

Это еще раз подтверждает важность заполнения первоначального вопросника, чтобы убедиться, что пациенты проходят тесты в одинаковых условиях (например, количество часов сна накануне вечером, количество кофеина, потребленного в этот день), и чтобы технические специалисты/клиницисты могли правильно интерпретировать результаты. с учетом ситуации пациента.

Наконец, выполнение двух серий тестов для одного и того же участника показало, как отчет NeuroCatch может четко представлять сравнительные результаты для одних и тех же пациентов на одной и той же диаграмме, что позволяет точно сравнивать результаты разных тестов.

Авторство
Написано NTX Services совместно с NeuroCatch . NTX Services в настоящее время сотрудничает с NeuroCatch и ее материнской компанией HealthTech Connex в контексте широкого консалтингового проекта.

NTX Services является эксклюзивным партнером NeuroTechX, который объединяет экспертов в области нейробиологии, технологий и стратегии из различных профессиональных и академических кругов для предоставления профессиональных услуг.

NeuroCatch является производителем платформы NeuroCatch®, ведущего в отрасли медицинского устройства, которое предлагает объективную оценку когнитивных функций, которая доставляется в течение нескольких минут по месту оказания медицинской помощи.

HealthTech Connex — биотехнологическая компания, занимающаяся преодолением разрыва между исследованиями и реальными приложениями в области передовых методов лечения мозга.

Вклад в дизайн
Хан Кэт Нгуен — энтузиаст нейротехнологий и аспирант Университета Макгилла. Ее страсть — интерфейсы мозг-компьютер, особенно роботы, управляемые мозгом.

использованная литература

Хэнди, ТК (2005). Потенциалы, связанные с событиями: Справочник по методам. Кембридж, Массачусетс: Брэдфорд/MIT Press.

Хайра, С.Г. и соавт. (2016). Разработка показателей жизнедеятельности мозга: начальная основа для мониторинга изменений функций мозга с течением времени. Границы в неврологии 10, 211.

Фиклинг, С.Д. и др. (2019). Показатели жизнедеятельности головного мозга выявляют связанные с сотрясением мозга нейрофизиологические нарушения в хоккее с шайбой. Мозг 142, 255–262.

Фиклинг, С.Д. и др. (2021). Изменения основных показателей жизнедеятельности головного мозга, вызванные субконтузией, позволяют прогнозировать воздействие удара головой у хоккеистов. Мозговые коммуникации 3, выпуск 2, 1–10.

Фиклинг, С.Д. и др. (2022). Подконтузионные изменения у юных футболистов: объективные данные с использованием показателей жизнедеятельности головного мозга и инструментальных акселерометров. Мозговые коммуникации 4, выпуск 2, 1–10.

Каррик, Ф.Р. и соавт. (2021). Показатели жизнедеятельности мозга в элитном хоккее с шайбой: к характеристике объективных и конкретных нейрофизиологических эталонных значений для лечения сотрясения мозга. Frontiers in Neuroscience 15, 670563.