Biomarcadores Digitales Dinámicos de la Función Motora y Cognitiva en la Enfermedad de Parkinson

Este protocolo puede ayudarnos a estratificar la enfermedad heterogénea de Parkinson por gravedad cognitiva y motora. Usando sensores portátiles, podemos digitalizar tareas clínicas que son comúnmente utilizadas por los médicos. Mediante el co-registro de actividades en diferentes niveles funcionales de los sistemas nerviosos, identificamos parámetros altamente informativos de cognición, movimiento y emoción, para producir biomarcadores digitales dinámicos de la enfermedad de Parkinson.

Este trabajo ofrece un marco unificador para caracterizar y rastrear las firmas de los trastornos neurológicos de manera personalizada, junto con la evolución de toda una cohorte que recibe un tratamiento o terapia dado. Esta técnica proporciona una plataforma estadística unificadora para realizar un seguimiento dinámico de los cambios en las firmas de la variabilidad estadística producidas por las actividades biológicas autogeneradas que abarcan desde moléculas, a células, a comportamiento. La transmisión de múltiples software requiere una gran cantidad de memoria del ordenador, por lo que le recomendamos el uso de ordenadores con alta capacidad de cálculo, de lo contrario los sistemas pueden bloquearse mientras están grabando.

Usamos múltiples dispositivos para grabar el cerebro, el cuerpo y el corazón, todo en tándem, durante los movimientos naturales, por lo que un medio dinámico, como el video, ilustraría mejor esto. Demostrando los procedimientos de mi laboratorio serán los estudiantes graduados Jihye Ryu y Joseph Vero. Después de obtener consentimientos informados del participante, mida las dimensiones corporales del participante para permitir la creación de su avatar corporal en el sistema de captura de movimiento.

A continuación, configure el sistema de captura de movimiento, incluidos los diecisiete sensores inalámbricos de seguimiento de movimiento, y el software de seguimiento de movimiento. Coloque sensores en todas las partes del cuerpo, como se indica, y asegure los sensores con bandas de correa, para permitir el movimiento sin obstáculos. Cuando se hayan colocado todos los sensores, calibrar la posición del participante para crear el avatar.

Para configurar el dispositivo EEG y el software de grabación, coloque treinta y un canales en el cuero cabelludo y coloque el dispositivo de grabación en la parte posterior de la cabeza. Conecte el último sensor de canal a un conector para medir la señal cardíaca y coloque el sensor en el lado izquierdo del estómago del participante. A continuación, adjunte a los sensores de canal de referencia detrás del oído izquierdo del participante y utilice una jeringa para insertar gel de electrodo en los sensores de la tapa del EEG.

Para capturar la voz del participante durante las evaluaciones, coloque un micrófono delante del participante y conecte el micrófono al ordenador en el que se ejecutará la capa de flujo de laboratorio. A continuación, para configurar el sistema de capas de flujo de laboratorio para sincronizar las secuencias de EEG, movimiento, audio y marcas de tiempo de clic del ratón, abra la aplicación de grabadora de laboratorio, abra y vincule las aplicaciones de capa de flujo de laboratorio para la aplicación de ganar captura de ratón y audio y, a continuación, abra una aplicación de sincronización xsense integrada internamente. En la sección de registro de la secuencia de la aplicación de grabadora de laboratorio, presione Update'para obtener una lista completa de elementos de streaming y marque las casillas de AudioCaptureWin'EEG'MouseButtons'Position'and TrackerKinematics' para vincular el audio, EEG, clics del ratón y movimiento a través del sistema de capas de flujo de laboratorio.

Configure la grabación para capturar el movimiento de la pluma, incluida la pen tablet y el software de análisis de movimiento, y coloque la tableta de dibujo y la pluma de la tableta delante del participante. Conecte la tableta al ordenador en el que se grabará el software de análisis de movimiento y pegue un trozo de papel blanco en la tableta. A continuación, presione grabar en la capa de flujo de laboratorio, el software de captura de movimiento y el software de grabación EEG.

Al principio y al final de cada tarea, haga clic en el botón de marca de tiempo en el software de captura de movimiento para marca de tiempo de la tarea. No olvide anotar la hora real cuando haga clic en el botón de marca de tiempo como una copia de seguridad, por lo que cuando vea los datos más adelante, puede identificar la tarea desde las marcas de tiempo. Para una copia de figura compleja de Benson inmediata, indique al participante que copie la figura de Benson en el papel y que recuerde el diseño, porque se le pedirá que extraiga el diseño de nuevo de la memoria más adelante.

Para la parte A de una prueba de trail-making, indique al participante que dibuje una línea entre los círculos numerados en orden ascendente. Para llevar a cabo la parte B de la prueba de trail-making, indique que dibuje una línea entre los círculos que contengan números o letras en orden ascendente, mientras alterna entre los números y las letras. Para una tarea de dibujo de reloj, indique al participante que dibuje un reloj analógico con los números del uno al doce, y que establezca la hora en diez once y las once.

Para llevar a cabo una copia de figura compleja de Benson retrasada, instruya al participante que dibuje la figura compleja de Benson de la memoria en una hoja de papel en blanco. Para llevar a cabo una prueba de ventilador de números directos, indique al participante que repita los números que el experimentador lee en voz alta en el mismo orden. Para una prueba de ventilador de números hacia atrás, indique al participante que repita los números que el experimentador lee en voz alta en el orden inverso.

Para una tarea de apuntar, coloque un objetivo delante del participante para que apunte y toque, e indique al participante que apunte al objetivo cuarenta veces de una manera autoguiada con la mano dominante. Para una tarea de apuntar metrónomo, instruya al participante a apuntar al objetivo cuarenta veces a una manera autoguiada, mientras establece un metrónomo para batir a treinta y cinco latidos por minuto en el fondo, pero no instruya nada sobre el ritmo del metrónomo. Para una tarea de apuntar a ritmo, instruya al participante a apuntar al objetivo cuarenta veces siguiendo el ritmo del ritmo del metrónomo establecido a treinta y cinco latidos por minuto.

Para llevar a cabo una tarea de caminar, primero instruya al participante a caminar naturalmente alrededor de la habitación durante cinco minutos. A continuación, instruya al participante a caminar naturalmente alrededor de la habitación mientras establece el metrónomo para batir en el fondo durante doce latidos por minuto. Luego, instruya al participante a caminar naturalmente alrededor de la habitación mientras camina su ritmo de respiración al ritmo del metrónomo establecido en doce latidos por minuto.

Para un video facial, primero, instruya al participante a sentarse cómodamente y a poner una cámara delante del participante. Para la evaluación de control, instruya al participante a mirar un espacio sin estímulos durante cinco minutos. Para la evaluación de la sonrisa, instruya al participante a ver un video divertido durante cinco minutos.

En cada una de las tareas de dibujo, los pacientes de este estudio representativo se estratificaron aparte de los controles, diferenciando sus firmas estocásticas individuales de la variabilidad motora de acuerdo con la Sociedad del Trastorno del Movimiento unificado Clasificaciones de la enfermedad de Parkinson escala puntuaciones medias. Se realiza una tarea de apuntar a un objetivo espacial para evaluar los diferentes niveles de control volicional, y esta figura ilustra la degradación del centro de la trayectoria de masa a medida que aumenta la gravedad del trastorno del participante. Usando este ensayo, es posible distinguir cada subtipo de paciente con la enfermedad de Parkinson, y realizar un seguimiento de los cambios en las firmas estocásticas del paciente desde el inicio hasta las tareas señalantes asociadas al metrónomo de casos espontáneos y no constructados y deliberados e instruidos.

En una evaluación automática a pie, se pueden obtener el centro de las trayectorias de masa para los controles y los pacientes con enfermedad de Parkinson, como clasificados medios por la Sociedad de Trastornos del Movimiento unificadas de las calificaciones de la enfermedad de Parkinson. A continuación, se pueden realizar análisis estocásticos de la tarea de caminar, para lo cual se pueden hacer diferencias entre los pacientes y los controles, y entre los pacientes con diferentes severidades de la enfermedad. El software de pose abierta se puede utilizar para determinar las áreas de la cara que son más activas durante una tarea determinada, y para sondear el contenido emocional mediante la determinación de las transiciones de área a través de las emociones durante las tareas.

Integrando señales biofísicas digitales para el EEG, el movimiento del magnotómetro y el electrocardiograma, mediante el uso de mediciones teóricas informativas y análisis de conectividad de red, es posible diferenciar entre pacientes y controles, y entre pacientes con diferente gravedad, mediante el examen de la densidad de la red. Usando los datos digitalizados del cerebro de las señales corporales, podemos aplicar una variedad de análisis, incluyendo correlación cruzada y coherencia cruzada para caracterizar la interactividad entre diferentes modos de biofirmales. Nuestro laboratorio ha extendido estos métodos para caracterizar otros trastornos neurológicos y conductuales, como el dolor, y para estudiar la cognición encarnada, y todos ellos abordan diferentes preguntas.