Method Article
Kararlı durum görsel uyarılmış potansiyelleri ölçebilen taşınabilir bir sistem geliştirildi ve sarsıntı için potansiyel bir elektrofizyolojik biyobelirteç olarak SSVEP'i araştırmak için 18 hafta boyunca 65 amatör ragbi oyuncusu üzerinde denendi. Oyuncuların taban çizgileri sezon öncesi ölçüldü ve sırasıyla kontrollü zaman dilimlerinde güvenilirlik, sarsıntı ve iyileşme değerlendirmesi için yeniden test yapıldı.
Travmatik bir olayın ardından nesnel, ölçülebilir bir elektroensefalogram (EEG) testi yöntemi sağlamak için kararlı durum görsel uyarılmış potansiyellerini (SSVEP) ölçebilen taşınabilir bir sistem geliştirilmiştir. Bu çalışmada, taşınabilir sistem, SSVEP'in sarsıntı için güvenilir bir elektrofizyolojik biyobelirteç olup olmadığını belirlemek için bir sezon boyunca 65 sağlıklı ragbi oyuncusu üzerinde kullanılmıştır. Yarışma sezonundan önce, tüm oyuncular temel bir SSVEP değerlendirmesine tabi tutuldu. Sezon boyunca, oyuncular test-tekrar test güvenilirliği veya sakatlık sonrası değerlendirme için maçtan sonraki 72 saat içinde yeniden test edildi. Tıbbi olarak teşhis edilen bir sarsıntı durumunda, oyuncular bir doktor tarafından iyileştiği düşünülen bir kez daha yeniden değerlendirildi. SSVEP sistemi, 15 Hz titreşim uyarıcısı sağlayan bir VR çerçevesine yerleştirilmiş bir akıllı telefondan oluşurken, kablosuz bir EEG kulaklığı oksipital aktiviteyi kaydetti. Oyunculara, oturmuş ve sessiz kalırken ekranın sabitleme noktasına bakmaları talimatı verildi. Elektrotlar 10-20 EEG konumlandırma terminolojisine göre düzenlenmiştir, O1-O2 kayıt kanallarıyken, P1-P2 sırasıyla referanslar ve önyargıdır. Tüm EEG verileri, frekans analizi için verileri dönüştürmek üzere bir Butterworth bandpass filtresi, Fourier dönüşümü ve normalleştirme kullanılarak işlendi. Oyuncuların SSVEP tepkileri, istenen sinyal olan 15 Hz ile bir sinyal-gürültü oranına (SNR) ölçüldü ve karşılaştırma için ilgili çalışma gruplarına özetlendi. Sarsıntılı oyuncuların taban çizgisine kıyasla önemli ölçüde daha düşük bir SNR'ye sahip oldukları görülmüştür; Bununla birlikte, iyileşme sonrası, SNR'leri taban çizgisinden önemli ölçüde farklı değildi. Test-retest, taşınabilir sistem için yüksek cihaz güvenilirliğini gösterdi. Geliştirilmiş bir taşınabilir SSVEP sistemi, araştırmacı tasarımın araştırma kalitesinde EEG ölçümleri elde edebilmesini sağlamak için kurulmuş bir EEG amplifikatörüne karşı da doğrulanmıştır. Bu, bir sarsıntıdan sonra amatör sporcularda SSVEP yanıtlarındaki farklılıkları tanımlayan ilk çalışmadır ve SSVEP'in sarsıntı değerlendirmesi ve yönetiminde yardımcı olma potansiyelini göstermektedir.
Günümüzde insanlar spor1'de beyin yaralanmalarının neden olduğu morbiditenin farkındadır. Sporla ilgili bir sarsıntı (SRC), futbol, ragbi ve boks gibi temas sporlarında sıklıkla bildirilen hafif travmatik beyin hasarı (mTBI) şeklidir 2,3,4. Dürtüsel kuvvetin sahadaki bir etkiyi takiben beyne biyomekanik iletimi, nöronal fonksiyonun bozulmasına neden olur ve bir sporcunun fiziksel, bilişsel ve duygusal durumunu etkileyen hem acil hem de geçici semptomlara yol açar 1,5. Çoğu durumda, bu semptomlar kısa bir süre içinde azalır, sporcunun uygun şekilde tedavi edilmesi ve daha fazla etkiye maruz kalmamasıkoşuluyla 6.
SRC, oyuncuların nörolojik sağlığına zararlı olduğundan, sporun yönetim organları, güvenli bir oyuna dönüş protokolü 5,7,8,9'a izin vermek için doğru ve zamanında sarsıntı teşhisi koyma zorluğuyla karşı karşıyadır. Bununla birlikte, sarsıntı tespiti, sarsıntı teşhisinden kaçınmak için semptomları en aza indiren veya reddeden sporcular tarafından engellenebilir, böylece oyuna dönüşlerini hızlandırır. Bu eylemler, sarsıntı iyileşme aşaması10 sırasında ikinci bir kafa travmasını takiben hızlı serebral ödemin oluştuğu bir durum olan İkinci Etki Sendromu riskini potansiyel olarak artırabilir. Ek olarak, sarsıntı teşhisi konusunda eğitim eksikliği ve fizyolojik tanımının değişken doğası nedeniyle, SRC'nin bildirilmemiş veya yanlış teşhisedilmiş 11 olması nadir değildir. Ne yazık ki, uzun süreli tekrarlanan ve uygun olmayan şekilde yönetilen sarsıntılar, SRC12,13,14 ile güçlü bir şekilde ilişkili olan kronik travmatik ensefalopati (CTE) gibi bir dizi kronik nörolojik bozukluğa yol açabilir.
SRC ile ilgili zorluklarla mücadele etmek amacıyla, spor organizasyonları çeşitli sarsıntı değerlendirme araçlarını kullanır. En sık kullanılan ve erişilebilir araç olan spor sarsıntısı değerlendirme aracı (SCAT), ölçeklendirilmiş semptom raporlama15,16 ile birlikte fiziksel ve bilişsel değerlendirmeleri içeren standartlaştırılmış bir kağıt testtir. Bununla birlikte, önceki çalışmalar, kontrol grubu17,18'deki mTBI grupları ve aykırı değerler içindeki cinsiyet farklılıklarını tanımlayarak semptom raporlamanın öznel ve güvenilmez olduğunu göstermiştir. Bilgisayarlı Nörobilişsel Test (CNT) olarak çalışan Sarsıntı Sonrası Değerlendirme Aracı (ImPACT) gibi profesyonel düzeyde kullanılan daha gelişmiş araçlar, sporcunun aktif katılımını ve çabasını gerektirdikleri için manipülasyona da kurban gitmektedir. CNT'lerde manipülasyon için yerleşik kontrollere rağmen, araştırmalar tavan etkilerine eğilimli olduklarını ve zayıf güvenilirliğe maruz kaldıklarını göstermiştir19,20. Bu mevcut değerlendirme araçlarının sınırlamaları, SRC'nin önemli sağlık etkilerinin daha genel bir şekilde anlaşılmasıyla birlikte, bir sarsıntıyı doğru ve zamanında teşhis edebilen objektif bir biyobelirteç için kritik bir ihtiyaç doğurmuştur.
Sarsıntı için nesnel bir biyobelirtecin tanımlanmasında umut vaat eden bir alan elektrofizyolojidir. Olayla ilgili potansiyellerin, özellikle görsel uyarılmış potansiyellerin (VEP) bir sarsıntı21,22 sonrasında bozulduğuna dair kanıtlar ortaya çıkmaktadır. VEP'in bir alt kümesi; kararlı hal görsel uyarılmış potansiyelleri (SSVEP), elektroensefalogram (EEG) teknolojisi23,24 ile ölçüldüğü gibi, belirli bir görsel uyaran kümesine yanıt olarak beyinde meydana gelen elektriksel aktivitenin nesnel, ölçülebilir bir dalgalanmasıdır. SSVEP, gürültü artefaktlarına karşı gelişmiş direnç ve geleneksel VEP ölçümlerine göre değişken temas empedansı sunar. Ayrıca, görsel uyaranın kontrollü frekansı nedeniyle, EEG kayıtları ve uyaran arasındaki eşzamanlılıkta bir azalma olur ve bu da daha basitleştirilmiş bir elektriksel model25,26 ile sonuçlanır. Bu yaklaşım, 12-15 Hz aralığındaki frekanslarla doğrulanmıştır ve titreme tipi uyaranlar27 için optimum bir dikkat çekicilik tepkisi üretmiştir. Genel olarak, bu avantajlar SSVEP'in spor alanları ve doktor ofisleri gibi klinik olmayan bir ortamda kullanılabilecek daha sağlam bir elektrofizyolojik ölçüm sunduğu anlamına gelir. Bu yan uygulama olasılığı, teknolojinin önceki literatürdeki olumlu sonuçları ile birlikte, SRC için objektif bir biyobelirtecin tanımlanması için umut verici bir aday haline getirmektedir.
Bu çalışmanın amacı, deneyimli bir spor doktoru tarafından sağlıklı, sarsıntılı veya yakın tarihli bir sarsıntıdan kurtulmuş olarak değerlendirilen sporculardan kaydedilen SSVEP'deki potansiyel farklılıkları araştırmaktı. Çalışmanın metodolojisi, 65 erkek amatör ragbi birliği oyuncusunun 18 haftalık bir rekabet sezonu boyunca taşınabilir bir SSVEP sistemi ile rutin olarak değerlendirilmesini gerektiriyordu. Oyuncular, tam temaslı antrenmanın başlamasından önce bir taban çizgisi için değerlendirilmeli ve rekabetçi oyunları takiben 72 saat içinde yeniden değerlendirilmelidir. Sezon boyunca sakatlanan oyuncular, takımın doktoru tarafından sarsıntılar için değerlendirildi ve yaralanma sonrası ve iyileşme okumaları için SSVEP sistemi ile yeniden değerlendirildi. Ek olarak, bu çalışma, taşınabilir SSVEP sisteminin, SRC'nin yan çizgi değerlendirmesine potansiyel olarak yardımcı olabilecek araştırma kalitesinde EEG okumaları elde etme yeteneğini doğrulamak için protokolünü genişletmektedir.
Protokolün ilk bölümü için onaylar, Güneydoğu Sidney Yerel Sağlık Bölgesi (ESLHD) İnsan Araştırmaları Etik Komitesi'nden (HREC) alındı. Tüm oyunculara ayrıntılı katılımcı bilgi formları sağlanmış ve katılımdan önce onay alınmıştır (SESLHD-HREC referans numarası: 17/039 HREC/17/POWH/91).
Geliştirilmiş taşınabilir sistem çalışmasının kullanımı için onaylar Bellberry İnsan Araştırmaları Etik Komitesi'nden (HREC) alınmıştır. Tüm kontrol deneklerine detaylı katılımcı bilgi formları sağlanmış ve katılımdan önce onay alınmıştır (HREC Referans numarası: 1802VEPEEG-CER).
1. Katılımcı taraması ve onayı
2. Araştırmacı SSVEP ekipman kurulumu
3. Katılımcı temel değerlendirmesi
4. Yaralanma sonrası değerlendirme
5. Klinik sarsıntı değerlendirmeleri
6. Kurtarma değerlendirmesi
7. Test-tekrar test güvenilirlik değerlendirmesi
8. SSVEP veri işleme
9. İstatistiksel analiz
10. Geliştirilmiş taşınabilir SSVEP sistem kurulumu
NOT: Bu bölümde açıklanan sistem, katılımcı için hem daha hızlı hem de daha konforlu bir şekilde daha verimli bir ölçüm süreci sağlamak üzere tasarlanmış hepsi bir arada bir kurulumdur. Bölüm 2-6'da açıklanan kurulumun, bir kavram kanıtı sistemi oluşturmak için birleştirilen çok sayıda ekipman parçasından oluşan basit bir prototip olduğunu lütfen unutmayın. Bu sistemi kullanan protokol şeması Şekil 6'da sunulmuştur.
11. Referans EEG sistemi kurulumu
12. Geliştirilmiş taşınabilir SSVEP sisteminin EEG doğrulaması
13. Taşınabilir SSVEP sisteminin test-tekrar test güvenilirliği hesaplaması
14. Klinik EEG sisteminin test-tekrar test hesaplaması
15. Portatif SSVEP ve klinik EEG sistemlerinin anlaşma hesabı
Toplam 65 erkek ragbi oyuncusu (20.9 ± 2.3 yaş) bu çalışmanın ilk bölümüne başarıyla kaydedildi ve tüm oyuncular temel bir SSVEP değerlendirmesinden geçti (Şekil 1). Ragbi sezonu boyunca, 12 katılımcı oyun alanında potansiyel bir sarsıntılı yaralanma yaşadı ve yaralanma sonrası değerlendirme için SSVEP sistemi ile yeniden değerlendirildi. Ekip doktoru bu oyuncuları klinik bir sarsıntı değerlendirme protokolü kullanarak değerlendirdi ve bu 12 katılımcıya sarsıntı teşhisi koydu. On iki kişinin tümü, 12 günlük GRTP süresi30 içinde hekim tarafından iyileşmiş sayıldı. Doktorun oyuncuların kurtarıldığına karar vermesinin ardından, ek bir SSVEP için 8 oyuncu mevcuttu; kurtarma değerlendirmesi olarak kategorize edilir. Sarsıntılı olmayan yirmi iki oyuncu, sezon boyunca çalışma güvenilirliği amacıyla yeniden test edildi. Tekrar test edilmeyen kalan katılımcılar takipte kaybedildi. Çalışma süresince SSVEP stimülasyonunu takiben herhangi bir yan etki bildirilmemiştir. Ragbi oyuncularında kullanılan SSVEP sisteminin güvenilirliği, yeniden test edilen sakatlanmamış oyuncular için 0,91'e (n = 22) ve yeniden test edilen kurtarılan oyuncular için 0,96'ya (0,74-0,99) eşit olan% 95'lik bir güven aralığına sahip yüksek bir sınıf içi korelasyon katsayısı (ICC) ile doğrulanmıştır33. Bu hesaplama için iyi bir temas kalitesinin elde edildiği veri kümeleri dikkate alınmıştır. Bu, katılımcıların saç veya cilt potansiyelinin EEG sistemlerinin temiz SSVEP elde etme yeteneğini etkilediği birkaç durumun bir sonucudur (Şekil 4).
Bu araştırma sistemi aracılığıyla üretilen SSVEP'in sarsıntı için bir biyobelirteç olarak kullanılıp kullanılamayacağını belirlemek için, işlenen sonuçların SNR değerleri karşılaştırma için taban çizgisi (kontrol), sarsıntı ve iyileşme değerlendirmeleri olarak gruplandırılmıştır (Şekil 1). Genel olarak, tüm kontrol oyuncuları için medyan SNR (n = 65) 4.80 [IQR: 4.07-5.68] idi ve kontrol grubunun ortalama işlenmiş EEG'si, ilgili frekans spektrumu33'te net bir 15 Hz tepe sinyali gösterdi. Aynı görsel uyaran tarafından üretilen ancak farklı bir EEG sistemi ile kaydedilen ayrı bir kontrol grubunun (n = 20; sağlıklı genel popülasyon) ortalama SSVEP değerleri bir güç spektrum yoğunluğu olarak grafiklendirildiğinde de benzer bir yanıt görülmüştür (Şekil 5). Bu medyan dağılım ve güç spektrumu yoğunluğu, yaralanmamış (sarsıntısız) bir oyuncunun araştırmacı kuruluma SSVEP yanıtı için net bir kontrolün ayarlanmasına izin verdi (Şekil 2, Şekil 3). Sarsıntılı tüm oyuncuların (n = 12) ve mevcut SSVEP değerlendirmelerine sahip kurtarılan oyuncuların (n = 8) medyan SNR'si sırasıyla 2.00 [IQR: 1.40-2.32] ve 4.82 [IQR: 4.13-5.18]idi. Pilot çalışmada, kontrol (taban çizgisinde) ve sarsıntılı oyuncular arasında medyan SNR değerlerinde (+4.03; p < 0.0001) anlamlı farklılıklar gözlenmiştir. Bir sarsıntının SSVEP sinyali üzerinde büyük bir etkisi vardı (Cohens, d = 4.03). İlginçtir ki, kurtarılan oyuncu grubunun, kontrol grubuna kıyasla önemsiz bir etkiye sahip olan (α < 0.05) bir dakikalık SNR varyansına (+0.02; p = 0.0495) sahip olduğu görülmüştür (Cohens, d = 0.17)33. Bu, GRTP yönergeleri30'a göre, tam bir iyileşmenin ardından, SSVEP değerlerinin sarsıntılı ve yaralanmamış bir oyuncu için eşdeğer olduğunu gösterir. Ayrıca, medyan SNR'nin sarsıntılı ve iyileşmiş oyuncu grubu arasında anlamlı derecede farklı (+2.80; p = 0.0002) olduğu görülmüştür, bu da iyileşme süresinin sarsıntılı oyuncunun SSVEP sinyali üzerinde büyük bir etkisi olduğunu göstermiştir (Cohens, d = 3.60)33.
Medyan SNR varyansında da benzer bir yanıt, yalnızca üç test biçiminin hepsinden geçen oyuncuları karşılaştırırken görülmüştür (n = 8; taban çizgileri, sarsıntılı ve iyileşme). Taban çizgileri ile sarsıntılı (-2.34; p = 0.0001) ve sarsıntılı ile iyileşme (-2.72; p = 0.0002) arasında anlamlı bir değişiklik gözlenirken, taban çizgileri ile iyileşme (+ 0.28; p = 0.0495) arasında küçük bir varyans görüldü ve bu gruplar arasında önemsiz bir etki görüldü (Cohens d = 0.17). Bu bulgular, üç test biçiminin hepsinden geçen oyuncuların ortalama SNR değerleri alındığında güçlendirildi. Bu oyuncuların taban çizgisi, sarsıntı ve iyileşme okumalarının ortalama SNR'si sırasıyla 4.45, 2.20 ve 4.33 idi. Taban çizgisi ile sarsıntılı (p = 0.0001) ve sarsıntılı ve iyileşme grupları (p = 0.0002) arasında anlamlı fark görüldü. Ortalama SNR değerlerindeki iyileşme ve bazal grup arasındaki değişim küçüktü, ancak sadece anlamlıydı (p = 0.0495). Genel olarak, uyarana verilen tepki, sarsıntılı oyuncularda, temel değerlendirmelerine kıyasla daha düşüktü. İzlenen bir iyileşme döneminin ardından, bu oyuncular sonunda ilk (temel) değerlendirmelerine eşdeğer bir yanıt üretebildiler33. Bu, sporla ilgili bir sarsıntının bireyin en az 12 günlük bir süre boyunca SSVEP üretme yeteneği üzerinde bir etkisi olduğunu göstermektedir. Bir bireyin SSVEP yanıtı rutin olarak bu protokole benzer şekilde ölçülürse (Şekil 1): taban çizgisi, yaralanma sonrası, iyileşme, bir sağlık pratisyeni potansiyel olarak SSVEP'leri sarsıntı için bir biyobelirteç olarak kullanabilir.
Hepsi bir arada taşınabilir SSVEP sistemi (Şekil 7A), ragbi sporuna belirtilmemiş genel popülasyondan (n = 20) sağlıklı kontrol deneklerinde kullanılmıştır. Bu, farklı bir elektrot sistemine (Şekil 7B) ve ilk SSVEP kurulumundan biraz farklı uyaranlara sahip bir araştırma cihazı olduğundan, medyan ve ortalama SNR değerleri karşılaştırma için geçerli değildi (Tablo 1). Benzer şekilde, katılımcılar yüksek bir sarsıntı oluşumu ile spor yapmadıklarından, SSVEP sistemi sarsıntı için bir SSVEP belirteci olarak değerlendirilmemiştir. Bunun yerine, sistemi büyük ölçekli çalışmalarda gelecekte kullanılmak üzere doğrulamak için bir test-tekrar test güvenilirliği çalışması yapılmıştır (Şekil 6). SSVEP sistemi 0.81'lik yüksek bir korelasyon döndürdü (CI: 0.59-0.92), bu da cihazın SSVEP'leri elde etmede güvenilir olduğunu gösterdi (Tablo 2). Ek olarak, sistemlerin EEG teknolojisinin doğruluğu, benzer bir ICC değeri 0.83 (CI: 0.63-0.93) döndüren geleneksel klinik dereceli EEG sistemine (Şekil 7C) karşı yapılan bir anlaşma çalışması ile doğrulanmıştır (Tablo 2). Testin ilk tekrarı (ön) 18/20 katılımcının her iki sistemde de% 95'lik bir binom olasılığı için bir anlaşma göstermesiyle sonuçlandı. Bir katılımcı için, SSVEP sisteminin istenen 15 Hz sinyal yanıtından daha belirgin bir alfa ritmi algılaması nedeniyle cihazlar aynı fikirde değildi (Şekil 8). Diğer katılımcı için klinik EEG sistemi ile SSVEP saptanmadı (Şekil 9). Bununla birlikte, ikinci tekrarda (birincil), 20 katılımcının tümü% 100'lük bir binom olasılığı için her iki sistemde de bir anlaşmaya vardı. Bir SSVEP üretmek için iki sistemin genel doğruluğu, her iki sistemin de yalnızca uyarılmış frekansta belirgin bir SNR'ye sahip olduğunu gösteren Şekil 10'da gösterilmiştir: 15 Hz. Bu, taşınabilir sistemi, EEG sinyallerini kaydetmek için kullanılan klinik sınıf cihazlara işlevsel olarak eşdeğer olarak doğrular. SSVEP sisteminin taşınabilirliği ve kullanım kolaylığı ile birlikte ele alındığında, büyük ölçekli bir SRC vaka çalışmasında olduğu gibi klinik ortamın dışında araştırma kalitesinde SSVEP'in yakalanması için çeşitli uygulamalar açılır.
Şekil 1: SRC-SSVEP çalışmasına sporcu katılımının akış şeması metodolojisi. Akış şeması, amatör ragbi birliği oyuncularının SRC-SSVEP çalışma süresi boyunca katılımcı uygunluğu ve grup tahsisi için taramayı detaylandırır. SRC; sporla ilgili sarsıntı. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Taşınabilir SSVEP sisteminin görsel uyaran bileşeni . (A) Bir karton VR çerçevesine yerleştirilmiş, video yüklenmiş ve görüntülenmiş LCD akıllı telefon. Katılımcının VR çerçevesini yüzüne ve burun köprüsüne karşı aynı hizada tutması ve her iki gözün de çerçeve tarafından tamamen kapatılmasını sağlaması gerekir. (B) Görsel uyaranın gösterimi; 15 Hz frekansında alternatif beyaz (üst sıra) ve siyah ekranlardan (alt sıra) oluşturulan video döngüsü. Her ekran, VR çerçevesinin sol ve sağ göz görüş alanıyla hizalanmış dikey bir bölme çizgisiyle ayrılmış iki çerçeve içeriyordu. Her kare, merkezinde 5 s aralıklarla 1-9 aralığında değişen bir sayı şeklinde bir odak noktası içeriyordu. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı. LCD; sıvı kristal ekran. VR; sanal gerçeklik. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Taşınabilir SSVEP sisteminin kablosuz EEG bileşeni . (A) Bilgisayara bağlı yakındaki bir alıcıya kablosuz olarak veri aktarabilen 14 kanallı EEG kulaklığı. (B) İnsan EEG çalışmalarında elektrot yerleşimi için uluslararası 10-20 EEG sistemine göre 14 elektrot pozisyonunun görsel bir haritası. Kayıt elektrotları olarak iki oksipital elektrot (O1 ve O2) kullanılırken, SRC-SSVEP çalışmasında ortak mod çıkarma ve öğütme (sırasıyla P3 ve P4) olarak iki parietal elektrot kullanılmıştır. EEG; elektroensefalografi. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı. SRC; sporla ilgili sarsıntı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: SSVEP ölçümlerinde temas kalitesinin öneminin gösterilmesi. SSVEP sistemi ile ölçülen tek bir kontrol (sağlıklı genel popülasyon) deneğinin SSVEP yanıtları, 15 Hz'lik bir uyaran frekansı ve 250 Hz'lik bir örnekleme oranı ile: (A) elektrotlar elektrotlar üzerinde atipik salin çözeltisi kullanıldığında, (B) elektrotlar kafa derisine temas etmek için konu saçından yeterince çalışılmadığında, (C) elektrotlar salinle doyurulur ve saç boyunca işlenir. Salin, hastaların başı ve elektrotları arasındaki elektriksel bağlantıyı sağlamak için gereklidir; onsuz, büyük genlikli cilt potansiyeli olan eserler harmonik bir şekilde gözlenir. Saç, hastanın kafa derisi ile elektrotlar arasındaki elektriksel bağlantıyı en aza indiren bir direnç görevi görür ve bu nedenle gürültünün artmasına neden olur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: EEG validasyon çalışmasında 20 kontrol deneklerinin ortalama SSVEP yanıtı. SSVEP sistemi ile ölçülen kontrol (sağlıklı genel popülasyon) deneklerinin SSVEP yanıtları (n = 20), 15 Hz'lik bir uyaran frekansı ve 250 Hz'lik bir örnekleme hızı ile ölçülmüştür. bireysel SSVEP değerleri, hızlı Fourier dönüştürülmeden ve normalleştirilmeden önce 5-40 Hz arasında filtrelenmiştir. Popülasyonun ortalama SSVEP'i, mikrovolt (uV) cinsinden sinyal genliğini temsil eden y ekseni ile bir güç spektrumu yoğunluğu olarak gösterilmektedir. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: İki sistem arasındaki EEG validasyon çalışmasının akış şeması metodolojisi. Akış şeması, taşınabilir bir EEG sistemini yerleşik bir EEG referans sistemine karşı doğrulama metodolojisini detaylandırır: sırasıyla SSVEP ve klinik EEG sistemleri. Kontrol (sağlıklı genel popülasyon) katılımcıları taranır ve rastgele bir test sırası atanır ve her sistemde test-tekrar test tarzında iki test yapılır. EEG; elektroensefalografi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: İki sistem arasında EEG validasyon çalışması için elektrota genel bakış . (A) Geliştirilmiş taşınabilir SSVEP sistemi. (B) Uluslararası standart 10-20 EEG modifiye kombinatoryal isimlendirme sistemi. (C) Kurulan klinik EEG referans sistemi. SSVEP sistemi, EEG sinyallerini üç oksipital elektrot kanalı (O1, O2 ve Oz) aracılığıyla ölçerken, sırasıyla referans ve önyargı olarak iki kısmi elektrot kanalını (P1 ve P2) kullanır. Klinik EEG sistemi, karşılaştırma için SSVEP sistemi ile aynı O1, O2, Oz, P1, P2 düzeninde manuel olarak konumlandırılabilen 40 kanallı amplifikatörü aracılığıyla EEG sinyallerinin ölçülmesine izin verir. EEG; elektroensefalografi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: İki EEG sistemi tarafından ölçülen tek bir kontrol katılımcısının (katılımcı 09) SSVEP yanıtının güç spektrum yoğunluğu. (A) SSVEP sistemi. (B) Klinik EEG sistemi. Her iki ölçüm de aynı görsel uyaran kullanılarak elde edildi (SSVEP sisteminden): kapalı bir kasada beyaz LED'lerin 15 Hz titreşen uyaranı. Her iki sistemde de görülen belirgin 15 Hz tepkisine rağmen, SSVEP sistemi için mutlak en yüksek tepe noktasının, uyarılan 15 Hz yerine 10,5 Hz'de olduğunu unutmayın. Sistemlerin uyarılan frekansı tepe (birincil) genlik olarak algılaması gereken anlaşma çalışmasının kriterlerine göre, bu bir başarısızlık olarak kabul edilir. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı. LED; ışık yayan diyotlar. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 9: İki EEG sistemi tarafından ölçülen tek bir kontrol (sağlıklı genel popülasyon) katılımcısının (katılımcı 19) SSVEP yanıtının güç spektrum yoğunluğu. (A) SSVEP sistemi. (B) Klinik EEG sistemi. Her iki ölçüm de aynı görsel uyaran kullanılarak elde edildi (SSVEP sisteminden); kapalı bir kasada beyaz LED'lerin 15 Hz titreşen uyaranı. Benzer büyüklükte bir gürültüyle çevrili olduğu için klinik EEG sistemi için belirgin bir 15 Hz yanıtının bulunmadığına dikkat edin. Sistemlerin Z-puanı 5'ten büyük bir yanıt üretmesi gereken anlaşma çalışmasının kriterlerine göre, bu başarısız olarak kabul edilir. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı. LED; ışık yayan diyotlar. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 10: Kontrol katılımcılarının SSVEP'sini ölçen iki EEG sistemi arasındaki anlaşmanın görsel bir gösterimi. (n = 20) kontrol (sağlıklı genel popülasyon) deneklerin ortalama SSVEP yanıtı, ilgilenilen frekans aralığına karşı SNR olarak çizilmiştir; SSVEP (yeşil) ve klinik EEG (kırmızı) sistemleri ile ölçümler için 5-25 Hz. Her kontrol konusu, EEG doğrulama çalışmasındaki her sistem için iki veri kümesi üreterek her sistem için toplam 40 SSVEP veri kümesi oluşturdu. İki sistemin resimli tepkileri, aynı görsel uyaran tarafından uyarıldığında SSVEP ölçümünde ne kadar yakından anlaştıklarını görselleştirmek için üst üste bindirildi: beyaz LED'ler 30 s boyunca 15 Hz'de titreşiyor. Frekans aralığı, yalnızca birincil uyaran tepkisine odaklanmak için öngörülen 30 Hz harmoniğin altına filtrelenir. EEG; elektroensefalografi. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı. SNR; sinyal-gürültü oranı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
EEG Sistemi | Asgari | IQR 25 | Medyan | IQR 75 | Maksimum | Demek | Std. Dev. |
NC 1 Serisi | 4.402 | 8.187 | 9.829 | 13.667 | 20.703 | 11.148 | 4.577 |
NC 2 Serisi | 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 |
Tablo 1: İki EEG sistemi ile ölçülen kontrol katılımcılarının SSVEP istatistiksel özeti. Portatif EEG sistemi ve yerleşik bir klinik EEG sistemi kullanılarak (n = 20) kontrol (sağlıklı genel popülasyon) denekler üzerinde iki SSVEP ölçümü yapıldı; SNR değerleri SSVEP'den hesaplandı (birincil sinyal olarak 15 Hz alındı). Her ölçüm veri kümesi için minimum, maksimum, 25. ve 75. çeyrekler arası aralık (IQR), medyan, ortalama ve standart sapma (std dev) dahil olmak üzere istatistikler hesaplanmıştır. EEG; elektroensefalografi. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı.
EEG Sistemi | Grup | N | ICC (%95 CI) | Test arasındaki ortalama süre (dk) |
Nuroğek | Kontrol | 20 | 0.81 (0.59-0.92) | 0.5 |
Grael · | Kontrol | 20 | 0.83 (0.63-0.93) | 0.5 |
Tablo 2: Portatif SSVEP Sistemi ve klinik EEG sistemlerinin test-tekrar test güvenilirliği. Entegre SSVEP ve klinik EEG sisteminin güvenilirliği, aynı kontrol seti (sağlıklı genel popülasyon) bireyleri (n = 20) kullanılarak, 30 s arayla yapılan iki testten% 95 güven aralığı (CI) ile sınıflar arası korelasyon katsayısına (ICC) dayanarak hesaplanmıştır; ICC (2,1). SSVEP testlerinin SNR değerleri (birincil sinyal olarak 15 Hz alınarak) ICC hesaplaması için ilgilenilen parametre olarak kullanılmıştır. EEG; elektroensefalografi. SSVEP; kararlı hal görseli potansiyelleri uyandırdı.
Bu, bir sarsıntının üç aşamasında sağlıklı erkek amatör yakut birliği oyuncularında SSVEP yanıtlarındaki farklılıkları tanımlayan bir protokol geliştiren ilk çalışmadır; yaralanma öncesi (başlangıç), sarsıntı ve iyileşti (Şekil 1). Yöntem, rekabetçi bir sezon boyunca araştırmacı bir SSVEP kurulumuyla rutin olarak değerlendirilen 65 katılımcının işe alınmasını ve taranmasını içeriyordu. SSVEP kurulumu nispeten basit ve taşınabilir olduğundan, tüm değerlendirmeler klinik olmayan bir ortamda gerçekleştirildi ve bakım noktası sarsıntısı değerlendirmesi olarak potansiyel kullanımı gösterdi. Çalışma, bir bireyin SSVEP üretme yeteneğinin, teşhis edilen bir sarsıntıdan sonra zayıfladığını başarıyla göstermiştir. Bir sarsıntının depresif etkisinin, SSVEP değerleri her birey için sarsıntı öncesi bir seviyeye döndüğünde görüldüğü gibi, tanımlanmış bir iyileşme döneminden sonra azaldığı görülmüştür. Katılımcı gruplar arasındaki istatistiksel analizler SSVEP zayıflama etkilerinde bir anlam göstermiştir. Sarsıntılı olmayan katılımcılardaki yüksek test-tekrar test güvenilirliği, basit ve daha rafine taşınabilir SSVEP sistemlerinde elektrofizyolojik biyobelirteçlerin stabilitesini vurgulamıştır (Tablo 2). Ek olarak, bir SSVEP sistemi ile geleneksel bir EEG amplifikatörü arasındaki mutlak anlaşma, araştırma kalitesinde EEG sinyalleri elde edebilen tıbbi bir yardım olarak kullanılmak üzere teknolojiyi doğrulamaktadır (Şekil 10).
Bu çalışma, yaralanma sonrası için gönüllü olan katılımcılara ve ragbi sezonu boyunca tekrarlanan değerlendirmelere bağlı olduğundan, yöntemde bazı lojistik değişiklikler yapılması gerekiyordu. Temel ve yeniden testler arasındaki tahmini süreler, katılımcının programlarına uyum sağlamak için esnek olmalıdır. Bu önlemlere rağmen, bazı oyuncular hala ilgisiz yaralanmalar veya ilgi eksikliği de dahil olmak üzere çeşitli nedenlerle takip edilmek üzere kaybedildi. Bu, cihazın haftalar boyunca güvenilirliği için daha kapsamlı bir istatistiksel hesaplama olan ICC'nin kullanılmasıyla sonuçlandı. SSVEP kurulumunda herhangi bir olumsuz olay gözlenmedi. Protokolde küçük değişiklikler gerektiren bazı lojistik sorunlarla karşılaşıldı: özellikle uzun veya kalın saçlar, kulaklık ile katılımcının kafa derisi arasında iyi temas kurmada sıkıntılı oldu. Zayıf temas EEG okumalarının kalitesini düşüreceğinden (Şekil 4), uzun veya kalın saçlı katılımcıların, sensörler yerleştirilirken saçlarını yukarı ve baş tarafına doğru fırçalamaları ve tutmaları gerekiyordu. Bu sorun nedeniyle, karmaşık saç stillerine (örneğin, dreadlocks) sahip bireylerin bu çalışmanın dışında bırakıldığı ek bir dışlama kriteri oluşturulmuştur.
Bu makalede daha önce özetlendiği gibi, mevcut sarsıntı değerlendirme araçları oldukça özneldir ve bir klinisyenin çok önemli bir tanı koyma yeteneğini engelleyebilecek bir sporcu tarafından manipülasyon riski altındadır34. Bazı sporcu izleme çalışmaları, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ve bilgisayarlı tomografi (BT) gibi radyolojik modalitelerin kullanılmasıyla sarsıntı için daha objektif bir biyobelirteci araştırmaya çalışmıştır. Ancak bu yöntemler sadece sarsıntının fonksiyonel beyin hasarı olarak tanımlanmasından farklı olan kanamalar gibi makroskopik yapısal yaralanmalar hakkında bilgi sağlar 6,35. Bu çalışmanın sonuçları, VEP'in sarsıntı21,37,38 varlığında zayıflamış veya gecikmiş fonksiyonel bir biyobelirteç 36 olduğunu gösteren önceki çalışmalarla desteklenmektedir. Bu önceki VEP çalışma yöntemlerinde fiziksel kurulumumuz ve hipotezimiz açısından benzerlikler olsa da, çalışmamız VEP üzerinden SSVEP kullanımı yoluyla literatürü genişletmektedir. Ayrıca, protokol, bir sarsıntının üç aşamasındaki oyuncuların gerçek zamanlı değerlendirmelerini, geleneksel kontrol ve sarsıntılı vaka çalışmalarına kıyasla araştırarak değişir. Ek olarak, yöntem, objektif elektrofizyolojik ölçümlerin elde edilmesinde doğruluklarını sınırlayabilecek potansiyel farklılıkları ayırt etmek için yenilikçi ve geleneksel EEG sistemlerini karşılaştırarak araştırma gücünü genişletmektedir. Bu nedenle, bu çalışmada kullanılan protokol, nesnel sarsıntı biyobelirteçleri ile ilgili mevcut literatüre benzersiz ve değerli bir katkı sağlamaktadır.
Bu protokolün genel başarısına rağmen, dikkat edilmesi gereken birkaç sınırlama vardır. Örneğin, hemen art arda yapılan değerlendirme için arka plan EEG gürültüsünde küçük bir katılımcı içi değişkenlik derecesi not edilmiştir. Bu ilk değişkenlik için iki protokol tasarım sınırlaması hatalı olabilir: Birincisi, 14 kanallı EEG sisteminin yüksek doğrulukta empedans geri bildirimi eksikliği ve yorgunluğun ve çevresel etkinin öznenin dikkati üzerindeki etkileri için gevşek kısıtlamalardır. Bu katılımcı içi değişkenlik, bu protokolde kullanılan diğer EEG sistemlerinde görülmese de, nedenlerinin tanımlanamayan bir doğal olay değil, kulaklığın tasarımının bir sonucu olduğunu doğrulamak için bu etkileri daha ayrıntılı olarak araştırmaya değer. İkincisi, çoğu katılımcının ikinci değerlendirmeden sonra birinciye göre daha büyük SSVEP sinyalleri vardı (Tablo 1). Bu, katılımcıların değerlendirme sürecine daha aşina olmalarının ve bunun sonucunda tekrarlanan uyaran sunumu sırasında azaltılmış yanıp sönme ve huzursuzluk da dahil olmak üzere ekipman kurulumuna davranışsal adaptasyonların bir sonucu olabilir. SSVEP protokolüne gerçekten bir alışma etkisi olup olmadığını ve eğer öyleyse, gelecekteki çalışmalarda ortaya çıkmasını azaltmak için hangi potansiyel değişikliklerin yapılması gerektiğini belirlemek için daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır. Son olarak, nispeten küçük bir birey popülasyonundan (tekrar tekrar incelenmeye istekli olan sarsıntı oluşma riski yüksek olanlar) gönüllülere olan yoğun bağımlılık nedeniyle, bu çalışmanın 12'si sarsıntı geçiren 65 katılımcının küçük bir örneklem büyüklüğü ile sınırlı olduğunu belirtmek önemlidir. Bu protokolün sarsıntı değerlendirmesinin sağlamlığını, özellikle de duyarlılığını ve özgüllüğünü değerlendirmek için daha büyük bir kohort boyutuna sahip çalışmalara ihtiyaç duyulacaktır. Bu protokolün, beyin gelişim durumları hala gelişmekte olanlardan (ergenler) potansiyel bilişsel gerilemeye sahip olanlardan (yaşlılar) değişen ve sorumluluğun önemli ölçüde farklı olup olmadığını tanımlayan bir dizi yaş grubunda çoğaltıldığını görmek de ilginç olacaktır. Geliştirilmiş SSVEP sistemi ile ilgili olarak, karşılaştırmalı çalışması, geleneksel EEG sistemlerine kıyasla cihazın yerleşik sınırlamalarını vurguladı. Geleneksel EEG sistemleri genellikle 21 elektrot bölgesinden oluşan tam 10-20 montaj sistemini benimser (Şekil 7B). Öte yandan SSVEP sistemi sadece görsel kortekse karşılık gelen üç elektrot kanalı (O1, O2 ve Oz) kullanır (Şekil 7A). Kapasitedeki bu azalma, sistemin EEG uygulamalarının daha dar bir kapsamına sahip olduğu anlamına gelir ve bu protokol kapsamında elde edilen elektrofizyolojik veriler üzerinde yapılabilecek potansiyel analizleri sınırlar.
Daha önce de belirtildiği gibi, bu protokolün sınırlamalarının üstesinden gelmek ve sonuçlarının genelleştirilip genelleştirilemeyeceğini değerlendirmek için gücünü daha büyük bir kohort üzerinde test etmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Daha da önemlisi, SSVEP zayıflamasındaki bulgumuzun altında yatan mekanizmaları daha iyi anlamak için ek çalışmalara ihtiyaç vardır. Örneğin, sarsıntılı katılımcılarımızda bulunan SSVEP yanıtındaki değişiklikler büyük olasılıkla nöronal fonksiyondaki bozuklukların temsilleridir, ancak bunların birincil (örneğin, hasarlı beyaz cevher) veya ikincil (örneğin, nöroenflamatuar) fenomenler olup olmadığı henüz belirlenmemiştir. Bu yöntemin gelecekteki potansiyel bir uygulaması, nöronal depresyon ve sarsıntı ile ilişkili iyileşme süresinin konuya bireyselleştirilmiş olarak araştırılmasıdır. Bu iyileşme dönemine dair daha derin bir anlayış, yaralı bir sporcuyu daha iyi koruyan spora geri dönüş (RTP) kuralları ve düzenlemelerinde yapılan değişiklikleri görebilir. Bu yöntem aynı zamanda, bir spor sahasının kenarına uygun bir şekilde verilen bir sarsıntı değerlendirmesi gibi klinik olmayan ortamlarda uygulanan taşınabilir bir SSVEP sisteminin pratikliğini de tanıtmaktadır. Bu, sadece tıp uzmanlarına değil, aynı zamanda antrenörlere, sporculara ve ilgili ailelerine, sarsıntı ve İkinci Etki Sendromu10,11'in olumsuz fizyolojik etkilerini ele almak için önemli faydalar sağlama potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada kullanılan taşınabilir SSVEP sistemi gibi gelişmiş SSVEP sistemlerinin üretilmesi, nörofizyoloji ve SRC alanında gelecekteki çalışmaların başarısı için faydalı olacak daha gelişmiş ekipman ve teknolojik uygulamaların ortaya çıktığını görebilir.
Özetle, bu protokol SSVEP'i temas sporu sporcularında sarsıntı için objektif bir biyobelirteç olarak tanımlama amacında başarılı olduğunu kanıtladı. Bir bütün olarak çalışma, SSVEP'in bir sarsıntı varlığında önemli ölçüde zayıfladığına ve basitleştirilmiş bir taşınabilir EEG sistemi aracılığıyla araştırma kalitesi düzeyinde güvenilir bir şekilde üretilebildiğine dair kanıtlar sunmaktadır. Bu nedenle, SSVEP'in sarsıntılı yaralanmaların değerlendirilmesinde, özellikle de SRC'nin yan çizgi değerlendirmesinde ek bir yardım olarak kullanılabileceğini öneriyoruz. Daha rafine protokoller, ileri teknikler ve geliştirilmiş ekipmanlarla yapılan daha ileri çalışmalar, bu çalışmaya dayanabilir ve sarsıntıların sporcuların yaşamları üzerindeki zararlı etkileriyle mücadele etmek için kritik bilgiler sağlayabilir.
Yazarlar potansiyel çıkar çatışmalarını beyan eder ve bunları aşağıda belirtir:
Adrian Cohen, HeadsafeIP Pty Ltd'nin direktörüdür ve bu alandaki teknolojiyle ilgili patent başvurularına dikkat çekmektedir.
Dylan Mahony, HeadsafeIP'nin bir çalışanıdır. HeadsafeIP, sarsıntı ile ilgili teknolojilerin araştırılması, geliştirilmesi ve ticarileştirilmesini üstlenir. HeadsafeIP Pty. Ltd, bu araştırmayla ilgili ürünlerin başarıyla pazarlanması durumunda finansal olarak fayda sağlayabilir.
Daryl Fong, Cryptych Pty Ltd.'nin bir çalışanıdır.
David Putrino, Joseph Herrera ve Rebecca Baron, Sina Dağı'ndaki Icahn Tıp Fakültesi'nin çalışanlarıdır ve geliştirilmiş SSVEP cihazının kullanım durumlarını araştıran sponsorlu araştırmalara katılmaktadır.
İlk deneyde kullanılan ekipman (araştırmacı SSVEP), Sydney Üniversitesi Havacılık, Makine ve Mekatronik Mühendisliği Fakültesi tarafından sağlandı. Çalışmanın ikinci yarısında kullanılan ekipman, entegre SSVEP ve EEG sistemleri, HeadsafeIP tarafından sağlanmıştır.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır