הערכה ותקשורת לאנשים עם הפרעות תודעה

אבחנה של חולים במדינת צמח (VS) או מדינה מינימלית מודעת (MCS) קשה, לעתים קרובות סיווגים מתרחשים. מחקר שנערך בשנת 2009 השווה את דיוק האבחנה בין הקונצנזוס הקליני לבין הערכה נוירו-התנהגותית ¹ . מתוך 44 מטופלים שאובחנו עם VS על בסיס הקונצנזוס הקליני של הצוות הרפואי, 18 (41%) נמצאו ב- MCS לאחר הערכה סטנדרטית עם ה- Coma Recovery Scale-Revised (CRS-R). תוצאה זו עולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים, אשר הראו כי 37 – 43% מהחולים שאובחנו עם VS הראו סימנים של מודעות ^{2 , 3} . סיווג קשקשים מבוסס על תצפיות התנהגותיות או על הערכות של תפקודים שמיעתיים, חזותיים, מילוליים ומנועיים, כמו גם רמות תקשורת ועוררות. טכנולוגיות חדשות שיכולות להוסיף נתונים על פעילות המוח הן כלי מושלם כדי להתגבר על ההגבלות המוטלות על ידי behaסולמות דירוג ויוראל. חולים עשויים להיות מסוגלים לווסת את תגובות המוח שלהם למרות שלא הצליחו לייצר את השינויים ההתנהגותיים הנדרשים בסולם הדירוג. Monti et al. ⁴ הראו שתפקוד תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) יכול לזהות שינויים מרצון בתגובות תלויי רמת חמצון בדם, הקשורות לתנועות מוטוריות או למשימות מרחביות, ב -5 / 54 חולים שאובחנו עם הפרעת תודעה (DOC). ארבעה מהם בעבר סווגו להיות MCS. כך, במיעוט המקרים, למטופלים העומדים בקריטריונים ההתנהגותיים של מצב צמחוני יש תפקוד קוגניטיבי שיורי ואפילו מודעות מודעת.

Electroencephalography (EEG) מבוססי BCIs יכול גם לזהות פעילות המוח כתוצאה מדמיון או ניסיון של תנועות מוטוריות. יש גם פרדיגמות אחרות של BCI, אשר יכולות לקבוע האם אדם יכול להציג מודעות על ידי בחירה מרצון של טאס מוגדר מראשK. EEG מבוססי BCIs יש יתרונות אחרים ביחס הערכות מבוססות fMRI. לדוגמה, מערכות EEG הם הרבה יותר חסכוני וניידים, והם יכולים לשמש בקלות על המטופלים של bedside.The העיקריים noninvasive BCI הגישות כוללות איטי קליפת המוח הפוטנציאלים (SCPs), P300s, מצב יציב ויזואלית פוטנציאליים (SSVEPs) ו מוטור תמונות (MI). SCPs סיפקו שיעורי העברת מידע נמוכים ודורשים הכשרה מקיפה (ראו Wolpaw et al. ) ⁵ , בעוד SSVEPs דורשים תשומת לב חזותית. שתי הגישות הן ולכן לא נעשה שימוש בפרוטוקול זה. עם איות P300, Ortner et al. ⁵ הגיע דיוק של 70% עבור אנשים עם מוגבלות. מספר זה יכול בסופו של דבר להיות מוגברת. לדוגמה Turnip et al. ⁷ משופרת דיוק סיווג P300 שלהם באמצעות מסווג רשת עצבית אדפטיבית. עבור פרוטוקול זה, בחרנו המישוש P300 גישות שמיעה בנוסף MI, כי שניהם oF אותם ניתן להשתמש ללא חזון, ולכל אחד יש יתרונות ייחודיים. MI יכול לספק תקשורת מהירה יותר מאשר P300 BCI nonvisual, בעוד P300 BCIs דורשים הכשרה מעט מאוד. לכן, זה פרוטוקול BCI היברידי יכול ליישם חבילה שלמה של גישות BCI מבוסס EEG עבור חולים DOC. יתר על כן, מאז המשימות הן מהירות יחסית וקלות לחזור, גישות שונות ניתן לבדוק שוב ושוב עם כל מטופל כדי להקטין את מספר הסיווגים שגוי של חולים DOC.

ארבע גישות שונות BCI נבדקו: (i) P300 השמיעה, (ii) vibrotactile P300 עם שני ממריצים, (iii) vibrotactile P300 עם שלושה ממריצים, (iv) MI.

פרדיגמה I P300 הגישה השמיעתית משתמשת הפרדיגמה oddball השמיעה, שבו גירויים סוטה (1,000 צפצופים Hz) מופצים באופן אקראי בתוך רכבת של גירויים סטנדרטיים יותר סביר (500 צפצופים Hz). בפרדיגמה II, הגירויים מועברים באמצעות ממריצים vibrotactile thב ממוקמות על הידיים והימנית. הטקטור על שורש כף היד מספק את הגירויים סטנדרטיים, ואת הטקטור על פרק כף היד הימנית לספק את הגירוי (יעד) גירויים. עבור הפרדיגמה 3, מונע גירוי נוסף על הקרסול הימני של הנושא, או על מיקום אחר, כמו באמצע הגב. זה ממריץ מספק רכבת של גירויים סטנדרטיים, בעוד שני ממריצים על היד הימנית והשמאלית הן לספק גירויים סוטה. כדי להעריך את ההכרה עם שני פרדיגמות vibrotactile, הנושא הוא אמר דרך האוזניות כדי לספור בשקט כל גירוי על פרק אחד תוך התעלמות גירויים אחרים. מנגנון אקראי מחליט אם לבחור את היד השמאלית או הימנית, וכל ריצה יש ארבע קבוצות של 30 ניסויים כל אחד, עם יד יעד חדשה עבור כל משפט.

עיבוד האות הבא נעשה עבור פרדיגמות i, ii ו- iii: שמונה ערוצי EEG נרכשים באמצעות תדר דגימה של 256 הרץ. ההסתברות לגירוי סוטה היא 1/8; An UniversityE, יהיו שבעה גירויים סטנדרטיים עבור כל גירוי סוטה. כל ריצה כוללת 480 גירויים. ריצה אחת של פרדיגמה אני לוקח 7 דקות 20 s, בעוד כל ריצה של פרדיגמות ii ו- iii לוקח 2 דקות 30 s. אם החולה סופר בשקט כל גירוי סוטה, גירויים אלה מעוררים מספר גורמים הקשורים לאירוע (ERP), כולל ה- P300, שיא חיובי של כ- 300 אלפיות שנייה לאחר תחילת הגירוי. כל צפצוף נמשך 100 ms. עבור כל משפט גירוי, חלון של 100 ms לפני ו 600 ms לאחר הצפצוף מאוחסן לעיבוד אותות. הנתונים הם downsampled מכן על ידי גורם של 12, וכתוצאה מכך 12 דגימות עבור 60 MS שלאחר גירוי אינטרוול. לבסוף, כל תכונות ערוץ הזמן מדגם מוזנים לתוך ניתוח מפלה ליניארית ⁸ , וכתוצאה מכך 12 x 8 = 96 תכונות. כדי לחשב את העלילה דיוק ( איור 1 & 2 ), את ההליך הבא הוא חזר על עצמו עשר פעמים, והתוצאות ממוצעים לתוך מגרש אחד. הניסויים הסוטים והסטנדרטייםמוקצים באופן אקראי לשתי בריכות בגודל שווה. בריכה אחת משמשת להכשרת מסווג, והבריכה האחרת משמשת לבדיקת הסיווג. מסווג נבדק על מספר גדל והולך של גירויים ממוצעת מתוך הבריכה הבדיקה. בהתחלה, הוא נבדק רק אחד deviant ו שבעה גירויים סטנדרטיים. אם מסווג זיהה את הגירוי סוטה כראוי, הדיוק המתקבל הוא 100%, וזה 0% אחרת. הדבר נעשה גם עבור 2 גירויים סוטה ממוצעת ו 14 גירויים סטנדרטיים ממוצעים, עבור 3 גירויים סוטה ו 21 גירויים סטנדרטיים, וכן הלאה עד בריכת הבדיקה המלאה משמש. זה מייצר מגרש של 30 ערכים בודדים (עבור 30 גירויים סוטה בבריכת הבדיקה), כל אחד מהם 100% או 0%. ממוצע של 10 מגרשים בודדים תוצאות ערכים בטווח שבין 0% ל 100%. הגדלת מספר הגירויים ממוצעים יגדיל את הדיוק אם הנושא יכול לעקוב אחר המשימה, כי הממוצע של גירויים מפחית רעש אקראי בנתונים. דיוק הרבה מעבר לרמה המקרית (12).5%) מראה כי תגובה P300 ניתן לעורר את הנושא וכי תגובה במוח של הנושא אכן הופיע.פרדיגמות i ו- II יכול לשמש רק כדי להעריך את ההכרה. אם הדיוק שהושג במהלך ההערכה גבוה מ -40%, ניתן להמשיך ולהשתמש בתקשורת של הפרדיגמה iii או IV.

במשימת התקשורת של הפרדיגמה 3, הנושא בוחר להתרכז בגירויים בצד שמאל אם הוא רוצה לענות "כן" או בצד ימין כדי לענות "לא". המסווג מגלה באיזה יד המשתמש היה מתרכז ומציג את התשובה.

פרדיגמה iv רשומות 120 ניסויים, שכל אחד מהם נמשך 8 שניות, מופרדים על ידי 1 של break.This התוצאות 10 sx 120 = 18 דקות של זמן הפעלה הכולל. פרדיגמה iv משתמשת ב- 16 ערוצי EEG המופצים על קליפת המוח הסנסורי-מוטורית. תדר הדגימה הוא 256 הרץ. כל משפט מתחיל עם רמז, מוצג באמצעות אוזניות, המנחה את הנושאלדמיין לנוע יד שמאל או ימין. רצף ההוראות שמאלה וימינה הוא אקראי. לצורך עיבוד אותות, נעשה שימוש בשיטה של ​​דגמים מרחביים שכיחים (CSP) ^{10 , 12 , 13} . שיטה זו מניבה קבוצה של מסננים מרחביים שנועדו למזער את השונות של מחלקה אחת תוך הגדלת השונות עבור המעמד השני. התוצאה היא ארבע תכונות, אשר מסווגים על ידי ניתוח מפלה ליניארית ⁸ . כל הליך סיווג מתואר בפירוט בפרסום האחרון, מראה דיוק הסיווג הממוצע של 80.7% לאחר רק 60 דקות של אימון משתמשים בריאים ¹³ . חישוב הדיוק נעשה באמצעות אימות צולב. הכוונה היא לחלק את המדגם של נתונים אל תת-קבוצות משלימות, לבצע את הניתוח על תת-קבוצה אחת (מאגר אימונים), ולאמת את הניתוח על התת-קבוצה השנייה (tes)Ting בריכה). לפני ההפרדה של הנתונים לתוך הבריכות, ניסויים המכילים חפצים נדחים. ניסוי נחשב מכיל ממצאים אם הערך המוחלט של משרעת עולה על 100 μV בכל עת במהלך המשפט. הדיוק מחושב עבור כל התנועות בבריכת הבדיקה בתוך פרק זמן של 1.5 s לאחר צפצוף תשומת הלב עד סוף המשפט, בשלבים של 0.5 s. עבור כל שלב וכל ניסוי, התוצאה הסיווג הוא 100 או 0%. את הדיוק של כל הניסויים של הבריכה הבדיקה אז ממוצעים עבור כל צעד אחד, וכתוצאה מכך רמות דיוק בטווח שבין 0% ל 100%. לבסוף, ממוצע של עשר חזרות של תוצאות cross-validation מוצג בתרשים הדיוק. דוגמאות ניתן לראות בתרשימים 3 ו -4 . המגרשים מופרדים לתנועה הדמיה ביד שמאל (צהוב), יד ימין (כחול), וכל התנועות יחד (ירוק). הקו האופקי במגנטה מייצג את גבול הביטחון, אשר דועךDs על מספר הניסויים ששימשו לניתוח. זהו המספר הכולל של הניסויים בניכוי מספר הניסויים שנדחו. זה מראה את רווח סמך 95% באמצעות שיטה Clopper Pearson ⁹ . רמת דיוק מעל קו זה אומר כי התוצאה היא מובהקת סטטיסטית (אלפא <0.05).