Два отдельных проекта, инициированных исследователями Школы медицинских наук Питтсбургского университета и недавно опубликованных в научных журналах, представляют собой важные шаги в направлении демонстрации пациентам полезности портативных оптических изображений мозга для сотрясения мозга и подтверждения – с помощью крупномасштабного статистического анализа – компьютеризированное нейрокогнитивное тестирование на сотрясение мозга.
По словам исследователей, результаты исследования оптической визуализации с использованием функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS) предоставили предварительную поддержку этому инструменту как недорогому портативному устройству для визуализации спортивных и военных сотрясений мозга. Этот отчет, опубликованный в журнале Brain Imaging and Behavior, быстро привел к дальнейшим исследованиям – финансируемому Национальным институтом здравоохранения исследованию в Питте, в котором изучается мозг во время выполнения двойного когнитивного баланса у детей после сотрясения мозга.
Устройство fNIRS работает как пульсоксиметр для мозга (видео). Он измеряет приток крови к мозгу, посылая световые сигналы от датчиков, установленных в трехфунтовом головном колпаке, а затем формирует изображения изменений содержания кислорода в крови, отражающие активность мозга, путем регистрации поглощения света разными цветами. FNIRS производил считывание, в то время как участники, одетые в головные уборы, похожие на бандану, проходили компьютеризированный нейрокогнитивный тест и соответствовали тесту, выявляя борьбу мозга с выполнением определенных когнитивных задач.
"Мы предполагаем, что церебральный кровоток нарушается после травмы, и обработка мозга будет менее эффективной," объяснил Энтони Контос, доктор философии.D., ассистент директора по исследованиям программы сотрясения мозга спортивной медицины UPMC и доцент кафедры ортопедической хирургии Питта. "Если вы выполняете задачу с памятью или задачу на время реакции, это потребует активации – большего кровотока, большего количества кислорода – в определенных областях мозга, специфичных для этой задачи. Однако мы обнаружили сниженную и более распространенную активацию в группе с сотрясением мозга. Другими словами, их травмированный мозг был менее эффективен и был напряжен, чтобы получить ресурсы, необходимые для выполнения когнитивных задач из других частей мозга."
"Мы знали, какие области мозга обычно должны светиться," добавил Теодор Юппер, Ph.D., доцент, Исследовательский центр магнитного резонанса, факультет радиологии Питта и инженерная школа Свенсона. "Судя по нашему набору данных, у нас в среднем была сниженная мозговая активность и более рассеянная мозговая активность – при этом для выполнения задачи требовалось больше областей мозга, потому что обычные области были не столь эффективны."
В этом предварительном исследовании участвовали девять человек в возрасте от 18 до 45 лет, у которых были симптомы в течение 15–1,5 месяцев после сотрясения мозга, связанного со спортом. Исследователи сравнили их с пятью людьми, которые не пострадали. Сканирование с помощью fNIRS показало, что сотрясение мозга активировалось при более низком пороге и извлекалось из более широкой области – резкий контраст с более ранними исследованиями функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) с участием пациентов с сотрясением мозга. И снижение насыщенного кислородом кровотока и более низкие результаты теста были обнаружены во время определенных, более когнитивно напряженных аспектов нейрокогнитивного тестирования: запоминания слов, запоминания дизайна и сопоставления символов.
"Это портативное и относительно недорогое устройство визуализации – по сравнению с МРТ – и, что наиболее важно, оно позволяет нам комбинировать как пространственную, так и временную информацию, то есть то, что происходит в определенной области мозга и когда происходит активация," Доктор. Контос сказал. "Это не просто место. Это не просто время. Это оба."
Вскоре на рынке ожидается появление на рынке беспроводного устройства fNIRS, которое позволит использовать его для дальнейших исследований в клинических условиях и, возможно, даже в условиях побочного сотрясения мозга, сказал д-р. Хупперт, который много лет работал с fNIRS и публиковал его исследования. Тем не менее, доктор. Контос подчеркнул полезность текущей итерации: "Вы можете носить его во время нейрокогнитивного тестирования, вы можете носить его во время тестирования баланса, вы даже можете носить его во время тестирования с физической нагрузкой, например, на беговой дорожке. Его можно использовать в условиях сотрясения мозга, связанного со спортом."
Исследование финансировалось кафедрой радиологии университета. Среди других соавторов исследования: Нэнси Хилл Белук, Б.S., из радиологии; р.J. Эльбин, к.D., в прошлом Питт, доцент кинезиологии Университета Арканзаса; Скотт Дакан, B.S., ранее Питт, учился в штате Огайо; и Люк Генри, доктор философии.D., Джонатан Френч, Psy.D., и режиссер Майкл "Микки" Коллинз, доктор философии.D., все из программы сотрясения мозга спортивной медицины UPMC.
"За последние полтора десятилетия многие специалисты в области сотрясения мозга пытались найти инструмент визуализации, который мог бы помочь нам в клинических условиях, и не смогли найти ничего стабильного," Доктор. Коллинз сказал. "Это предварительное исследование, хотя и небольшое, показало нам, где в головном мозге пациента затронуты проблемы и в какой степени когнитивные способности. Для нас этого было достаточно, чтобы продолжать развивать этот потенциальный инструмент."
В исследовании fNIRS использовалась ImPACT, набор компьютеризированных нейрокогнитивных тестов, предназначенный для оценки легкой черепно-мозговой травмы. Доктор. Коллинз – разработчик и акционер ImPACT Applications, Inc., создатель ImPACT.
Статистический анализ поддерживает компьютеризированное тестирование
В отдельном исследовании метаанализ, опубликованный в мартовском выпуске журнала Международного нейропсихологического общества, Rock Braithwaite, Ed.D., профессор кафедры кинезиологии и рекреационного администрирования, Государственный университет Гумбольдта, Арката, Калифорния., синтезировал все существующие исследования с использованием четырех основных компьютеризированных нейрокогнитивных тестов на сотрясение мозга: Headminder, CogSport, Automated Neuropsychological Assessment Metrics (ANAM) и ImPACT. В том, что считается крупнейшим статистическим обзором опубликованных компьютеризированных тестов на сотрясение мозга на сегодняшний день, охватывающим 37 исследований и 3960 участников, всех в течение первой недели после сотрясения мозга, он и его соавторы, включая доктора Питта. Контос – сделал два основных вывода:
"ImPACT обнаружил наибольшие эффекты для людей, получивших сотрясение мозга, по всем исходам," сказал доктор. Брейтуэйт, который инициировал идею этого исследования. "Память, скорость обработки, отзыв… ImPACT смог лучше обнаруживать изменения по сравнению с другими компьютеризированными тестами."
Доктор. Брейтуэйт сказал, что для выявления исследований сотрясения мозга использовались строгие методы, которые будут использоваться как часть метаанализа.
"Это исследование может помочь направить дальнейшие исследования сотрясения мозга," Доктор. Брейтуэйт добавил.
Доктор. Контос, соавтор метаанализа вместе с доктором доктором. Эльбин и Дакан согласились с доктором. Брейтуэйт, что их исследование – важный первый шаг.
"Хороших исследований, включающих многие из этих тестов, не так много, и в большинстве существующих исследований используется тест ImPACT," сказал доктор. Контос, который, как и соавторы метаанализа, не имеет финансовой заинтересованности в ImPACT Applications, Inc.; Доктор. Коллинз не участвовал в этом исследовании. "Нам нужны дополнительные исследования эффективности этих других тестов у пациентов с сотрясением мозга, связанным со спортом."