211service.com
Ser hjernerystelse i øynene
Spør tre nevrologer om noen har hjernerystelse, sier Rosina Samadani ’89, SM ’92, så får du fire forskjellige meninger. En hjernerystelse, vanligvis forårsaket av et slag mot hodet, er en skade som midlertidig svekker hjernens funksjon. Men skaden vises vanligvis ikke på hjerneskanninger - og uten klinisk standard, eller til og med en avtalt symptomsjekkliste, kommer diagnosen ned til en vurdering basert på vanskelige å vurdere ting som hvor kvalme eller døsig noen føler seg . Samadani og søsteren hennes, Uzma Samadani , en førsteamanuensis i nevrokirurgi ved University of Minnesota, ønsker å endre det.
For rundt syv år siden prøvde Uzma å finne ut om alvorlig hjerneskadede pasienter ble bedre, så hun utviklet en øyesporingsenhet for å se om de kunne følge en bevegelig video på en skjerm. Praksisen med å vurdere øyebevegelser for å oppdage hjerneskade går tusenvis av år tilbake, men den døde i stor grad ut med bruken av radiologi og CT-skanning. Så snart radiologi kom og du hadde disse vakre bildene av hjernen, sier Uzma, sluttet folk å stole så mye på å se på fysiske øyebevegelser.
Da hun evaluerte dataene som ble samlet inn av enheten hennes, innså hun at det tillot henne å oppdage ikke bare pasientenes sporingsevne, men også begrensninger i øynenes bevegelsesområde. Det gikk opp for henne at disse restriksjonene indikerte problemer med spesifikke nervebaner, noe som betyr at hun hadde funnet en måte å måle – og muligens lokalisere – hjerneskade.
Øyeeplet og pupillbevegelsen styres av tre par kraniale nerver som kommer ut av hjernestammen og strekker seg fremover, en nerve langs hver side av hjernen, for å koble til øyemusklene. Press på disse nervene bremser aktiviteten deres. Siden hvert kranienervepar styrer forskjellige aspekter av øyebevegelser, mente Uzma at øyesporingsdata kan avsløre hvilke nerver som er påvirket av trykk eller skade i hjernen, og til og med peke på skadestedet. For eksempel, hvis bevegelsen er svekket i begge øyne, men øynene er koordinert, betyr det sannsynligvis at skaden er i hjernestammen, noe som vil påvirke begge sider av nerveparet. Hvis bare ett øye er påvirket, tyder det på at skaden er i en del av nerven som allerede har dukket opp fra hjernestammen.
Rosina Samadani ’89, SM ’92 (til venstre), er administrerende direktør i Oculogica, som hennes søster, Uzma, grunnla.
Uzma planla å gjøre teknologien tilgjengelig gratis på nettet, men hun innså at få anlegg ville ha ressursene til å sette den opp på riktig måte. Så hun grunnla Oculogica i 2013 for å selge den i bruksklar form. Hun fikk innspill om å starte virksomheten fra Rosina, som hadde studert maskinteknikk ved MIT, oppnådd en doktorgrad i biomedisinsk ingeniørvitenskap fra Northwestern University, og hadde 18 års erfaring i industrien for medisinsk utstyr som helsekonsulent (inkludert syv år hos McKinsey) og grunnlegger av to startups. Søstrene hadde aldri forestilt seg at de skulle samarbeide profesjonelt, men Uzma mente Rosina hadde de perfekte ferdighetene for Oculogica; hun ansatte henne som administrerende direktør i 2015.
Selskapets bordplate øyesporingsenhet, en maskin kalt EyeBox, sender en liten video med klokken rundt omkretsen av en rektangulær skjerm i 220 sekunder. (Testvideoene, som inkluderer en Shakira-musikkvideo, ble nøye kontrollert for å oppfylle en liste med omtrent et dusin kriterier; for eksempel kan de ikke ha blinkende lys.) Mens en pasient ser på videoen fra en stabil hodestøtte, en kikkert kameraet sporer hvert øye separat og samler rundt 100 000 datapunkter med høy frekvens. Dataene mates inn i algoritmer som beregner nesten 100 forskjellige beregninger som kvantifiserer ting som hastighet, koordinasjon og bevegelsesområde. Ved å bruke statistisk analyse og maskinlæring identifiserte Uzma beregningene som var sterkest korrelert med hjernerystelse i kliniske studier, og hun utviklet en algoritme basert på disse beregningene for å vurdere alvorlighetsgraden av en hjerneskade. En poengsum på 10 eller høyere er Oculogicas terskel for hjernerystelse. (Uzma har sett så høye skårer som de lave 30-årene; Rosina sier at hun vanligvis skårer 1,5 til 2,5 i sin normale, sunne tilstand.) EyeBox oppdager også intrakraniell hevelse, som kan være forårsaket av hjernerystelse og andre hjernesykdommer.
Mens andre medisinske øyemålere er på markedet, krever de en baseline og vurderer kun oppmerksomhet - i hovedsak pasientens vilje til å følge en valgt stimulans, forutsatt kapasitet til å gjøre det. EyeBox, som ikke krever baseline-testing, måler funksjonen til kranialnervene, og gir det som har vært så unnvikende innen hjerneskademedisin: en fysiologisk indikator på hjernefunksjon. Denne typen objektiv vurdering kan føre til en måte å klassifisere hjerneskader og spore utvinning. Håpet, sier Rosina, er at det ville åpne slusene for å utvikle passende terapier.
EyeBox er i kliniske studier, og Oculogica jobber med å få FDA-godkjenning for diagnose av hjernerystelse – noe ingen annen enhet har for øyeblikket. Forsvarsdepartementet, USAs olympiske treningssenter og to videregående skoler i Beaver Dam, Wisconsin, er blant organisasjonene som har testet enheten. Andre EyeBox-studier er i gang ved Boston Children's Hospital, Mayo Clinic og Children's Hospital of Philadelphia.
En operatørkonsoll viser en EyeBox-test som pågår. For å ta testen ser en person på en video reise rundt en skjerm i 220 sekunder mens EyeBox-kameraet sporer øyebevegelsene hennes.
Mens Oculogica venter på resultatene av disse studiene, fortsetter Uzma å identifisere nye beregninger og avgrense enhetens algoritmer, og selskapet utvikler en mer bærbar versjon av EyeBox. En mindre versjon kan brukes i felten av militæret, eller muligens til og med på sidelinjen av trenere og trenere.
Beaver Dam High Schools hovedfotballtrener, Steve Kuenzi, sier at den eneste godkjente testen som nå er tilgjengelig for trenere, krever at barn svarer på spørsmål på en datamaskin, både før en skade og etter. Jeg tror ikke så mye på det det forteller deg, sier Kuenzi og forklarer at du ikke kan vite hvor mye innsats en student legger i en slik test. Studier viser også at baseline-tester kan være upålitelige: idrettsutøvere kan med vilje gjøre det dårlig for å øke sjansene for at de vil kunne fortsette å spille etter en skade.
Da Rosina testet EyeBox på rundt 100 av Kuenzis spillere, henvendte hun seg til ham for å teste flere som hadde fått høye poengsummer. Først på listen hennes var en spiller som hadde blitt hardt rammet på trening kvelden før, men som besto en tradisjonell hjernerystelsesvurdering. En annen var en elev som hadde blitt skadet i en kamp noen dager tidligere; de fleste av de andre spilte i høykollisjonsposisjoner.
Den første ungen hun nevnte for meg, den solgte meg på en måte, sier Kuenzi. Det faktum at en spiller som nettopp hadde fått et stort treff hadde høyest poengsum – over 10 – var ganske talende, sier han. En annen student testet lavt, men ble deretter truffet i praksis samme ettermiddag; da Rosina testet ham med EyeBox igjen på sykehuset den kvelden, hoppet poengsummen hans betydelig, sier moren hans, Kelly Braker. Han ble testet gjentatte ganger i løpet av de påfølgende månedene, og Braker ble beroliget da poengsummen hans gradvis falt. Du er som, ok, tydeligvis blir han bedre, sier hun.
Ved å minimere gjettingen som er involvert i å diagnostisere hjernerystelse, sier Kuenzi, kan den typen verktøy være til stor hjelp for trenere som prøver å beskytte spillere og forsvare en sport som i økende grad blir sett på som for farlig. Du snakker hjernen, sier han. Vi skal ikke rote med det.