211service.com
Patrząc wstrząśnienie w oko
Zapytaj trzech neurologów, czy ktoś ma wstrząśnienie mózgu, mówi Rosina Samadani ’89, SM ’92, a otrzymasz cztery różne opinie. Wstrząśnienie mózgu, zwykle spowodowane uderzeniem w głowę, jest urazem, który tymczasowo upośledza funkcjonowanie mózgu. Ale uszkodzenia zwykle nie ujawniają się na skanach mózgu – a bez standardu klinicznego, a nawet uzgodnionej listy kontrolnej objawów, diagnoza sprowadza się do wezwania do osądu na podstawie trudnych do oceny rzeczy, takich jak uczucie mdłości lub senności . Samadani i jej siostra, Uzma Samadani , profesor nadzwyczajny neurochirurgii na Uniwersytecie Minnesota, chcą to zmienić.
Około siedem lat temu Uzma próbowała ustalić, czy stan pacjentów z ciężkim uszkodzeniem mózgu poprawia się, więc opracowała urządzenie do śledzenia wzroku, aby sprawdzić, czy mogą śledzić ruchome wideo na ekranie. Praktyka oceny ruchu gałek ocznych w celu wykrycia uszkodzenia mózgu sięga tysięcy lat, ale w dużej mierze wymarła wraz z pojawieniem się radiologii i tomografii komputerowej. Jak tylko pojawiła się radiologia i uzyskano te piękne zdjęcia mózgu, mówi Uzma, ludzie przestali tak bardzo polegać na patrzeniu na fizyczne ruchy gałek ocznych.
Oceniając dane zebrane przez jej urządzenie, zdała sobie sprawę, że pozwalało to jej wykryć nie tylko zdolność śledzenia pacjentów, ale także ograniczenia w zakresie ruchu ich oczu. Uświadomiła sobie, że te ograniczenia wskazują na problemy z określonymi ścieżkami nerwowymi, co oznacza, że znalazła sposób na zmierzenie – i prawdopodobnie zlokalizowanie – uszkodzenia mózgu.
Ruch gałki ocznej i źrenicy jest kontrolowany przez trzy pary nerwów czaszkowych, które wychodzą z pnia mózgu i rozciągają się do przodu, po jednym nerwie wzdłuż każdej strony mózgu, aby połączyć się z mięśniami oka. Nacisk na te nerwy spowalnia ich aktywność. Ponieważ każda para nerwów czaszkowych reguluje różne aspekty ruchu gałek ocznych, rozumował Uzma, dane ze śledzenia gałek ocznych mogą ujawnić, które nerwy są dotknięte naciskiem lub uszkodzeniem w mózgu, a nawet wskazać miejsce urazu. Na przykład, jeśli ruch jest upośledzony w obu oczach, ale oczy są skoordynowane, prawdopodobnie oznacza to, że uraz dotyczy pnia mózgu, co wpłynęłoby na obie strony pary nerwów. Jeśli dotknięte jest tylko jedno oko, sugeruje to, że uszkodzenie dotyczy odcinka nerwu, który już wyszedł z pnia mózgu.
Rosina Samadani ’89, SM ’92 (po lewej) jest dyrektorem generalnym firmy Oculogica, którą założyła jej siostra Uzma.
Uzma planowała udostępnić tę technologię za darmo online, ale zdała sobie sprawę, że niewiele placówek miałoby zasoby, aby ją właściwie skonfigurować. Więc założyła Oculogica w 2013 roku sprzedać go w postaci gotowej do użycia. W sprawie rozpoczęcia działalności otrzymała informacje od Rosiny, która studiowała inżynierię mechaniczną na MIT, uzyskała doktorat z inżynierii biomedycznej na Northwestern University i miała 18-letnie doświadczenie w branży urządzeń medycznych jako konsultant ds. opieki zdrowotnej (w tym siedem lat w McKinsey) i założyciel dwóch startupów. Siostry nigdy nie wyobrażały sobie, że będą współpracować profesjonalnie, ale Uzma uważała, że Rosina ma idealny zestaw umiejętności dla Oculogica; zatrudniła ją jako CEO w 2015 roku.
Stołowe urządzenie firmy do śledzenia ruchu gałek ocznych, urządzenie o nazwie EyeBox, wysyła małe wideo zgodnie z ruchem wskazówek zegara po obwodzie prostokątnego ekranu przez 220 sekund. (Filmy testowe, w tym teledysk Shakiry, zostały dokładnie sprawdzone pod kątem spełnienia listy kilkunastu kryteriów; na przykład nie mogą mieć migających świateł.) Gdy pacjent ogląda wideo ze stabilnego zagłówka, lornetka kamera osobno śledzi każde oko i gromadzi około 100 000 punktów danych z wysoką częstotliwością. Dane trafiają do algorytmów, które obliczają prawie 100 różnych metryk określających ilościowo takie rzeczy, jak prędkość, koordynacja i zakres ruchu. Korzystając z analizy statystycznej i uczenia maszynowego, Uzma zidentyfikowała wskaźniki najsilniej skorelowane z wstrząsem mózgu w badaniach klinicznych i opracowała algorytm oparty na tych wskaźnikach, aby ocenić ciężkość urazu mózgu. Wynik 10 lub wyższy to próg wstrząsu Oculogica. (Uzma odnotowała wyniki tak wysokie, jak osoby po trzydziestce; Rosina mówi, że w normalnym, zdrowym stanie zwykle osiąga od 1,5 do 2,5 punktów). EyeBox wykrywa również obrzęk śródczaszkowy, który może być spowodowany wstrząsem mózgu i innymi chorobami mózgu.
Podczas gdy inne medyczne urządzenia do śledzenia wzroku są dostępne na rynku, wymagają one punktu odniesienia i oceniają tylko uwagę – zasadniczo gotowość pacjenta do podążania za wybranym bodźcem, zakładając, że jest to możliwe. EyeBox, który nie wymaga testów podstawowych, mierzy funkcję nerwów czaszkowych, zapewniając to, co było tak nieuchwytne w medycynie urazów mózgu: fizjologiczny wskaźnik funkcji mózgu. Ten rodzaj obiektywnej oceny może prowadzić do sposobu klasyfikacji urazów mózgu i śledzenia powrotu do zdrowia. Rosina mówi, że ma nadzieję, że otworzy to wrota dla opracowania odpowiednich terapii.
EyeBox jest w trakcie badań klinicznych, a Oculogica pracuje nad uzyskaniem zezwolenia FDA na diagnozę wstrząsu mózgu – czego obecnie nie ma żadne inne urządzenie. Departament Obrony, Centrum Szkolenia Olimpijskiego Stanów Zjednoczonych i dwie szkoły średnie w Beaver Dam w stanie Wisconsin należą do organizacji, które przetestowały urządzenie. Inne badania EyeBox są w toku w Boston Children's Hospital, Mayo Clinic i Children's Hospital w Filadelfii.
Konsola operatora pokazuje trwający test EyeBox. Aby wziąć udział w teście, osoba ogląda wideo podróżujące po ekranie przez 220 sekund, podczas gdy kamera EyeBox śledzi ruchy jej oczu.
Podczas gdy Oculogica czeka na wyniki tych badań, Uzma nadal identyfikuje nowe metryki i udoskonala algorytmy urządzenia, a firma opracowuje bardziej przenośną wersję EyeBox. Mniejsza wersja mogłaby być używana w terenie przez wojsko, a być może nawet na uboczu przez trenerów i trenerów.
Główny trener piłki nożnej w Beaver Dam High School, Steve Kuenzi, mówi, że jedyny zatwierdzony test obecnie dostępny dla trenerów wymaga, aby dzieci odpowiadały na pytania na komputerze, zarówno przed kontuzją, jak i po niej. Nie jestem wielkim zwolennikiem tego, co ci mówi, mówi Kuenzi, wyjaśniając, że nie możesz wiedzieć, ile wysiłku wkłada uczeń w taki test. Badania pokazują również, że podstawowe testy mogą być zawodne: sportowcy mogą celowo robić słabo, aby zwiększyć szanse na kontynuowanie gry po kontuzji.
Kiedy Rosina testowała EyeBox na około 100 graczach Kuenziego, zwróciła się do niego z prośbą o ponowne przetestowanie kilku osób, które uzyskały wysokie wyniki. Pierwsza na jej liście była zawodniczka, która poprzedniego wieczoru została mocno uderzona na treningach, ale zdała tradycyjną ocenę wstrząsu mózgu. Innym był uczeń, który kilka dni wcześniej został kontuzjowany w meczu; większość pozostałych grała na wysokich pozycjach kolizyjnych.
Pierwszy dzieciak, o którym mi wspomniała, trochę mnie sprzedał, mówi Kuenzi. Jak mówi, fakt, że gracz, który właśnie doznał poważnego ciosu, miał najwyższy wynik – powyżej 10 – był dość wymowny. Inny uczeń uzyskał niski wynik, ale tego popołudnia został trafiony na treningu; kiedy Rosina ponownie przetestowała go z EyeBox w szpitalu tej nocy, jego wynik znacznie wzrósł, mówi jego matka, Kelly Braker. Był wielokrotnie testowany w ciągu następnych miesięcy, a Braker był uspokojony, gdy jego wynik stopniowo spadał. Mówisz, okej, najwyraźniej mu się poprawia, mówi.
Kuenzi mówi, że minimalizując zgadywanie związane z diagnozowaniem wstrząśnienia mózgu, tego rodzaju narzędzie może być bardzo pomocne dla trenerów, którzy starają się chronić zawodników i sport coraz bardziej postrzegany jako zbyt niebezpieczny. Mówisz mózgiem, mówi. Nie będziemy się z tym bawić.