Spontane Augenblinzelbewertung zur kognitiven Beurteilung von Personen mit schwerer erworbener Hirnverletzung (SEE-ABI)

Gesamtziel: Bereitstellung vorläufiger Ergebnisse zum Wert spontaner Augenzwinkermerkmale (d. h. Häufigkeit, Amplitude, Dauer und Variabilität der Intervalle zwischen den Lidschlägen), die nicht auf freiwilligen Verhaltensreaktionen beruhen, zur Verbesserung der Beurteilung der Aufmerksamkeitsfähigkeit und des Bewusstseins bei Patienten mit sABI.

Konkrete Ziele:

1. um den diagnostischen Wert von EBR bei pDoC-Patienten zu bestätigen, wie in der Studie von Magliacano et al. (2021);
2. Verbesserung der diagnostischen Genauigkeit von Patienten mit anhaltenden Bewusstseinsstörungen (pDoC) durch Auswertung zusätzlicher Blinzelmerkmale (d. h. Amplitude, Dauer, Variabilität der Intervalle zwischen Blinzeln), um Patienten mit UWS von denen mit MCS oder bei Bewusstsein zu unterscheiden.
3. Untersuchung der Nützlichkeit der Analyse der Augenblinzelmerkmale zur Beurteilung der verbleibenden Aufmerksamkeitsfähigkeiten bei Patienten, die sich von pDoC erholen und bei vollem Bewusstsein sind.
4. Prototyping einer Pipeline mit maschinellem Lernen zur Unterstützung der Bewusstseinsdiagnose auf der Grundlage der Augenzwinkerrate (EBR) und EOG-abgeleiteter Funktionen. Die Aspekte Interpretierbarkeit und Zuverlässigkeit werden sorgfältig bewertet, um eine klinisch nutzbare Lösung zur Unterstützung diagnostischer Verfahren und zur Planung einer maßgeschneiderten kognitiven Rehabilitation zu erhalten.

Insgesamt schlägt diese Studie eine vorläufige Untersuchung mit Pilotproben sowohl gesunder als auch Testpopulationen für die Analyse von EBR- und EOG-abgeleiteten Biomarkern vor. Diese Ergebnisse werden den Grundstein für die Entwicklung und Validierung multifaktorieller Entscheidungsalgorithmen für die diagnostische und prognostische Stratifizierung von Patienten legen, die auf leicht erfassbaren klinischen Markern basieren.

Dieses Projekt hat einen beobachtenden Querschnittsentwurf. Alle nacheinander aufgenommenen Patienten mit sABI werden untersucht. Wir planen, eine Stichprobe von 35 Patienten mit sABI für einen praktischen Test aufzunehmen, darunter 10 Patienten mit pDoC (5 bei UWS, 5 bei MCS) und 25 Patienten, die nach sABI das volle Bewusstsein wiedererlangt haben.

Eine Benchmark-Population von 20 gesunden Personen, die hinsichtlich Alter und Geschlecht mit der Patientenstichprobe abgeglichen sind, wird ebenfalls mittels Mundpropaganda gemäß einer Schneeballstichprobe aufgenommen. Diese Population wird einer anamnestischen Befragung sowie einer neurologischen und primären kognitiven Untersuchung unterzogen, um die Vorgeschichte oder das Vorhandensein neurologischer Störungen auszuschließen. Bei Studieneintritt werden demografische Daten (z. B. Alter, Geschlecht), anamnestische Daten (z. B. Ätiologie, Zeit nach der Verletzung, Ort der Hirnläsion) und klinische Daten des Patienten erhoben. Die klinische Diagnose und die kognitiven Funktionen der Patienten werden entsprechend ihrer besten Bewertung auf der wiederholten Coma Recovery Scale-Revised (CRS-R) bzw. auf den Levels of Cognitive Functioning (LCF) klassifiziert.

Innerhalb von 2 Wochen nach Studieneintritt nimmt jeder Patient an einer Elektroenzephalogramm-Elektrookulogramm-Aufzeichnungssitzung (EEG-EOG) teil. Das Augenzwinkern wird während eines Ruhezustands (Dauer: 8 Min.) und während einer aktiven auditiven Oddball-Aufgabe (Dauer: 8 Min.) untersucht, die aus zufällig gemischten Tönen besteht (Nichtziel: 500 Hz, Gesamtwahrscheinlichkeit: 80 %, n= 312; Ziel: 1000 Hz, Gesamtwahrscheinlichkeit: 20 %, n=78) präsentiert mit einem 1-s-Interstimulusintervall über Kopfhörer. Zur Ergänzung der klinischen Beurteilung werden die Hintergrundaktivität im Ruhe-EEG und das Vorhandensein der P300-Komponente in ereignisbezogenen Potenzialen nach dem auditorischen Oddball-Paradigma ausgewertet. Das Bewusstsein (CRS-R) und die kognitiven Funktionen (LCF) der Patienten werden am Tag der EEG-EOG-Aufzeichnungssitzung erfasst und für die statistische Analyse berücksichtigt.

Kontrollteilnehmer werden der gleichen EEG-EOG-Aufzeichnung unterzogen wie die Patienten. Für beide Teilnehmergruppen werden Blinzelbewegungen als ein scharfer positiver Peak, gefolgt von einer flachen negativen Ablenkung in einem Zeitfenster von <400 ms im EOG definiert. Um darüber hinaus zu verhindern, dass sich die Blinzelaufzeichnung auf die Blinzelfunktionen auswirkt, werden die Teilnehmer während der Aufzeichnungssitzungen nie über die Blinzelaufzeichnung informiert, sondern aufgefordert, mit offenen Augen entspannt zu bleiben. Dieses Verfahren wird unabhängig von der Teilnehmergruppe (Patient oder Kontrollgruppe) durchgeführt.

Biostatistische Analysen werden zur Untersuchung von Zusammenhängen zwischen EOG-abgeleiteten Biomarkern und verbleibenden Aufmerksamkeitsfähigkeiten bei bewussten sABI-Patienten unter verschiedenen Akquisitionsparadigmen als Reaktion auf Ziel 3 genutzt. Ziel 4 wird durch die Entwicklung von auf maschinellem Lernen basierenden Prototypen dafür angegangen Diagnose von Patienten mit pDoC anhand von Informationen aus EOG-Signalen, ergänzt durch EEG- und klinische Daten. Die Interpretierbarkeits- und Fehleranalysen bilden die Grundlage für die Identifizierung eventueller verdeckter Muster in EOG-Daten.