O interfață creier-computer ajută pacienții din ATI neresponsivi să controleze sunetele
Pacienții din unitățile de terapie intensivă, care nu răspund, au reușit să modifice frecvența unui ton de alarmă cu ajutorul minții lor, prin intermediul unor electrozi EEG noninvazivi care au înregistrat și tradus undele cerebrale.
Studiul realizat la Columbia deschide perspective pentru interfețele creier-computer noninvazive, care ar putea permite pacienților aparent comatoși, dar cu conștiință ascunsă, să comunice cu medicii și membrii familiei.
„Cercetările din ultima decadă, efectuate de noi și de alții, au arătat că mulți pacienți cu leziuni acute ale creierului, care par a fi în comă, au de fapt un anumit nivel de conștiință păstrată, chiar dacă nu pot vorbi sau mișca mâinile ori ochii pentru a comunica”, afirmă Jan Claassen, profesor de neurologie la Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons, care a condus studiul.
Claassen, care este și director medical al unității de neurocritical care la NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center, a fost unul dintre pionierii în recunoașterea conștiinței ascunse la pacienții cu leziuni cerebrale aflați într-o stare asemănătoare comă, incapabili să răspundă la întrebările medicilor sau ale familiei.
În 2019, echipa sa a utilizat tehnologia EEG standard și inteligența artificială pentru a analiza undele cerebrale ale pacienților neresponsivi și a detectat semne de conștiință ascunsă la 15% dintre aceștia. Această descoperire a șocat domeniul îngrijirii critice, care înregistrase anterior fenomenul doar în câteva cazuri.
Deși acești pacienți nu au răspuns la comenzile medicilor de a clipi, de a strânge pumnii sau de a mișca degetele, analiza înregistrărilor EEG a arătat că pacienții au încercat să se conformeze, dar nu au putut să-și miște mușchii. Echipa lui Claassen a descoperit ulterior că această disociere între funcțiile cognitive și cele motorii este cauzată de o defecțiune de comunicare între regiunile cerebrale responsabile de cogniție superioară și cele care controlează mișcarea musculară.
În studiile lui Claassen, pacienții cu disociere cognitivă motorie (CMD) au șanse mai mari să-și recapete conștiința și să recupereze o cantitate semnificativă de funcționare zilnică. Deși tehnicile de identificare a CMD nu sunt încă disponibile în afara studiilor de cercetare, acestea ar putea ajuta medicii să identifice pacienții cu cele mai bune perspective de recuperare.
„Am demonstrat că detectarea conștiinței ascunse are un potențial enorm de a ghida îngrijirea pacienților”, a declarat Jan Claassen.
Dacă pacienții neresponsivi au conștiință ascunsă, ar putea fi posibil să se dezvolte tehnologii care să le permită să comunice nevoile fundamentale sau să își exprime dorințele. În ultimii ani, oamenii de știință au creat tehnologii de interfață creier-computer pentru a ajuta pacienții cu paralizie din cauza leziunilor măduvei spinării să controleze dispozitivele de mobilitate. Această tehnică a fost folosită și pentru a facilita comunicarea cu pacienții care suferă de boli neurodegenerative care afectează mișcarea și vorbirea, cum ar fi scleroza laterală amiotrofică (ALS).
Aceste tehnologii implică implantarea unui cip computerizat pe suprafața creierului pentru a traduce gândurile pacientului în semnale de comandă. Totuși, pentru un pacient neresponsiv, spitalizat cu leziuni cerebrale acute, această abordare nu este ideală.
Echipa lui Claassen a atașat, în schimb, fire EEG pe capul pacienților, o parte obișnuită a monitorizării pacienților cu leziuni cerebrale, și a instruit pacienții să controleze computerul folosind aceste unde EEG.
Cu acest sistem, cercetătorii au creat o provocare simplă pentru pacienți: un ton de alarmă este redat prin căștile pacientului, iar o voce înregistrată îi cere să ajusteze frecvența beep-urilor încercând să deschidă și să închidă mâinile. Pe măsură ce pacientul încearcă să îndeplinească sarcina, impulsurile electrice din creier sunt transmise către un computer de lângă pat, care analizează semnalele în timp real. Vocea încurajează pacienții atunci când modifică frecvența beep-ului și îi felicită când ating obiectivul.
În cadrul studiului, echipa lui Claassen a testat sistemul pe 41 de pacienți clinici neresponsivi cu leziuni cerebrale acute, la câteva zile după spitalizare. După o scurtă perioadă de antrenament, aproximativ un pacient din trei a reușit să controleze tonurile beep folosindu-și doar gândurile, inclusiv toți pacienții cu CMD detectați printr-un examen separat. Surprinzător, acești pacienți au reușit să controleze beep-ul în câteva zile de la leziuni cerebrale severe.
Deși un studiu anterior a arătat că fMRI poate fi utilizat pentru a obține răspunsuri la întrebări simple de tip da sau nu de la un singur pacient neresponsiv, fMRI nu este practic pentru utilizare de rutină.
„De aceea sistemul nostru reprezintă un avans major”, afirmă Claassen. „EEG este utilizat în practica clinică în fiecare zi în ATI. Singura parte sofisticată este programul computerizat pe care l-am scris, care analizează datele în timp real și modifică feedback-ul pentru pacient.”
Participanții la studiu și membrii familiilor lor au declarat că dispunerea de o interfață creier-computer pentru persoana dragă a fost utilă și au oferit sugestii despre modalitățile de îmbunătățire a tehnologiei, inclusiv adăugarea de caracteristici personalizate, cum ar fi vocea unei persoane dragi, detalii culturale relevante și funcții pentru a detecta durerea, foamea și conștiința.
„Scopul nostru este să rafinăm sistemul astfel încât pacienții să poată spune medicilor și celor dragi cum se simt – dacă au dureri sau le este foame, de exemplu – cu o comunicare mai directă.”
„Pacienții cu conștiință ascunsă sau disociere cognitivă motorie nu pot să-și arate nicio expresie sau să comunice în vreun fel”, afirmă Claassen. „Cred că acesta este locul în care munca noastră poate fi fundamental transformatoare.”
