211service.com
Een hersenschudding in de ogen kijken
Vraag drie neurologen of iemand een hersenschudding heeft, zegt Rosina Samadani '89, SM '92, en je krijgt vier verschillende meningen. Een hersenschudding, meestal veroorzaakt door een klap op het hoofd, is een verwonding die tijdelijk de hersenfunctie schaadt. Maar de schade is meestal niet te zien op hersenscans - en zonder klinische standaard, of zelfs een overeengekomen symptoomchecklist, komt de diagnose neer op een beoordelingsgesprek op basis van moeilijk te beoordelen dingen zoals hoe misselijk of slaperig iemand zich voelt . Samadani en haar zus, Uzma Samadani , een universitair hoofddocent neurochirurgie aan de Universiteit van Minnesota, wil daar verandering in brengen.
Ongeveer zeven jaar geleden probeerde Uzma vast te stellen of patiënten met ernstig hersenletsel aan het verbeteren waren, dus ontwikkelde ze een eye-tracking-apparaat om te zien of ze een bewegende video op een scherm konden volgen. De praktijk van het beoordelen van oogbewegingen om hersenletsel te detecteren dateert van duizenden jaren, maar is grotendeels uitgestorven met de komst van radiologie en CT-scanning. Zodra de radiologie kwam en je deze prachtige foto's van de hersenen had, zegt Uzma, waren mensen niet meer zo afhankelijk van het kijken naar fysieke oogbewegingen.
Terwijl ze de gegevens evalueerde die door haar apparaat waren verzameld, realiseerde ze zich dat ze daarmee niet alleen het volgvermogen van de patiënt kon detecteren, maar ook beperkingen in het bewegingsbereik van hun ogen. Het drong tot haar door dat deze beperkingen duiden op problemen met specifieke zenuwbanen, wat betekent dat ze een manier had gevonden om hersenletsel te meten en mogelijk te lokaliseren.
De beweging van de oogbol en de pupil wordt bestuurd door drie paar hersenzenuwen die uit de hersenstam komen en zich naar voren uitstrekken, één zenuw langs elke kant van de hersenen, om verbinding te maken met de oogspieren. Druk op die zenuwen vertraagt hun activiteit. Omdat elk hersenzenuwpaar verschillende aspecten van oogbewegingen regelt, redeneerde Uzma, kunnen eye-trackinggegevens onthullen welke zenuwen worden aangetast door druk of schade in de hersenen, en zelfs naar de plaats van een verwonding wijzen. Als de beweging bijvoorbeeld in beide ogen wordt belemmerd, maar de ogen zijn gecoördineerd, betekent dit waarschijnlijk dat de verwonding zich in de hersenstam bevindt, wat beide zijden van het zenuwpaar zou beïnvloeden. Als slechts één oog is aangetast, suggereert dit dat de verwonding zich in een zenuwgedeelte bevindt dat al uit de hersenstam is gekomen.
Rosina Samadani '89, SM '92 (links), is CEO van Oculogica, dat haar zus, Uzma, heeft opgericht.
Uzma was van plan de technologie gratis online beschikbaar te stellen, maar ze realiseerde zich dat maar weinig faciliteiten de middelen zouden hebben om het goed in te stellen. Dus richtte ze Oculogica in 2013 om het in gebruiksklare vorm te verkopen. Ze kreeg input over het starten van het bedrijf van Rosina, die werktuigbouwkunde aan het MIT had gestudeerd, een doctoraat in biomedische technologie had behaald aan de Northwestern University en 18 jaar ervaring had in de medische apparatuurindustrie als adviseur in de gezondheidszorg (waarvan zeven jaar bij McKinsey) en oprichter van twee startups. De zussen hadden nooit gedacht dat ze professioneel zouden samenwerken, maar Uzma dacht dat Rosina de perfecte vaardigheden had voor Oculogica; ze nam haar in 2015 aan als CEO.
Het eye-tracking-apparaat van het bedrijf, een machine genaamd EyeBox, stuurt een kleine video met de klok mee rond de omtrek van een rechthoekig scherm gedurende 220 seconden. (De testvideo's, waaronder een Shakira-muziekvideo, werden zorgvuldig doorgelicht om te voldoen aan een lijst van ongeveer een dozijn criteria; ze mogen bijvoorbeeld geen knipperende lichten hebben.) Terwijl een patiënt de video bekijkt vanuit een stabiele hoofdsteun, een verrekijker camera volgt elk oog afzonderlijk en verzamelt met hoge frequentie ongeveer 100.000 datapunten. De gegevens worden ingevoerd in algoritmen die bijna 100 verschillende statistieken berekenen die zaken als snelheid, coördinatie en bewegingsbereik kwantificeren. Met behulp van statistische analyse en machine learning identificeerde Uzma de statistieken die het sterkst gecorreleerd waren met hersenschudding in klinische onderzoeken, en ze ontwikkelde een algoritme op basis van die statistieken om de ernst van een hersenletsel te scoren. Een score van 10 of hoger is Oculogica's drempel voor hersenschudding. (Uzma heeft scores gezien die zo hoog waren als de lage 30; Rosina zegt dat ze gewoonlijk 1,5 tot 2,5 scoort in haar normale, gezonde toestand.) EyeBox detecteert ook intracraniële zwelling, die kan worden veroorzaakt door een hersenschudding en andere hersenaandoeningen.
Terwijl er andere medische eye-trackers op de markt zijn, vereisen deze een baseline en beoordelen ze alleen aandacht - in wezen de bereidheid van de patiënt om een gekozen stimulus te volgen, ervan uitgaande dat hij in staat is om dit te doen. EyeBox, dat geen basislijntest vereist, meet de functie van de hersenzenuwen en biedt wat zo ongrijpbaar was in de geneeskunde voor hersenletsel: een fysiologische indicator van de hersenfunctie. Dit type objectieve beoordeling zou kunnen leiden tot een manier om hersenletsel te classificeren en herstel te volgen. De hoop, zegt Rosina, is dat het de sluizen zou openen voor het ontwikkelen van geschikte therapieën.
EyeBox bevindt zich in klinische onderzoeken en Oculogica werkt aan het verkrijgen van goedkeuring door de FDA voor de diagnose van hersenschudding - iets wat geen enkel ander apparaat momenteel heeft. Het ministerie van Defensie, het Olympisch Trainingscentrum van de Verenigde Staten en twee middelbare scholen in Beaver Dam, Wisconsin, behoren tot de organisaties die het apparaat hebben getest. Andere EyeBox-onderzoeken zijn aan de gang in het Boston Children's Hospital, de Mayo Clinic en Children's Hospital of Philadelphia.
Een operatorconsole toont een lopende EyeBox-test. Om de test te doen, kijkt een proefpersoon 220 seconden naar een video die over een scherm beweegt terwijl de camera van EyeBox haar oogbewegingen volgt.
Terwijl Oculogica op de resultaten van die onderzoeken wacht, blijft Uzma nieuwe meetwaarden identificeren en de algoritmen van het apparaat verfijnen, en ontwikkelt het bedrijf een meer draagbare versie van EyeBox. Een kleinere versie kan in het veld worden gebruikt door het leger, of mogelijk zelfs aan de zijlijn door coaches en trainers.
Steve Kuenzi, hoofd voetbalcoach van Beaver Dam High School, zegt dat de enige goedgekeurde test die nu beschikbaar is voor coaches, vereist dat kinderen vragen op een computer beantwoorden, zowel voor als na een blessure. Ik geloof niet zo in wat het je vertelt, zegt Kuenzi, die uitlegt dat je niet kunt weten hoeveel moeite een student in zo'n test steekt. Studies tonen ook aan dat baseline-tests onbetrouwbaar kunnen zijn: atleten kunnen opzettelijk slecht presteren om de kans te vergroten dat ze na een blessure kunnen blijven spelen.
Toen Rosina EyeBox testte op ongeveer 100 van Kuenzi's spelers, benaderde ze hem over het opnieuw testen van verschillende spelers die hoge scores hadden behaald. De eerste op haar lijst was een speler die de avond ervoor hard was geraakt in de training, maar een traditionele hersenschudding had doorstaan. Een andere was een student die een paar dagen eerder geblesseerd was geraakt tijdens een wedstrijd; de meeste anderen speelden in high-collision-posities.
Het eerste kind dat ze tegen me noemde, heeft me een beetje verkocht, zegt Kuenzi. Het feit dat een speler die net een grote hit had opgelopen de hoogste score had - boven de 10 - was behoorlijk veelzeggend, zegt hij. Een andere student testte laag maar werd die middag in de praktijk geraakt; toen Rosina hem die avond opnieuw met EyeBox testte in het ziekenhuis, sprong zijn score aanzienlijk omhoog, zegt zijn moeder, Kelly Braker. Hij werd de volgende maanden herhaaldelijk getest en Braker was gerustgesteld toen zijn score geleidelijk afnam. Je hebt zoiets van, oké, het is duidelijk dat hij beter wordt, zegt ze.
Door het giswerk bij het diagnosticeren van hersenschudding te minimaliseren, zegt Kuenzi, kan dat soort hulpmiddel een grote hulp zijn voor coaches die proberen spelers te beschermen en een sport te verdedigen die steeds meer als te gevaarlijk wordt beschouwd. Je hebt het over de hersenen, zegt hij. Daar gaan we niet mee klooien.