211service.com
Ser hjärnskakning i ögonen
Fråga tre neurologer om någon har hjärnskakning, säger Rosina Samadani ’89, SM ’92, så får du fyra olika åsikter. En hjärnskakning, vanligtvis orsakad av ett slag mot huvudet, är en skada som tillfälligt försämrar hjärnans funktion. Men skadan dyker vanligtvis inte upp på hjärnskanningar - och utan någon klinisk standard, eller ens en överenskommen checklista för symtom, kommer diagnosen ner på ett bedömningssamtal baserat på svårbedömda saker som hur illamående eller dåsig någon känner sig . Samadani och hennes syster, Uzma Samadani , en docent i neurokirurgi vid University of Minnesota, vill ändra på det.
För ungefär sju år sedan försökte Uzma avgöra om allvarligt hjärnskadade patienter förbättrades, så hon utvecklade en ögonspårningsenhet för att se om de kunde följa en rörlig video på en skärm. Bruket att bedöma ögonrörelser för att upptäcka hjärnskada går tillbaka tusentals år, men det dog till stor del ut med tillkomsten av radiologi och CT-skanning. Så fort radiologin kom och du hade dessa vackra bilder av hjärnan, säger Uzma, slutade folk att lita så mycket på att titta på fysiska ögonrörelser.
När hon utvärderade data som samlats in av hennes enhet insåg hon att det gjorde det möjligt för henne att upptäcka inte bara patienternas spårningsförmåga utan också begränsningar i deras ögons rörelseomfång. Det gick upp för henne att dessa restriktioner tydde på problem med specifika nervbanor, vilket betyder att hon hade hittat ett sätt att mäta – och möjligen lokalisera – hjärnskada.
Ögongloben och pupillrörelsen styrs av tre par kranialnerver som kommer ut från hjärnstammen och sträcker sig framåt, en nerv längs varje sida av hjärnan, för att ansluta till ögonmusklerna. Trycket på dessa nerver saktar ner deras aktivitet. Eftersom varje kranialnervpar styr olika aspekter av ögonrörelser, resonerade Uzma, kunde ögonspårningsdata avslöja vilka nerver som påverkas av tryck eller skada i hjärnan, och till och med peka på platsen för en skada. Till exempel, om rörelsen är nedsatt i båda ögonen men ögonen är samordnade, betyder det sannolikt att skadan sitter i hjärnstammen, vilket skulle påverka båda sidor av nervparet. Om bara ett öga är påverkat, tyder det på att skadan är i en del av nerven som redan har kommit ut från hjärnstammen.
Rosina Samadani ’89, SM ’92 (till vänster), är VD för Oculogica, som hennes syster, Uzma, grundade.
Uzma planerade att göra tekniken tillgänglig gratis online, men hon insåg att få anläggningar skulle ha resurserna att ställa in den på rätt sätt. Så hon grundade Oculogica 2013 för att sälja den i bruksfärdig form. Hon fick input om att starta verksamheten från Rosina, som hade studerat maskinteknik vid MIT, tagit en doktorsexamen i biomedicinsk teknik från Northwestern University och hade 18 års erfarenhet av medicinteknisk industri som konsult inom hälso- och sjukvård (inklusive sju år på McKinsey) och grundare av två startups. Systrarna hade aldrig föreställt sig att de skulle samarbeta professionellt, men Uzma tyckte att Rosina hade den perfekta kompetensen för Oculogica; hon anställde henne som VD 2015.
Företagets ögonspårningsenhet för bordsskivor, en maskin som heter EyeBox, skickar en liten video medurs runt omkretsen av en rektangulär skärm i 220 sekunder. (Testvideorna, som inkluderar en Shakira-musikvideo, granskades noggrant för att uppfylla en lista med ett dussintal kriterier; till exempel kan de inte ha blinkande ljus.) När en patient tittar på videon från ett stabilt nackstöd, en kikare kameran spårar varje öga separat och samlar in cirka 100 000 datapunkter med hög frekvens. Data matas in i algoritmer som beräknar nästan 100 olika mätvärden som kvantifierar sådana saker som hastighet, koordination och rörelseomfång. Med hjälp av statistisk analys och maskininlärning identifierade Uzma de mätvärden som var starkast korrelerade med hjärnskakning i kliniska studier, och hon utvecklade en algoritm baserad på dessa mätvärden för att bedöma hur allvarlig en hjärnskada är. En poäng på 10 eller högre är Oculogicas tröskel för hjärnskakning. (Uzma har sett så höga poäng som de låga 30-talet; Rosina säger att hon vanligtvis får 1,5 till 2,5 i sitt normala, friska tillstånd.) EyeBox upptäcker också intrakraniell svullnad, som kan orsakas av hjärnskakning och andra hjärntillstånd.
Medan andra medicinska ögonspårare finns på marknaden, kräver de en baslinje och bedömer endast uppmärksamhet - i huvudsak patientens vilja att följa en vald stimulans, förutsatt att de har kapacitet att göra det. EyeBox, som inte kräver baslinjetestning, mäter funktionen hos kranialnerverna, vilket ger det som har varit så svårfångat inom hjärnskademedicin: en fysiologisk indikator på hjärnans funktion. Denna typ av objektiv bedömning kan leda till ett sätt att klassificera hjärnskador och spåra återhämtning. Förhoppningen, säger Rosina, är att det skulle öppna slussarna för att utveckla lämpliga terapier.
EyeBox är i kliniska prövningar och Oculogica arbetar på att få FDA-godkännande för hjärnskakningsdiagnos – något som ingen annan enhet har för närvarande. Försvarsdepartementet, USA:s olympiska träningscenter och två gymnasieskolor i Beaver Dam, Wisconsin, är bland de organisationer som har testat enheten. Andra EyeBox-studier pågår vid Boston Children's Hospital, Mayo Clinic och Children's Hospital of Philadelphia.
En operatörskonsol visar ett pågående EyeBox-test. För att göra testet tittar en person på en video som färdas runt en skärm i 220 sekunder medan EyeBox kamera spårar hennes ögonrörelser.
Medan Oculogica inväntar resultaten av dessa studier, fortsätter Uzma att identifiera nya mätvärden och förfina enhetens algoritmer, och företaget utvecklar en mer portabel version av EyeBox. En mindre version skulle kunna användas i fält av militären, eller möjligen till och med vid sidan av av tränare och tränare.
Beaver Dam High Schools huvudfotbollstränare, Steve Kuenzi, säger att det enda godkända testet som nu är tillgängligt för tränare kräver att barnen svarar på frågor på en dator, både före och efter en skada. Jag tror inte så mycket på vad det säger dig, säger Kuenzi och förklarar att du inte kan veta hur mycket ansträngning en elev lägger på ett sådant test. Studier visar också att baslinjetester kan vara opålitliga: idrottare kan medvetet göra dåligt för att öka oddsen för att de kommer att kunna fortsätta spela efter en skada.
När Rosina testade EyeBox på cirka 100 av Kuenzis spelare, kontaktade hon honom för att testa om flera som hade fått höga poäng. Först på hennes lista var en spelare som hade drabbats hårt på träningen kvällen innan men klarade en traditionell hjärnskakningsbedömning. En annan var en elev som hade skadats i en match några dagar tidigare; de flesta av de andra spelade i högkollisionspositioner.
Det första barnet hon nämnde för mig, det sålde mig liksom, säger Kuenzi. Det faktum att en spelare som precis hade drabbats av en stor träff hade högst poäng – över 10 – var ganska talande, säger han. En annan student testade lågt men blev sedan påkörd i praktiken samma eftermiddag; När Rosina testade honom med EyeBox igen på sjukhuset den natten, hoppade hans poäng avsevärt, säger hans mamma, Kelly Braker. Han testades upprepade gånger under de följande månaderna, och Braker blev lugnad när hans poäng gradvis sjönk. Du är typ, okej, uppenbarligen blir han bättre, säger hon.
Genom att minimera gissningsarbetet med att diagnostisera hjärnskakning, säger Kuenzi, kan den typen av verktyg vara till stor hjälp för tränare som försöker skydda spelare och försvara en sport som alltmer ses som för farlig. Du pratar hjärnan, säger han. Vi ska inte bråka med det.