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Guardando una commozione cerebrale negli occhi
Chiedi a tre neurologi se qualcuno ha una commozione cerebrale, dice Rosina Samadani '89, SM '92, e otterrai quattro opinioni diverse. Una commozione cerebrale, in genere causata da un colpo alla testa, è una lesione che compromette temporaneamente la funzione cerebrale. Ma il danno di solito non si manifesta con le scansioni cerebrali e senza uno standard clinico, o anche una lista di controllo dei sintomi concordata, la diagnosi si riduce a un giudizio basato su cose difficili da valutare come quanto si sente nauseato o assonnato qualcuno . Samadani e sua sorella, Uzma Samadani , professore associato di neurochirurgia all'Università del Minnesota, vuole cambiarlo.
Circa sette anni fa, Uzma stava cercando di determinare se i pazienti con lesioni cerebrali gravi stessero migliorando, quindi ha sviluppato un dispositivo di tracciamento oculare per vedere se potevano seguire un video in movimento su uno schermo. La pratica di valutare il movimento degli occhi per rilevare lesioni cerebrali risale a migliaia di anni fa, ma si è in gran parte estinta con l'avvento della radiologia e della TAC. Non appena è arrivata la radiologia e hai avuto queste bellissime immagini del cervello, dice Uzma, le persone hanno smesso di fare affidamento sull'osservazione dei movimenti oculari fisici.
Mentre valutava i dati raccolti dal suo dispositivo, si rese conto che le stava permettendo di rilevare non solo la capacità di tracciamento dei pazienti, ma anche le restrizioni nel raggio di movimento dei loro occhi. Si rese conto che queste restrizioni indicavano problemi con specifiche vie nervose, il che significa che aveva trovato un modo per misurare - e possibilmente localizzare - lesioni cerebrali.
Il movimento del bulbo oculare e della pupilla è controllato da tre paia di nervi cranici che emergono dal tronco cerebrale e si estendono in avanti, un nervo lungo ciascun lato del cervello, per connettersi con i muscoli oculari. La pressione su quei nervi rallenta la loro attività. Poiché ogni coppia di nervi cranici governa diversi aspetti del movimento oculare, ha ragionato Uzma, i dati di tracciamento oculare potrebbero rivelare quali nervi sono interessati da pressione o danni nel cervello e persino indicare il sito di una lesione. Ad esempio, se il movimento è compromesso in entrambi gli occhi ma gli occhi sono coordinati, ciò probabilmente significa che la lesione è nel tronco cerebrale, che interesserebbe entrambi i lati della coppia nervosa. Se è colpito solo un occhio, ciò suggerisce che la lesione si trova in una sezione del nervo che è già emersa dal tronco cerebrale.
Rosina Samadani '89, SM '92 (a sinistra), è CEO di Oculogica, fondata da sua sorella Uzma.
Uzma aveva pianificato di rendere la tecnologia disponibile gratuitamente online, ma si è resa conto che poche strutture avrebbero avuto le risorse per configurarla correttamente. Così ha fondato Oculogica nel 2013 per venderlo in forma pronta all'uso. Ha ricevuto suggerimenti per avviare l'attività da Rosina, che aveva studiato ingegneria meccanica al MIT, conseguito un dottorato di ricerca in ingegneria biomedica presso la Northwestern University e aveva 18 anni di esperienza nel settore dei dispositivi medici come consulente sanitario (di cui sette anni in McKinsey) e fondatore di due startup. Le sorelle non avrebbero mai immaginato che avrebbero collaborato professionalmente, ma Uzma pensava che Rosina avesse le abilità perfette per Oculogica; l'ha assunta come CEO nel 2015.
Il dispositivo di tracciamento oculare da tavolo dell'azienda, una macchina chiamata EyeBox, invia un piccolo video in senso orario attorno al perimetro di uno schermo rettangolare per 220 secondi. (I video di prova, che includono un video musicale di Shakira, sono stati attentamente controllati per soddisfare un elenco di circa una dozzina di criteri; ad esempio, non possono avere luci lampeggianti.) Mentre un paziente guarda il video da un poggiatesta stabile, un binocolo la fotocamera traccia separatamente ciascun occhio e raccoglie circa 100.000 punti dati ad alta frequenza. I dati vengono inseriti in algoritmi che calcolano quasi 100 diverse metriche quantificando cose come velocità, coordinazione e gamma di movimento. Utilizzando l'analisi statistica e l'apprendimento automatico, Uzma ha identificato le metriche più fortemente correlate alla commozione cerebrale negli studi clinici e ha sviluppato un algoritmo basato su tali metriche per valutare la gravità di una lesione cerebrale. Un punteggio di 10 o superiore è la soglia di Oculogica per la commozione cerebrale. (Uzma ha riscontrato punteggi alti quanto i 30 bassi; Rosina dice che di solito ottiene punteggi da 1,5 a 2,5 nel suo stato normale e sano.) EyeBox rileva anche il gonfiore intracranico, che può essere causato da una commozione cerebrale e altre condizioni cerebrali.
Mentre altri tracker oculari medici sono sul mercato, quelli richiedono una linea di base e valutano solo l'attenzione, in sostanza, la volontà del paziente di seguire uno stimolo scelto, assumendo la capacità di farlo. EyeBox, che non richiede test di base, misura la funzione dei nervi cranici, fornendo ciò che è stato così sfuggente nella medicina delle lesioni cerebrali: un indicatore fisiologico della funzione cerebrale. Questo tipo di valutazione oggettiva potrebbe portare a un modo per classificare le lesioni cerebrali e monitorare il recupero. La speranza, dice Rosina, è che si aprano le porte allo sviluppo di terapie appropriate.
EyeBox è in fase di sperimentazione clinica e Oculogica sta lavorando per ottenere l'autorizzazione della FDA per la diagnosi di commozione cerebrale, qualcosa che nessun altro dispositivo ha attualmente. Il Dipartimento della Difesa, lo United States Olympic Training Center e due scuole superiori a Beaver Dam, nel Wisconsin, sono tra le organizzazioni che hanno testato il dispositivo. Altri studi EyeBox sono in corso presso il Boston Children's Hospital, la Mayo Clinic e il Children's Hospital di Philadelphia.
Una console operatore mostra un test EyeBox in corso. Per sostenere il test, un soggetto guarda un video viaggiare su uno schermo per 220 secondi mentre la fotocamera di EyeBox tiene traccia dei suoi movimenti oculari.
Mentre Oculogica attende i risultati di quegli studi, Uzma continua a identificare nuove metriche e perfezionare gli algoritmi del dispositivo e l'azienda sta sviluppando una versione più portatile di EyeBox. Una versione più piccola potrebbe essere utilizzata in campo dai militari, o forse anche a bordo campo da allenatori e allenatori.
Il capo allenatore di football della Beaver Dam High School, Steve Kuenzi, afferma che l'unico test approvato ora disponibile per gli allenatori richiede che i bambini rispondano alle domande su un computer, sia prima che dopo un infortunio. Non credo molto in quello che ti dice, dice Kuenzi, spiegando che non puoi sapere quanto impegno mette uno studente in un test del genere. Gli studi dimostrano anche che i test di base possono essere inaffidabili: gli atleti possono intenzionalmente fare male per aumentare le probabilità che riescano a continuare a giocare dopo un infortunio.
Quando Rosina ha testato EyeBox su circa 100 giocatori di Kuenzi, si è avvicinata a lui per ritestare diversi che avevano ricevuto punteggi alti. Il primo della sua lista era un giocatore che era stato colpito duramente in allenamento la sera prima, ma aveva superato una tradizionale valutazione di commozione cerebrale. Un altro era uno studente che era stato ferito in una partita pochi giorni prima; la maggior parte degli altri ha giocato in posizioni ad alta collisione.
Il primo ragazzo che mi ha menzionato, mi ha venduto, dice Kuenzi. Il fatto che un giocatore che aveva appena subito un colpo importante avesse il punteggio più alto, superiore a 10, era piuttosto indicativo, dice. Un altro studente è risultato basso ma poi è stato colpito in pratica quel pomeriggio; quando Rosina lo ha testato di nuovo con EyeBox quella notte in ospedale, il suo punteggio è aumentato in modo significativo, dice sua madre, Kelly Braker. È stato testato ripetutamente nei mesi successivi e Braker è stato rassicurato quando il suo punteggio è gradualmente diminuito. Sei tipo, ok, ovviamente sta migliorando, dice.
Riducendo al minimo le congetture coinvolte nella diagnosi delle commozioni cerebrali, dice Kuenzi, questo tipo di strumento può essere di grande aiuto per gli allenatori che cercano di proteggere i giocatori e difendere uno sport sempre più considerato troppo pericoloso. Stai parlando con il cervello, dice. Non faremo casino con quello.