NERMO

Monitor pentru reactivitatea neurofiziologică
Neurophysiological Reactivity Monitor (NERMO)

Proiect finanțat de UEFISCDI PN-III-P2-2.1-PTE-2016-0114 (Contract 42PTE from 06/10/2016)

Parteneri:

1. TERMOBIT PROD SRL (CO)
2. SPITALUL UNIVERSITAR DE URGENTA BUCURESTI (P1)
3. UNIV.DE MEDICINA SI FARMACIE - CAROL DAVILA (P2)

Rezumat:

O dată cu îmbunătățirea tehnicilor de terapie intensivă, un număr tot mai mare de pacienți supraviețuiește unei leziuni cerebrale acute. Majoritatea supraviețuitorilor trec printr-o stare de conștiență alterată cu scăderea reactivității la stimuli externi numită comă. Astfel, exista nevoie tot mai mare pentru îmbunătățirea mijloacelor de monitorizare a evoluției comelor acute precum și pentru prognosticare. Cercetările întreprinse de Termobit Prod SRL in ultimii 5 ani in colaborare cu centre universitare din București, RO si universitățile Harvard USA, Oxford UK, Copenhaga, DK si Toronto, CA au creat fundamentul științific pentru un nou concept de monitorizare a comei numit reactivitate neurofiziologică.

Prezentul proiect și-a propus maturizarea unui sistem tehnologic fundamentat teoretic pentru monitorizarea stărilor de conștientă alterate de la TRL4 la TRL6. Prototipul hardware/software NERMO (TERMOBIT PROD SRL) a fost testat prin compararea DER la stimuli vocali – Subjects Own Name (SON) versus un zgomot de acceași intensitate sonoră (rSON). Înregistrări cu NERMO au fost realizate în condiții relevante de funcționare pe subiecți umani, voluntari sănătoși (UNIV.DE MEDICINA SI FARMACIE - CAROL DAVILA) și pe pacienți în comă după accident vascular cerebral (SPITALUL UNIVERSITAR DE URGENTA BUCURESTI).

Obiective prevăzute și realizate:

Scopul acestui proiect a fost acela de a continua maturizarea tehnologică printr-un prototip hardware/software de monitorizare a reactivității neurofiziologice - neurophysiological reactivity monitor (NERMO), care să poată fi aplicat la toate tipurile de conștientă alterată în general (inclusiv comele cu EEG continuu), crescând astfel mult adresabilitatea și impactul economic. Nivelul de maturitate tehnologică propus a fost de TRL6 (demonstrarea funcționalității modelului în condiții relevante de funcționare).

In conformitate cu cererea de finanțare, obiectivele specifice prevăzute ale proiectului au constat în:

  • Dezvoltări hardware/ software achiziție: (i) dezvoltarea unui sistem de achiziție EEG cu 32 de canale; (ii) dezvoltarea unui sistem de stimulare sincronizata capabil sa genereze auditiva capabil sa genereze stimuli auditivi complecși, ex.: „subject’s own name” (SON) si (iii) integrarea monitorizării variabilității ritmului cardiac.
  • Dezvoltări teoretice/ software analiză pentru: (i) identificarea unei semnături EEG a activității implicite (Default) care este comună la sesiuni diferite de stimulare, denumită Default EEG macrostate și (ii) implementarea sistemului de analiză ca un toolbox pentru sistemul open-source EEGlab (Delorme et al. , 2004) pentru a sigura maxima adresabilitate în conformitate cu business-plan-ul.
  • Validarea/optimizarea unei măsuri de reactivitate EEG bazată pe diferența între stimuli de diferite complexități denumit Salient EEG Reactivity (SER) pe (i) voluntari sănătoși și (ii) pacienți comatoși.

For an abstract in English see: http://www.comaeeg.ro/neurophysiological-reactivity-monitor-nermo/

Planul de realizare:

Etapa I. Proiectul: “Aparat pentru monitorizarea reactivității neurofiziologice (NERMO)”, având codul PN-III-P2-2.1-PTE-2016-0114 a debutat conform contractului la 6 octombrie 2016. În conformitate cu planul de realizare al proiectului pentru etapa anuală 2016 “Etapa 1 Proiectare Prototip” s-a specificat o singură activitate, Activitate 1.1 constând în “Proiectare Hardware și Software” de către contractor, SC TERMOBIT PROD SRL cu indicatorii de rezultat “Proiect Tehnologie”. Această etapă a fost realizată in totalitate, așa cum a fost prezentat in raportul de activitate din 2016.

Etapa II. a debutat contractului la 1 ianuarie 2017. În conformitate cu planul de realizare al proiectului (Anexa II), pentru etapa anuală 2017 “Etapa 2 Execuție si testare Prototip” s-au specificat 4 activități. Apreciem că această etapă a fost realizată in totalitate, așa cum a fost prezentat in raportul de activitate din 2017.

Etapa III. a debutat conform contractului la 1 ianuarie 2018 şi a prevăzut 5 activităţi care apreciem ca au fost realizate în totalitate, aşa cum vom prezenta în continuare. Etapa a fost focusată pe optimizări hardware/software în comparație cu un sistem comercial și redactarea unei propuneri de brevet. Încurajați de rezultatele obținute și conform cercetării de brevetabilitate, am decis că merită să încercăm un brevet european. Astfel, faţă de data prevăzută pentru finalul proiectului, 1 octombrie 2018, echipa proiectului prin instituţia coordonatoare a solicitat şi a obţinut prelungirea acestui termen cu o lună, până la 1 noiembrie 2018 în vederea asigurării timpului necesar pentru finalizarea depunerii unei cereri de brevet la nivel european, conform Activităţii III.4 „Patentare”.

Rezultate:

Prin prezentul proiect, ne-am propus dezvoltarea unui metode neurofiziologie inovative, fundamentată teoretic, care să permită compararea impactului (salienței) unor stimuli senzoriali asupra activității de repaus a creierului înregistrată prin electroencefalografie (EEG). Variațiile EEG din timpul stimulării, față de perioada dinainte de stimulare, sunt cuantificate prin indici de reactivitate. Implementarea s-a realizat printr-un sistem hardware/software denumit NERMO (neurophysiological reactivity monitor), de maturitate tehnologica 6 (Fig. 1), care permite înregistrarea și analiza de semnale neurofiziologie multiple, sincronizată cu protocoale de stimulare conținând stimuli alternanți de diferite complexități și modalități (auditivi, vizuali, electrici etc).

Principiul metodei îl reprezintă clasificarea EEG multicanal în segmente temporale succesive cu distribuție topografică similară a ritmicității, denumite macrostări EEG (Fig. 2), urmată de identificarea macrostării EEG implicite (Default EEG macrostate, DEM), ca macrostarea cu cea mai mare reactivitate (Default EEG reactivity, DER) calculată ca medie pe toate sesiunile de stimulare (Fig. 3). În studii de validare am comparat, la același subiect, pe baza aceluiași DEM, stimuli vocali salienți constând în numele subiectului (Subjects Own Name, SON) cu stimuli reprezentați de un zgomot fără semnificație de aceeași intensitate sonoră (rSON). Împreună cu partenerul academic, am arătat pe un grup de voluntari sănătoși că DERSON > DERrSON. Împreună cu partenerul clinic am arătat că diferență DERSON - DERrSON, denumită reactivitate EEG salientă (Salient EEG reactivity, SER) a fost mult scăzută la pacienți în comă după accident vascular cerebral (Fig. 4).

În conformitate cu studiile de validare, înregistrări cu sistemul NERMO pentru măsura SER pot fi realizate repetat fără să determine un stres măsurabil prin modificări de ritm cardiac. Astfel, NERMO a dovedit o aplicabilitate directă pentru monitorizarea pacienților comatoși, un domeniu de aplicabilitate de mare interes medical (neurologie) și social. În plus, determinarea SER prezintă un potențial interes pentru o gamă largă de domenii preocupate de compararea salienției stimulilor, pornind de la psihiatrie (e.g schizofrenie) și psihologie (e.g. domenii de atenție) până la design industrial (e.g. neuromarketing). Pentru a maximiza adresabilitatea, software-le de analiză SER a fost implementat în compatibilitate cu cel mai răspândit sistem open-source de analiză a EEG, denumit EEGLAB. Preconizăm ca analiza SER va fi diseminată comunității academice după finalizarea procedurilor de protejare a drepturilor de proprietate intelectuală inițiate printr-o aplicație de brevet european.

Diseminarea rezultatelor:

Publicații

  • Cosmin Șerban, Andrei Barborică, Adina Roceanu, Ioana Mîndruță, Jean Ciurea, Ana-Maria Zăgrean, Leon Zăgrean, Mihai Moldovan, Novel measures for EEG monitoring in coma, Clinical Neurophysiology, 2017, Vol. 128, Issue 9, e197;
    DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.clinph.2017.07.068
  • Yu, H., C. Pistol, R. Franklin, and A. Barborica, Clinical Accuracy of Customized Stereotactic Fixtures for Stereo-EEG. World Neurosurg, 2017
    DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.wneu.2017.09.089
  • Şerban, C.A., A. Barborica, A. Roceanu, I. Mindruta, J. Ciurea, A.M. Zagrean, L. Zagrean, and M. Moldovan, Assessment of Consciousness Rebooting from Coma, in The Physics of the Mind and Brain Disorders : Integrated Neural Circuits Supporting the Emergence of Mind, I. Opris and M. Casanova, F., Editors. 2017, Springer: Switzerland. p. 361-382. http://www.springer.com/gp/book/9783319296722
  • Publicațiile cu detalii metodologice și validare ale metodei sunt amânate până la protejarea derpturilor de proprietate intelectuală prin brevet de invenție.

Prezentări