ЛЕНТА

Уровень сознания пациентов определили по ЭЭГ при восприятии речи

Robert Fludd / Wikimedia Commons

Ученые предложили новый способ определения уровня сознания пациентов с нарушениями сознания — по потенциалам на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) при восприятии речи. У здоровых людей всплески активности наблюдали при восприятии как слов, так и целых фраз и предложений, а у пациентов с нарушениями сознания на ЭЭГ были только следы восприятия отдельных слов. Исследователи обучили линейный классификатор на основе различных характеристик ЭЭГ при восприятии речи распределять пациентов по диагнозам и предсказывать улучшение их состояния. Алгоритм справился с задачей с высоким уровнем точности, а его прогнозы сбывались чаще, чем при анализе стандартных поведенческих тестов. Статья опубликована в журнале Nature Neuroscience.

У пациентов с травмами мозга существуют различные степени нарушения сознания, от комы до синдрома безответного бодрствования (вегетативного состояния) и апаллического синдрома (бодрствующей комы). Граница между этими состояниями тонка, и врачи часто ставят неправильный диагноз. Один из подходов к оценке уровня сознания — по динамических характеристикам нейронной активности на электроэнцефалограмме (ЭЭГ), и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).

Ученые из Китая и Франции под руководством Липин Вана (Liping Wang) из Китайской академии наук искали корреляцию между активностью на ЭЭГ, которая возникает при восприятии речи на уровне отдельных слов, фраз или целых предложений, и уровнем сознания. ЭЭГ регистрировали у 47 здоровых добровольцев, 42 пациентов с апаллическим синдромом и 36 — с синдромом безответного бодрствования. Участники слушали записи, состоящие из односложных слов, которые звучали раз в 250 миллисекунд. На базовом лексическом уровне это были отдельные слова, в усложненной версии — фразы из двух слов, и, наконец, предложения из четырех слов. На ЭЭГ искали фазовую когерентность между попытками — всплески электрической активности мозга, которые совпадали с частотой четыре Герца (когда участники слушали слова), два Герца (для фраз) или один Герц (для предложений).

Примеры слов, фраз и предложений, которые проигрывали участникам эксперимента

Peng Gui et al. / Nature Neuroscience, 2020

Поделиться

Амплитуда ответа на ЭЭГ при восприятии речи действительно коррелировала с уровнем сознания пациентов: при прослушивании отдельных слов у всех участников наблюдали значительный всплеск с частотой в четыре Герца; на фразы у всех пациентов был ответ на той же частоте, но на двух Герцах значительный всплеск среднем по группе был только у здоровых добровольцев (p < 0,05) и слабый всплеск у пациентов с апаллическим синдромом (p < 0,1). Пик на частоте в один Герц при восприятии целых предложений был только у здоровых людей. Ученые предположили, что люди с нарушениями сознания воспринимают в фоновом режиме отдельные слова, но практически не распознают фразы и никогда — целые предложения.

Фазовая когерентность ЭЭГ сигналов на разных частотах при прослушивании слов, фраз или предложений. Сверху здоровые участники, посередине — с апаллическим синдромом, снизу — в вегетативном состоянии. Пик на частоте четыре Герца соответствует восприятию слов, два Герца — фраз, один — предложений

Peng Gui et al. / Nature Neuroscience, 2020

Поделиться

Кроме того, анализ смог предсказать улучшение состояния нескольких пациентов: у 11 участников с нарушением сознания на одном и двух Герцах были всплески активности, и состояние шести из них значительно улучшилось через сто дней после эксперимента.

Затем ученые проверили гипотезу, что не только фазовые, но и пространственные характеристики сигнала ЭЭГ отражают уровень сознания. Для этого выделили четыре состояния, или карты активации областей мозга, которые описывали распределение потенциалов на ЭЭГ в 80 процентах случаев. Для полученных в эксперименте данных вычислили, как часто встречается та или иная карта и как долго она активна.

Четыре карты активности на ЭЭГ

Peng Gui et al. / Nature Neuroscience, 2020

Поделиться

У здоровых пациентов чаще встречались первые две карты (активация в лобных отделах), а у пациентов с нарушениями сознания — вторые две (височные доли). Различие в вероятности появления этих двух групп карт при прослушивании фраз или предложений было разным между пациентами с апаллическим синдромом и с синдромом безответного бодрствования. У пациентов, за состоянием которых наблюдали в течение продолжительного времени и регулярно записывали ЭЭГ, пространственное распределение сигналов сместилось в пользу первых двух карт, если больные пошли на поправку. Такие изменения не произошли у пациентов, состояние которых не изменилось за время наблюдения.

Вероятность появления на ЭЭГ первых двух (выше пунктирной линии) или вторых двух (ниже) карт в состоянии покоя, при прослушивании слов, фраз и предложений. Серый — здоровые добровольцы, голубой — пациенты с апаллическим синдромом, красный — в вегетативном состоянии

Peng Gui et al. / Nature Neuroscience, 2020

Поделиться

Чтобы перейти от группового анализа к диагнозам и предсказаниям для отдельных пациентов, использовали линейный классификатор на основе дискриминантного анализа. Этот алгоритм выбирал лучшую комбинацию признаков и по ним вычислял вероятность классификации в ту или и иную группу каждого из пациентов. В качестве входных данных использовали все результаты предыдущих экспериментов: фазовую когерентность ЭЭГ сигналов между попытками на частоте один, два и четыре Герца, различные пространственные характеристики ЭЭГ. Модель обучали классифицировать пациентов по диагнозам и предсказывать улучшение состояния. Затем выполняли перекрестную проверку на той же группе данных за вычетом одного пациента.

Алгоритм распределил пациентов на здоровых, с апаллическим синдромом и с синдромом безответного бодрствования с точностью в 89, 58 и 70 процентов соответственно. Треть пациентов в вегетативном состоянии, которых классификатор ошибочно определил как находящихся в состоянии бодрствующей комы, пришли в сознание или улучшили свое состояние. Возможно, на момент анализа у них присутствовал некоторый уровень сознания, который врачи не смогли определить с помощью стандартных поведенческих тестов.

Классификатор предсказал улучшение состояние пациентов с большей точностью, чем поведенческий тест (77 против 70 процентов совпадения). Модель затем проверили на данных 25 дополнительных пациентов без переобучения. Алгоритм разделил пациентов на тех, кто улучшит свое состояние и нет, с точностью 80 процентов, а аналогичный классификатор на основе поведенческих данных правильно предсказал лишь 28 процентов исходов. Авторы заключили, что диагностирование уровня сознания и предсказание изменения состояния на основе ЭЭГ-анализа может стать более точным, чем принятые сейчас тесты.

Совсем недавно ученые предложили другой, довольно необычный, способ определять уровень сознания пациентов — по их реакции на запахи. Ставить диагноз с помощью такого теста не оказалось возможным, зато у этого подхода есть прогностический потенциал — пациенты, которые в вегетативном состоянии реагируют на яркие запахи сильнее других, с большой вероятностью вскоре пойдут на поправку.

Алиса Бахарева

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.