Mark Cook и предсказание эпилептической активности
На днях читал лекцию Марк Кук (Mark Cook), он - практикующий невролог, один из крупнейших мировых специалистов по эпилепсии, директор отделения неврологии в St. Vincent's Hospital и директор Graeme Clark Institute, в котором занимаются биоинженерией. Лекция была обзорно-отчетной, про разработку импланта для предсказания эпилептических приступов. Дальше - из того, что мне запомнилось.
Детекция и предсказание приступов необходимы по очевидным причинам: во время приступа человек может потерять сознание, что создает опасную ситуацию для него, а порой и для окружающих (например, если он ведет машину), кроме того, большая доля пациентов не способна определить у себя количество приступов (они не всегда очевидны, например, абсансные приступы - кратковременная потеря сознания, не сопровождающаяся судорогами), и поэтому им трудно определить необходимую дозу лекарств, а лекарства эти имеют серьезные побочные эффекты.
Стандартный способ определения количества судорог - энцефалограмма (ЭЭГ) в комбинации с видеомониторингом - дает вменяемый результат по количеству приступов, только если записи достаточно длинные. В случае нескольких приступов в месяц точное определение при помощи обычной системы записи ЭЭГ с поверхности кожи головы едва ли возможно. Разработка алгоритмов предсказания по доступным ЭЭГ записям ведется давно, однако для использования этих алгоритмов нужна постоянная запись ЭЭГ пациента. Создание имплантируемых девайсов для этого - конечная задача группы Кука. Крупных инициатив такого рода в мире сейчас две, австралийская и голландская, в обоих случаях они базируются на уже существующих кохлеарных имплантах, которые являются стандартом для компенсации тяжелой глухоты нейросенсорного происхождения. Эти импланты были разработаны в Австралии, но сейчас в мире уже есть несколько компаний, которые их выпускают. Обе группы исследователей сотрудничают с такими компаниями*, поскольку для кохлеарных имплантов уже решены проблемы биосовместимости материалов, устройства батарей и самой процедуры имплантации. Для их превращения в детекторы эпилептической активности нужно сделать имплантируемые подкожные электроды, проверить качество долговременной детекции ими сигнала, а также выбрать оптимальные алгоритмы детекции и предсказания.
Прототип имплантируемой системы уже есть, сейчас наступает стадия клинических испытаний. Слон состоит из хобота, ушей и бегемота Она состоит из основы кохлеарного импланта и многочисленных линейно расположенных подкожных электродов, прилегающих к черепу.
В последние годы группе Кука удалось создать системы внутрикорковых имплантов, стабильных на протяжении трех лет, и проанализировать трехлетние записи 15 пациентов. Внутрикорковая запись лучше обычной ЭЭГ просто в силу близости к сигналу, и такие данные необходимы для выбора алгоритмов предсказания, а раньше подобные записи могли вестись максимум несколько месяцев.
Кроме того, они занимались обработкой статистики приступов от системы SeizureTracker (это вспомогательная система для пациентов, на смартфонах https://seizuretracker.com/index.php). Перескажу несколько моментов из этой работы, которые мне раньше не доводилось слышать.
По неизвестным причинам предсказание наступления приступов на основании только данных ЭЭГ при одном и том же типе эпилепсии дает великолепные результаты для одних пациентов, и неудовлетворительные - для других. Неудовлетворительные в том смысле, что одна и та же преиктальная (абнормальная пред-приступная) и интериктальная (абнормальная межприступная) корковая активность иногда сопровождается приступом, а иногда - нет. Для пациентов зачастую самое главное - именно знать время приступа, некоторые хотели бы вообще избежать постоянного приема лекарств из-за их токсических эффектов, но иметь возможность подготовиться к наступлению приступа. Однако, удалось выделить несколько вторичных предикторов, учитывание которых позволяет уточнить предсказание до необходимого уровня. Главных вторичных предикторов два, оба они были идентифицированы уже довольно давно: это фаза циркадного ритма и частота сердечной активности. Относительно циркадного ритма было известно, что у большинства пациентов приступы происходят во сне и/или просоночных состояниях, а у меньшей группы - только в дневное время. Но оказалось, что существует два дополнительных цикла - семидневный и примерно трехнедельный. Общее количество пациентов с хотя бы одним из этих циклов - 86%. Понятно, что если алгоритм предсказания знает, что у данного человека приступ бывает с 19 до 3 часов, то эта информация в сочетании с данными ЭЭГ может быть вполне достаточна для вменяемого предсказания. Кроме того, знание индивидуальной ритмики позволяет снизить общее количество принимаемых лекарств и потенциально выводит на следующий уровень некоторые системы их доставки. Например, основная проблема очень быстрой и эффективно предотвращающей приступы внутрижелудочковой подачи лекарств - небольшой объем, которого в среднем достаточно только на несколько месяцев непрерывного введения лекарства в желудочки мозга. А вот если лекарство не нужно подавать постоянно, а нужно, скажем, только 20% времени, то несколько месяцев превращаются в годы.
Изменения сердечного ритма перед приступом характерны для тех видов эпилепсии, при которых очаг затрагивает либо части мозга, контролирующие вегетативные параметры организма, либо те, которые меняют эмоциональный статус (по этой причине современные вагусные стимуляторы умеют регистрировать кардиограмму). Соответственно, у таких пациентов кардиограмма уточняет предсказание энцефалограммы.
Любопытно, что было выяявлено два дополнительных довольно мощных вторичных предиктора: температура и влажность воздуха. И если в отошении температуры можно предположить, что она модулирует те же самые вегетативные параметры - частоту сердечных сокращений, например, то почему влияет влажность - пока что абсолютно непонятно.
--------
* для собаки-подозреваки: я не работаю в компаниях, выпускающих импланты. и вообще не работаю в биотехе. и не работаю в лаборатории Кука. и не монетизирую жж.
Детекция и предсказание приступов необходимы по очевидным причинам: во время приступа человек может потерять сознание, что создает опасную ситуацию для него, а порой и для окружающих (например, если он ведет машину), кроме того, большая доля пациентов не способна определить у себя количество приступов (они не всегда очевидны, например, абсансные приступы - кратковременная потеря сознания, не сопровождающаяся судорогами), и поэтому им трудно определить необходимую дозу лекарств, а лекарства эти имеют серьезные побочные эффекты.
Стандартный способ определения количества судорог - энцефалограмма (ЭЭГ) в комбинации с видеомониторингом - дает вменяемый результат по количеству приступов, только если записи достаточно длинные. В случае нескольких приступов в месяц точное определение при помощи обычной системы записи ЭЭГ с поверхности кожи головы едва ли возможно. Разработка алгоритмов предсказания по доступным ЭЭГ записям ведется давно, однако для использования этих алгоритмов нужна постоянная запись ЭЭГ пациента. Создание имплантируемых девайсов для этого - конечная задача группы Кука. Крупных инициатив такого рода в мире сейчас две, австралийская и голландская, в обоих случаях они базируются на уже существующих кохлеарных имплантах, которые являются стандартом для компенсации тяжелой глухоты нейросенсорного происхождения. Эти импланты были разработаны в Австралии, но сейчас в мире уже есть несколько компаний, которые их выпускают. Обе группы исследователей сотрудничают с такими компаниями*, поскольку для кохлеарных имплантов уже решены проблемы биосовместимости материалов, устройства батарей и самой процедуры имплантации. Для их превращения в детекторы эпилептической активности нужно сделать имплантируемые подкожные электроды, проверить качество долговременной детекции ими сигнала, а также выбрать оптимальные алгоритмы детекции и предсказания.
Прототип имплантируемой системы уже есть, сейчас наступает стадия клинических испытаний. Слон состоит из хобота, ушей и бегемота Она состоит из основы кохлеарного импланта и многочисленных линейно расположенных подкожных электродов, прилегающих к черепу.
В последние годы группе Кука удалось создать системы внутрикорковых имплантов, стабильных на протяжении трех лет, и проанализировать трехлетние записи 15 пациентов. Внутрикорковая запись лучше обычной ЭЭГ просто в силу близости к сигналу, и такие данные необходимы для выбора алгоритмов предсказания, а раньше подобные записи могли вестись максимум несколько месяцев.
Кроме того, они занимались обработкой статистики приступов от системы SeizureTracker (это вспомогательная система для пациентов, на смартфонах https://seizuretracker.com/index.php). Перескажу несколько моментов из этой работы, которые мне раньше не доводилось слышать.
По неизвестным причинам предсказание наступления приступов на основании только данных ЭЭГ при одном и том же типе эпилепсии дает великолепные результаты для одних пациентов, и неудовлетворительные - для других. Неудовлетворительные в том смысле, что одна и та же преиктальная (абнормальная пред-приступная) и интериктальная (абнормальная межприступная) корковая активность иногда сопровождается приступом, а иногда - нет. Для пациентов зачастую самое главное - именно знать время приступа, некоторые хотели бы вообще избежать постоянного приема лекарств из-за их токсических эффектов, но иметь возможность подготовиться к наступлению приступа. Однако, удалось выделить несколько вторичных предикторов, учитывание которых позволяет уточнить предсказание до необходимого уровня. Главных вторичных предикторов два, оба они были идентифицированы уже довольно давно: это фаза циркадного ритма и частота сердечной активности. Относительно циркадного ритма было известно, что у большинства пациентов приступы происходят во сне и/или просоночных состояниях, а у меньшей группы - только в дневное время. Но оказалось, что существует два дополнительных цикла - семидневный и примерно трехнедельный. Общее количество пациентов с хотя бы одним из этих циклов - 86%. Понятно, что если алгоритм предсказания знает, что у данного человека приступ бывает с 19 до 3 часов, то эта информация в сочетании с данными ЭЭГ может быть вполне достаточна для вменяемого предсказания. Кроме того, знание индивидуальной ритмики позволяет снизить общее количество принимаемых лекарств и потенциально выводит на следующий уровень некоторые системы их доставки. Например, основная проблема очень быстрой и эффективно предотвращающей приступы внутрижелудочковой подачи лекарств - небольшой объем, которого в среднем достаточно только на несколько месяцев непрерывного введения лекарства в желудочки мозга. А вот если лекарство не нужно подавать постоянно, а нужно, скажем, только 20% времени, то несколько месяцев превращаются в годы.
Изменения сердечного ритма перед приступом характерны для тех видов эпилепсии, при которых очаг затрагивает либо части мозга, контролирующие вегетативные параметры организма, либо те, которые меняют эмоциональный статус (по этой причине современные вагусные стимуляторы умеют регистрировать кардиограмму). Соответственно, у таких пациентов кардиограмма уточняет предсказание энцефалограммы.
Любопытно, что было выяявлено два дополнительных довольно мощных вторичных предиктора: температура и влажность воздуха. И если в отошении температуры можно предположить, что она модулирует те же самые вегетативные параметры - частоту сердечных сокращений, например, то почему влияет влажность - пока что абсолютно непонятно.
--------
* для собаки-подозреваки: я не работаю в компаниях, выпускающих импланты. и вообще не работаю в биотехе. и не работаю в лаборатории Кука. и не монетизирую жж.