Viele schwer gehirnverletzte Patienten können genau kommunizieren

Forschern von New York-Presbyterian / Weill Cornell gelang es, den Nachweis zu erbringen, dass ein Patient mit einer schweren Hirnverletzung auf seine Weise präzise kommunizieren kann, indem er komplexe maschinelle Lerntechniken zur Entschlüsselung wiederholter fortgeschrittener Hirnscans verwendet. Die Studie, die in dieser Ausgabe der Woche veröffentlicht wurde Archive der Neurologie, zeigt die Schwierigkeit zu bestimmen, ob ein Patient in der Lage ist, unter Verwendung nur der gemessenen Gehirnaktivität zu kommunizieren, selbst wenn er in der Lage ist, als Antwort auf angewiesene Befehle zuverlässige Muster der Gehirnaktivierung zu erzeugen.
Laut den Forschern können Patienten in einem kaum bewussten Zustand oder solche mit einem Locked-in-Syndrom, dh mit normaler kognitiver Funktion, aber mit schwerer motorischer Beeinträchtigung, die Befehle befolgen können und noch keine motorische Reaktion haben, unter Umständen keine klar interpretierbare Kommunikation unter Verwendung des gleiche Muster der Gehirnaktivität.
Die Forscher stellen fest, dass, obwohl sich weniger verfeinerte Methoden als erfolgreich erwiesen haben, ihr neuer Ansatz bedeutende neue Einblicke in die Gehirnfunktion und den Bewusstseinsgrad bietet, während sie Mechanismen der Variation der Gehirnaktivität identifiziert, die die kognitive Funktion nach einer Verletzung unterstützen.
Dr. Nicholas D. Schiff, Professor für Neurologie und Neurowissenschaften und Professor für öffentliche Gesundheit am Weill Cornel Medical College, und ein Neurologe am New York-Presbyterian Hospital / Weill Cornell Medical Center erklärt:

"In diesen Studien haben wir frühere veröffentlichte Daten erneut analysiert, die eine Kommunikationsbemühung unter Verwendung von Gehirnaktivierungen zeigten, die anscheinend fehlgeschlagen waren, aber trotzdem eine klare Bemühung waren, eine Antwort zu erzeugen. Wichtig ist, dass die Reanalyse mit neuen, empfindlicheren Methoden den Beweis liefert Die Kommunikation kann eine Diskrepanz zwischen unseren Erwartungen bei der Gestaltung der Beurteilung widerspiegeln und nicht das Versagen des Probanden, mit uns genau zu kommunizieren. "

Der leitende Wissenschaftler Jonathan Bardin, Student der Neurowissenschaft im vierten Jahr am Weill Cornell Medical College, kommentiert:

"Unsere Studie zeigt, dass multivariate Methoden des maschinellen Lernens nützlich sein können, um zu bestimmen, ob Patienten versuchen, zu kommunizieren, insbesondere wenn sie auf Daten angewendet werden, die bereits ein Signal in univariaten Standardmethoden zeigen Es ist unerlässlich, so viel wie möglich über ihre Kommunikationsfähigkeit zu lernen. Eine einfache Untersuchung am Krankenbett ist nicht gut genug. "

Dr. Schiff fügt hinzu:

"Wir brauchen eine Reihe von Methoden, die sowohl leistungsfähig als auch einfach sind, und wir sind noch nicht da, wie diese Studie zeigt. Wir verwenden ziemlich komplexe Aufgaben, um vielleicht nur die wenigen von vielen bewussten Patienten zu erkennen."

Unterschiedliche Fähigkeiten bei Patienten

In einer Fortsetzung der New York-Presbyterian / Weill Cornell-Studie untersuchten die Forscher Methoden, mit denen fMRT Kommunikationswege mit Hirnverletzten herstellen können, um ihre Schmerzintensität abzuschätzen und andere klinische Parameter sowie deren mögliche Auswirkungen zu verstehen profitieren von einer Rehabilitation, die die Pflege und Lebensqualität verbessern würde.
Die Studie folgt speziell einer früheren Studie in der Zeitschrift Gehirn Letzten Februar, der zeigte, dass die Ergebnisse der Verwendung von fMRI, um Bewusstsein in sechs entweder kaum bewussten oder eingesperrten Patienten zu erkennen, zu breiten und weitgehend unvorhersehbaren Unterschieden in der Fähigkeit der Patienten auf ein einfaches Kommando zu reagieren, wie "Stellen Sie sich Schwimmen - jetzt halt".
Derselbe Befehl wurde anschließend verwendet, um einfache Ja / Nein- oder Multiple-Choice-Fragen zu beantworten, und die Variation wurde offensichtlich im Vergleich mit der Fähigkeit des Bettes, mit Sprache oder Gesten zu interagieren.
Während einige Patienten, die nicht durch Gesten oder Sprache kommunizieren konnten, die mentalen Tests nicht durchführen konnten, konnten andere, die nicht in der Lage waren, mit Gesten oder Sprache zu kommunizieren, manchmal auf mentale Bilder antworten.
Interessanterweise konnten einige Patienten, die mit Gesten oder Sprache kommunizieren konnten, die mentalen Aufgaben nicht ausführen.
Den Forschern zufolge deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass derzeit keine Untersuchungen verfügbar sind, mit denen genau beurteilt werden kann, ob einige schwer gehirngeschädigte Personen eine höhere Funktionsfähigkeit haben oder nicht.
Zu den Befunden kommentiert Dr. Schiff:

"Es gibt Menschen, deren persönliche Autonomie abgekürzt ist, weil sie keinen guten motorischen Kanal haben, um sich auszudrücken, obwohl sie in einigen Fällen einen klaren Kopf und Meinungen und Wünsche über sich selbst und die Welt haben. Nicht alle minimal bewussten Patienten sind gleich und nicht alle Patienten mit Locked-in-Syndrom sind gleich. "

Methoden müssen sensibel und flexibel sein

Das größte neue Ergebnis ist eine Neuinterpretation der Beobachtungen bei einem 25-jährigen Patienten, der der einzige von sechs Patienten war, die in der früheren Studie fMRT-Signale zur Kommunikation verwenden konnten. Ihre Ergebnisse waren verwirrend, da es so aussah, als ob sie ständig auf die Antwort antwortete, die direkt nach der richtigen Antwort war.
Bardin kommentiert:

"Es ist oft bei Patienten wie diesem zu sehen - sie hatte einen Schlaganfall, der ihr Gehirn schädigte - dass es in einigen Bereichen des Gehirns zu einer kognitiven Verzögerung kommen kann. FMRI ist eine Ablesung des Blutflusses anstelle der tatsächlichen neuralen Aktivität, also diese Verzögerungen könnte durch eine Unterbrechung der Durchblutung aufgrund von Schäden verursacht werden oder könnte nur bedeuten, dass sie an dem Problem langsamer arbeiten, und die Antwort sieht falsch aus, weil es in der nächsten Antwortzeit gegeben ist. "

Um einen besseren Einblick zu erhalten, verwendete Bardin eine neuere Technik, die auf den Ursprüngen der maschinellen Lernforschung entwickelt wurde, um einen Computer anzuleiten, die multiplen fMRI-Scans des Patienten zu beurteilen, nachdem sie die beiden Fragen mehrmals beantwortet hatte.Diese multivariate Methode verwendet dieselben Daten wie in der ersten Studie, die genau wie die häufig verwendete "univariate" Auswertung speziell die Gehirnfunktion des Supplementary Motor Area (SMA) untersucht, die aktiv ist, wenn sich gesunde Menschen etwas vorstellen, jedoch die Die multivariate Auswertung untersucht, ob ein Teil des Gehirns ein Aktivitätsmuster aufweist, das von Scan zu Scan konsistent ist.
Barding erklärt:

"Wenn das Gehirn erheblich geschädigt ist, kann es sich neu verkabeln, sodass die mit SMA verbundenen Funktionen anderswo verarbeitet werden können."

Sie entdeckten mit diesem komplexen Ansatz, dass der Patient in der Tat versucht hatte, Antworten auf beide Fragen zu kommunizieren, jedoch mit einer verzögerten Geschwindigkeit, betonen jedoch, dass eine Methode der Analyse von fMRT-Scans für alle Patienten nicht vorzuziehen ist. Sie heben hervor, dass univariate Methoden immer zuerst durchgeführt werden sollten, da multivariate Ansätze besonders geräuschsensitiv sein können, was bei alleiniger Verwendung zu falschen positiven Ergebnissen führen kann.
Sie sagen weiterhin, dass Ärzte die multivariate Methode verwenden könnten, um ein besseres Verständnis zu erhalten und die Antwort eines Patienten zu identifizieren, wenn die univariaten Ergebnisse mehrdeutig sind.
Barding Kommentare:

"Wir haben all diese Dinge getan, um einfach zu zeigen, dass wir denken, dass dieser Patient versucht, zu kommunizieren. Sie müssen in Ihrer Datenanalyse sehr vorsichtig sein, bevor Sie etwas stark darüber sagen, was ein Patient tun kann oder was nicht."

Dr. Schiff fügt hinzu:

"Starre experimentelle Paradigmen, wie sie im Feld verwendet werden, können sehr wichtige Informationen über diese Patienten vermissen. Das ist alles extrem komplex und chaotisch, aber wir sollten das erwarten. Angesichts der Verletzungen, unter denen einige unserer Patienten leiden, sind ihre kognitiven Fähigkeiten sehr schwierig Verhalten oder durch simple Tests oder Scans erkennen. "

Geschrieben von Petra Rattue