Proposta de método para auxiliar o diagnóstico dos distúrbios da consciência humana: complexidade perturbacional combinada à análise tempo-frequência de potenciais evocados somatosensoriais
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Data
2020-10-13
Autores
Faria, Guilherme Luis De [UNIFESP]
Orientadores
Casali, Adenauer Girardi [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Resumo
Altered states of consciousness following severe brain injury are a challenging group of disorders with regard to diagnosis in today’s neurological practices. Although the state of consciousness may not be associated to the capacity of the patient to interact with and respond to the external world, the diagnosis of these conditions is still almost completely based on behavioral criteria and scales. For this reason, diagnostic errors, which cause severe adverse consequences for the patient’s rehabilitation and quality of life, are frequent in this population. Recently, by combining Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) with high-density electroencephalography and algorithms of spatiotemporal complexity, a novel measure of brain complexity, the Perturbational Complexity Index (PCI), was introduced. PCI is an objective measure, independent of the subject’s ability to interact with the external environment and which has been shown to be reliable in assessing the level of consciousness of brain injured patients. Although promising, this technique depends on elaborate setups, mathematical models and processing methods which impair its use in the clinical setting. In this work, we aim to advance a further step towards the development of PCI as a feasible clinical tool. After having introduced a simplified, general and fast version of the index, we tested PCI in somatosensory evoked potentials obtained by median nerve stimulation (SEP) in brain injured patients. Differently from TMS evoked potentials, SEPs are commonly employed in the clinical setting and could thus be used to considerably simplify the PCI technique and adapt it to such complex environments. On the one hand, the results of this work raise doubts concerning the possibility of using SEP’s perturbational complexity as single measure to support diagnosis of disorders of consciousness. At the same time, here we show that, by combining PCI with spectral features of SEPs, it is possible to design a stable classifier with an accuracy above 80% for identifying minimal signs of consciousness in this population. Future studies should extend these findings and test the proposed method on a large cohort of patients in order to confirm the potential of the method as a clinical tool for the bedside assessment of consciousness.
Estados alterados da consciência produzidos por lesões cerebrais focais ou difusas apresentam-se como um desafio para a neurologia contemporânea. Apesar do estado de consciência poder estar dissociado da capacidade do paciente de interagir com o meio externo, a identificação de sinais de consciência na atual prática clínica ainda se baseia exclusivamente em escalas comportamentais. Por este motivo, erros diagnósticos nesta população são frequentes e possuem um impacto significativo na qualidade de vida e na recuperação dos pacientes. Recentemente, a combinação da técnica de Estimulação Magnética Transcraniana (EMT) com registros de sinais eletroencefalográficos e algoritmos de estima de complexidade espaço-temporal resultou na introdução do ´ındice de complexidade perturbacional (PCI): um índice objetivo capaz de discriminar alterações do estado de consciência sem a necessidade da interação do paciente com o meio externo. Mesmo se promissora, esta técnica envolve um aparato experimental complexo e modelagens matemáticas de difícil implementação computacional e que dificultam a sua aplicação clínica. Nesta dissertação, objetivamos avançar na direção de aproximar o índice de complexidade perturbacional do seu uso clínico. Adaptando técnicas de recorrência para potenciais evocados, introduzimos uma versão simplificada e rápida da medida, que pode ser generalizada a outros tipos de sinais além dos potenciais evocados pela EMT, e testamos o desempenho deste ´ındice em potenciais evocados somatossensoriais (PESS) coletados em pacientes que se recuperaram do coma. Contrariamente aos potenciais evocados pela EMT, PESS são comumente registrados no ambiente hospitalar e poderiam assim servir de base para a estima clínica do PCI. Por um lado, os resultados deste trabalho levantam dúvidas sobre a possibilidade de se empregar a complexidade perturbacional de PESS como medida única para a discriminação de estados de consciência. Por outro lado, mostramos aqui que é possível combinar a complexidade perturbacional com carácterísticas espectrais dos PESS de modo a se obter um classificador estável e com acurácia de cerca de 83% na discriminação de estados de consciência nesta população. A extensão destes resultados a uma amostra mais ampla de pacientes em estudos futuros poderá confirmar o potencial da análise de PESS para apoiar o diagnóstico de distúrbios de consciência.
Estados alterados da consciência produzidos por lesões cerebrais focais ou difusas apresentam-se como um desafio para a neurologia contemporânea. Apesar do estado de consciência poder estar dissociado da capacidade do paciente de interagir com o meio externo, a identificação de sinais de consciência na atual prática clínica ainda se baseia exclusivamente em escalas comportamentais. Por este motivo, erros diagnósticos nesta população são frequentes e possuem um impacto significativo na qualidade de vida e na recuperação dos pacientes. Recentemente, a combinação da técnica de Estimulação Magnética Transcraniana (EMT) com registros de sinais eletroencefalográficos e algoritmos de estima de complexidade espaço-temporal resultou na introdução do ´ındice de complexidade perturbacional (PCI): um índice objetivo capaz de discriminar alterações do estado de consciência sem a necessidade da interação do paciente com o meio externo. Mesmo se promissora, esta técnica envolve um aparato experimental complexo e modelagens matemáticas de difícil implementação computacional e que dificultam a sua aplicação clínica. Nesta dissertação, objetivamos avançar na direção de aproximar o índice de complexidade perturbacional do seu uso clínico. Adaptando técnicas de recorrência para potenciais evocados, introduzimos uma versão simplificada e rápida da medida, que pode ser generalizada a outros tipos de sinais além dos potenciais evocados pela EMT, e testamos o desempenho deste ´ındice em potenciais evocados somatossensoriais (PESS) coletados em pacientes que se recuperaram do coma. Contrariamente aos potenciais evocados pela EMT, PESS são comumente registrados no ambiente hospitalar e poderiam assim servir de base para a estima clínica do PCI. Por um lado, os resultados deste trabalho levantam dúvidas sobre a possibilidade de se empregar a complexidade perturbacional de PESS como medida única para a discriminação de estados de consciência. Por outro lado, mostramos aqui que é possível combinar a complexidade perturbacional com carácterísticas espectrais dos PESS de modo a se obter um classificador estável e com acurácia de cerca de 83% na discriminação de estados de consciência nesta população. A extensão destes resultados a uma amostra mais ampla de pacientes em estudos futuros poderá confirmar o potencial da análise de PESS para apoiar o diagnóstico de distúrbios de consciência.