Diagnosis of disorders of consciousness based on EEG- use of correlates of motor intention

StreszczenieDiagnoza zaburzeń świadomości jest obecnie oparta głównie na obserwacji zachowania pacjentów. Uważa się, że osoba jest świadoma, jeżeli wykona dane polecenie lub adekwatnie odpowie na zadane pytanie. Możliwe jednak, że całkowicie lub częściowo świadomi pacjenci są sparaliżowani i nie można u nich zaobserwować żadnej wolicjonalnej aktywności motorycznej. Użycie nowoczesnych narzędzi (fMRI, PET, EEG) pozwala na wykrycie świadomych działań pacjentów, bez opierania się na ich możliwościach motorycznych. Cel: Zbadanie za pomocą EEG możliwości wykrycia wykonywania poleceń przez grupę kontrolną (osoby zdrowe ) i pacjentów z diagnozą zaburzeń świadomości.Metody: Osoby zdrowe oraz pacjenci z dwóch ośrodków w Toruniu zostali poddani częściowo zmodyfikowanej procedurze EEG, opracowanej przez Gugera i wsp. oraz Cruse i wsp. (Guger i wsp., 2003; Cruse i wsp., 2011, 2012a, 2012b). Zaraz po usłyszeniu dźwięku badani mieli wykonać jeden z dwóch typów zadań: 1) zgięcie palców prawej ręki i wyprostowanie ich 2) zaciśnięcie palców stopy i wyprostowanie ich. Zastosowano analizę czasowo-częstotliwościową oraz analizę pojedynczych prób eksperymentalnych z zastosowaniem naiwnego klasyfikatora bayesowskiego.Wyniki: U 6 zdrowych osób badanych obie zastosowane analizy statystyczne wykazały, że wykonali oni polecenia w obu lub przynajmniej w jednym warunku. 3 pacjentów uzyskało niejednoznaczne wyniki, na podstawie których nie można wyciągnąć wniosków na temat stopnia świadomości badanych. Wnioski: Nie udało się w jednoznaczny sposób potwierdzić użyteczności zastosowanej procedury w diagnozie zaburzeń świadomości. Powodem mogą być czynniki proceduralne lub etiologia zaburzeń u pacjentów.

AbstractDiagnosis of disorders of consciousness is mainly based on the observation of patient's behaviour. It is claimed, that a person is conscious if he or she follows commands or in adequate manner answers questions given to him or her. However, it is also possible that fully or partially conscious patients are paralysed and no volitional external motor activity can be observed. Using modern tools (fMRI, PET, EEG) researchers can detect conscious efforts of patients, without having to rely on their motor abilities. .Objective: To determine the possibility of detection of command-following in control group (healthy volunteers) and patients with the diagnosis of disorders of consciousness analyzing the recorded EEG signal. Methods: Healthy volunteers and patients from two patient care centers in Toruń underwent partially modified procedure developed by Guger et al. and Cruse et al. (Guger et al., 2003; Cruse et al., 2011, 2012a, 2012b). The subjects were asked to perform one of the two types of tasks as soon as they heard a sound: 1) to squeeze the right hand and then relax it 2) to wriggle all of the toes on both feet, and then relax them. EEG signal was examined using time-frequency analysis and single-trial analysis with the naive Bayes classifier method.Results: In 6 healthy volunteers both statistical analysis (time-frequency analysis and single-trial classification) correlates of command-following were observed either in both, or one condition. 3 patients had mixed pattern of results, so it is impossible to draw any firm conclusions about their level of consciousness. Conclusion: The usefulness of this procedure in the diagnosis of disorders of consciousness was not univocally confirmed. The factors of procedure and etiolology of disorders of consciousness had to be taken into account.