Demokratisierung der Bewertung der Gehirngesundheit

Für diese "Eye-for-Innovation"-Story habe ich mich mit Scott Anderson, Chief Clinical Officer bei SyncThink (jetzt NeuroSync), zusammengesetzt - einem expandierenden Technologieunternehmen aus Palo-Alto, das vor kurzem die dritte Generation seiner Plattform für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit des Gehirns, EYE-SYNC®, auf dem Pico Neo 2 Eye VR-Headset eingeführt hat.

Scott ist klug, bescheiden und leidenschaftlich bei dem, was er tut. Ich denke, es muss dieses tiefe Gefühl des Stolzes sein, das man entwickelt, wenn man mit Innovationen arbeitet, alte Theorien entlarvt und neue Erkenntnisse liefert, die das Potenzial haben, die Lebensqualität von Millionen von Menschen zu verbessern. Und obwohl die Pandemie uns daran gehindert hat, im selben Raum zu sitzen, ist Scotts Zielstrebigkeit sogar über Video spürbar.

Dieser Beitrag erzählt die Geschichte der Menschen, die hinter der Forschung stehen, das jahrzehntelange Engagement für die Entmystifizierung der Gehirngesundheit und wie die heute im Handel erhältliche VR-Hardware zusammen mit den fortschrittlichen Eye Tracking-Filtern von Tobii die technischen Voraussetzungen für die Skalierung von SyncThink schafft.

Die Herausforderung, die Gesundheit des Gehirns zu bewerten

Jedes Jahr erleiden schätzungsweise 3,5 Millionen Menschen in den USA ein Schädel-Hirn-Trauma (TBI), das zu etwa 50.000 Todesfällen führt. Heute leben etwa 5,3 Millionen Menschen in den USA mit einer dauerhaften, durch ein Trauma bedingten Behinderung. Abgesehen von den Kosten und der Belastung des Gesundheitswesens können kognitive Beeinträchtigungen infolge eines Sturzes oder Unfalls das Leben eines Menschen verändern und seine Fähigkeit, zu arbeiten und an den täglichen Aktivitäten teilzunehmen, stark beeinträchtigen. SyncThink wurde aus der Forschung heraus geboren, die darauf abzielt, dies durch ein besseres Verständnis von Schädel-Hirn-Traumata und verbesserte Erkennungs- und Behandlungsmöglichkeiten zu ändern.

Die erste Generation von EYE-SYNC, die 2017 auf den Markt kam, war der Höhepunkt von über einem Jahrzehnt Forschung und Entwicklung. Die Arbeit, die den proprietären Algorithmen und dem geistigen Eigentum von SyncThink zugrunde liegt, begann in den frühen 2000er Jahren durch den Gründer des Unternehmens, Dr. Jam Ghajar, einen bekannten Neurochirurgen von Weill Cornell in New York City. Ghajar war zu dieser Zeit bereits eine Autorität auf seinem Gebiet, da er Jahre zuvor die gemeinnützige Brain Trauma Foundation (BTF) gegründet hatte. Ohne ihn und die evidenzbasierte Arbeit der BTF gäbe es die heutigen klinischen Behandlungsrichtlinien für die Erkennung und Behandlung von schweren Schädel-Hirn-Traumata wahrscheinlich nicht.

Wie Scott mir erklärte, gehen die Probleme im Zusammenhang mit Schädel-Hirn-Traumata weit über die Diagnose und Behandlung des ersten Traumas hinaus. Die vorgeschriebene Behandlung für ein Kopftrauma war traditionell ein dunkler Raum. Den Patienten wurde gesagt, sie sollten nach Hause gehen und warten, bis ihre Symptome abklingen. Aber dank der BTF, Ghajars revolutionärer Forschung und der Arbeit, die er und Scott in ihrer gemeinsamen Zeit in Stanford geleistet haben, wissen wir heute, dass das frühere mangelnde Verständnis des Gehirns zu einer massiven Fehlbehandlung der Patienten führte. Aber das ist nicht der schlimmste Teil. Und wenn Sie einen klinischen Hintergrund haben, ist das, was Scott mir erklärt hat, wahrscheinlich offensichtlich. Wie jedes andere Gesundheitsproblem, z. B. ein gebrochener Knochen oder eine Lungenentzündung, muss eine Person, die ein Hirntrauma erlitten hat, sofort untersucht, richtig diagnostiziert und mit einem geeigneten Behandlungsplan behandelt werden. Unbehandelt führt ein Knochenbruch oft zu weiteren Komplikationen, und das Gleiche gilt für ein Hirntrauma. Ohne eine angemessene Diagnose und Behandlung besteht bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma die Gefahr, dass sie sekundäre Probleme wie Depressionen oder Migräne entwickeln - insbesondere bei Menschen mit einer familiären Vorbelastung für solche Erkrankungen - selbst wenn sie sich von dem ursprünglichen Trauma erholen.

Quantifizierung der Gehirnfunktion

Als er sich eingehender mit dem Verständnis von leichten Schädel-Hirn-Traumata befasste, war Ghajar entschlossen, einen Weg zu finden, um die Gehirnaktivität nach einer kognitiven Störung genau zu messen. Er wusste, dass eine objektive Messung der Schlüssel zum Entschlüsseln des Rätsels war, um bessere Ergebnisse für die Patienten zu erzielen.

In dieser Zeit dauerten die Kriege in Afghanistan an, was zu einem dramatischen Anstieg der Belastung und der Komplikationen durch TBI bei Soldaten führte. Infolgedessen suchte das US-Verteidigungsministerium nach einer Möglichkeit, kognitive Defizite aufgrund von Schädel-Hirn-Traumata besser zu erkennen und die Versorgung von Soldaten zu verbessern, die mit anhaltenden Traumata wie PTBS, chronischen neurologischen Problemen und Drogenmissbrauch aus dem Dienst zurückkehrten - Traumata, die nicht gemeldet und unentdeckt blieben.

Die Traumata, mit denen Soldaten an vorderster Front zu kämpfen haben, sind häufig explosionsbedingt. Typische Symptome wie Kopfschmerzen, Schwindel und eingeschränkte kognitive Fähigkeiten führen häufig zu einem anhaltenden Hirnnebel, der sich negativ auf die Entscheidungsfindung und die Einsatzbereitschaft auswirkt. Ghajar stellte die Hypothese auf, dass die Augenbewegungsvariabilität bei Soldaten, die einer schweren Schädel-Hirn-Trauma ausgesetzt sind, zunimmt, so dass die Messung dieser Variabilität ein zuverlässiges Ergebnis liefern würde, das die Veränderungen der Gehirnfunktionen bestätigen könnte. Um seine Theorie zu überprüfen, entwickelte Ghajar einen Test mit kreisförmiger, glatter Verfolgung. Bei diesem Test bewegt sich das Ziel langsam in einem Kreis. Je genauer die Testperson die Augenposition mit dem sich bewegenden Ziel beibehält, desto geringer ist die Variabilität der Augenbewegungen.

Verfolgungstests sind von großer Bedeutung, da sich die menschliche Aufmerksamkeit, die Verarbeitung und das Arbeitsgedächtnis natürlich auf das Sehen stützen, um Vorhersagen über bevorstehende Veranstaltungen zu treffen. Wenn eine Person dem sich relativ langsam bewegenden Ziel nicht folgen kann, liegt es auf der Hand, dass sie kognitive Beeinträchtigungen hat, die auf ein Trauma zurückzuführen sein können. Pursuit- und Sakkadentests helfen auch dabei, zwischen verschiedenen Bereichen der neuronalen Netze des Gehirns zu unterscheiden, die durch ein Trauma beeinträchtigt werden. Entscheidend ist jedoch, dass man nicht messen kann, wie gut eine Person einem Ziel durch manuelle Beobachtung folgt . Daher entwickelte Ghajar die erste Art von VR Eye Tracking System - ein großes Klappgerät -, mit dem er Soldaten vor dem Einsatz und nach ihrer Rückkehr auf Beeinträchtigungen testete. Das war zwar ein guter Anfang, weil es half, Menschen zu diagnostizieren, die sonst vielleicht unter dem Radar durchgeschlüpft wären, aber die Tests unterschieden nicht zwischen Hirntrauma und anderen häufigen Militärkrankheiten wie ADHS, Schlafentzug oder Drogenmissbrauch. Und auch das Problem der Diagnose zum Zeitpunkt der Notwendigkeit - auf dem Schlachtfeld - wurde damit nicht gelöst.

Als Facebook 2012 das zweite Oculus Developer Kit veröffentlichte, entwickelte Ghajar den Vorläufer von EYE-SYNC. Er ließ die Diagnosealgorithmen auf dem Oculus-Headset laufen und schloss es an ein Tablet an, damit Militärmediziner Tests vor Ort durchführen konnten. Die gesamte Einheit war leicht und tragbar genug, um an die Front geschickt zu werden. Nach dem Einsatz im Nahen Osten kehrte jedoch keines der Geräte jemals in die USA zurück.

In diesen Jahren der Erprobung und Entwicklung entdeckte Ghajar den Schlüssel zur heutigen Quantifizierung von Hirntraumata. Er entdeckte, dass Augenbewegungen ein außerordentlich zuverlässiges Maß für das Verständnis von Veränderungen der Gehirnaktivität sind . Er entdeckte die Korrelation, nach der er suchte: einen einzigartigen und unverwechselbaren Biomarker für Beeinträchtigungen, die häufig nach einer Gehirnerschütterung auftreten, der sich von anderen Biomarkern im Zusammenhang mit Erkrankungen wie ADHS, Schlafentzug und Drogenkonsum unterscheidet - alle basieren auf Augenbewegungen.

Dr. Ghajar, Scott, und die Geburt von SyncThink

Im Jahr 2015 wechselte Ghajar an die Stanford University, wo er Scott kennenlernte, der das Sportmedizinprogramm leitete.

Scott erinnert sich, dass Dr. Ghajar an seinem dritten Tag in mein Büro kam und wissen wollte, ob ich der Verantwortliche für die multidisziplinäre Forschung sei. Er wollte das wissen, weil er Zugang zu unserer Athletenpopulation brauchte, um einige Studien mit einer Technologie durchzuführen, an der er mit dem Militär gearbeitet hatte.

Er sagte mir: "Wir befinden uns gerade mitten in klinischen Studien und versuchen, die Ergebnisse mit Soldaten, Zivilisten und Sportlern zu validieren. Wir brauchen eine breitere Population, denn wir müssen 10.000 Menschen testen. Zu diesem Zeitpunkt hatte ich noch nichts von seiner Forschung gehört. Aber als Kliniker hatte ich Menschen mit neurologischen Problemen behandelt, so dass ich natürlich fasziniert war. Daraufhin schloss ich mich dem Team für klinische Studien an und begann, Sportler der Stanford University zu rekrutieren, um die Technologie zu validieren. Nach Abschluss der klinischen Studien erhielten wir die erste FDA-Zulassung und migrierten die Lösung auf die Samsung Gear VR (zweite Generation von EYE-SYNC).

Leider verfügte das Samsung-Headset nicht über das Eye Tracking, das zur Messung der Augenbewegungen erforderlich war. Scotts Kollege Daniel Beeler (CTO) weist in seinem Blog-Beitrag Behind an FDA clearance aus dem Jahr 2018 darauf hin, dass Eye Tracking damals noch kein Standard für mobile VR-Lösungen war, weshalb SyncThink seine eigene Technologie entwickelte. Er sagt: "Es ist nicht besonders schwierig, einen Eye Tracker zu entwickeln, aber es ist äußerst schwierig, einen Eye Tracker zu entwickeln, der in allen Bevölkerungsgruppen gut funktioniert." Um die Lösungen in die Hände ihrer Kunden zu bekommen, musste SyncThink ihre Eye Tracking-Implementierung zunächst an einen Lieferanten in Deutschland liefern, der das Samsung-Gerät mit den erforderlichen Sensoren modifizierte. Dieser zeitaufwändige und kostspielige Prozess verhinderte im Wesentlichen, dass das Unternehmen über die ersten Anwender hinausgehen konnte.

Es gab viele Probleme mit der Lösung, die meisten davon betrafen die Hardware und den Verwaltungsprozess, der mit der Bereitstellung neuer Softwareversionen verbunden war. Soweit ich das beurteilen kann, war SyncThink eine Software-Lösung, die auf die perfekte Hardware wartete, die mehrere Kriterien erfüllen musste.

• Ein VR-Headset, das von Haus aus mit präzisem Eye Tracking ausgestattet ist, um detaillierte Augenbewegungen aufzuzeichnen.

• Ein eigenständiges Headset, das mehrere Stunden lang mit einer Batterie betrieben werden kann, um die Mobilität zu gewährleisten.

• Ein kommerziell erhältliches Headset zum richtigen Preis, um den Massenmarkt zu bedienen, z. B. in Sportstadien, Kliniken und Krankenhäusern.

• Ein bequemes, leichtes Gerät, das Patienten bis zu einer Stunde lang tragen können, ohne dass es verrutscht oder unangenehm ist.

• Hochwertige Filter, die die Umwandlung von Eye Tracking-Rohdaten in zuverlässige Biomarker erleichtern.

Die Pico Neo 2 Eye , die Anfang 2020 auf den Markt kommt und mit der Eye Tracking-Technologie von Tobii ausgestattet ist, erfüllt die Anforderungen 1-4. Der letzte Punkt wird von Tobii Ocumen erfüllt, einer Middleware-Erweiterung für Tobii Eye Tracking, die fortschrittliche Echtzeit-Datenströme und flexible Filteroptionen wie Blickvektoren auf Augenbasis und Biomarker für den Pupillendurchmesser liefert.

Mit dieser dritten Generation von EYE-SYNC steht SyncThink an der Schwelle zu einer erweiterten Kommerzialisierung. Die Partnerschaft mit Pico und Tobii gibt ihnen die Freiheit, sich auf die Entwicklung ihrer eigenen Lösungen zu konzentrieren, während wir uns um die Hardware kümmern und sicherstellen, dass sie genaue und zuverlässige Messungen für alle und überall erhalten.

Behördliche Genehmigung, die Bedeutung der VR und Daten

Bevor ich zum Schluss komme, möchte ich diesem Beitrag noch ein paar Randbemerkungen hinzufügen. Der erste bezieht sich auf das Zulassungsverfahren für das EYE-SYNC Pico Neo 2 Eye. Um den Dokumentationsprozess von SyncThink bei der Bestimmung der Produktgleichwertigkeit zu unterstützen, stellte Tobii unterstützende Informationen zur Verfügung, um die Gleichwertigkeit der von unserer Eye Tracking Hardware und den High-Level-Filtern erzeugten Daten zu belegen. Meine zweite Randbemerkung bezieht sich auf die Wahl von VR als Technologie. Einige der Tests, die bei der Beurteilung der Gehirngesundheit zum Einsatz kommen, könnten auf einem mit Eye Tracking ausgestatteten Tablet-Gerät durchgeführt werden. Der Vorteil von VR liegt jedoch darin, dass insbesondere in lauten, überfüllten Umgebungen der Einfluss der Umgebung auf den Patienten eliminiert werden kann, was zu einer genaueren Beurteilung führt. Meine letzte Bemerkung betrifft die Daten. Die Digitalisierung der Beurteilung, wie sie SyncThink vorgenommen hat, generiert Unmengen von Daten - Daten, die analysiert werden können, um neue Erkenntnisse über die Gesundheit des Gehirns und die Wirksamkeit der Behandlung zu gewinnen.

Abschließend möchte ich mich bei Scott dafür bedanken, dass er sich die Zeit für dieses Gespräch genommen hat. Aber vor allem dafür, dass er diese innovative Technologie möglich gemacht hat. Ich freue mich auf den Tag, an dem Sportarenen, Little-League-Felder, Eisstadien und Fußballplätze mit der Lösung von SyncThink ausgestattet sind, ebenso wie Kliniken, Feldlazarette und Notaufnahmen. Wer weiß, vielleicht nutzen wir diese Technologie eines Tages sogar zu Hause - und das wäre sicherlich eine Demokratisierung des Gesundheitswesens in Aktion.

Wenn Sie mehr über EYE-SYNC erfahren möchten, sehen Sie sich das folgende Video an.