Current diagnosis and longitudinal evaluation of many neurological disorders rely on
subjective, questionnaire-based approaches rather than measured biomarkers of the
disease. Deficits of postural control are frequently seen in such diseases and provide
a route for more objective assessment. This thesis reports the work completed using
the unique BioVRSea setup to assess those with a history of concussion and those
with early-stage Parkinson’s Disease and using a combination of neurophysiological
(electromyography - EMG, electroencephalography - EEG, heart rate) and centre of
pressure (CoP) measurements. The BioVRSea experiment is a challenging postural
control task triggered by a moving platform and a virtual reality environment, during
which the neurophysiological measurements are taken. In the first paper, measurements
were performed on 54 professional athletes who self-reported their history of
concussion or non-concussion. Biosignals and CoP parameters were analyzed before
and after the platform movements, to compare the net response of individual postural
control. The results showed that BioVRSea discriminated between the concussion
and non-concussion groups. Particularly, EEG power spectral density in delta and
theta bands showed significant changes in the concussion group and right soleus median
frequency from the EMG signal differentiated concussed individuals with balance
problems from the other groups. Anterior–posterior CoP frequency-based parameters
discriminated concussed individuals with balance problems. In the second study on
Parkinson’s Disease, 11 early-stage Parkinson’s subjects and 46 healthy over-50s took
part in the experiment. Significant differences were found between the two groups in
electromyographic and centre of pressure measurements. Correlation analysis of the
EMG signal indicated opposite correlations in skewness in the right soleus muscle. In
the second Parkinson’s Disease study, 29 healthy and 9 early-stage Parkinson’s Disease
subjects were assessed. The results of our work show significant differences in
several biosignal features, particularly in the right tibialis anterior, the ellipse area
associated with the centre of pressure changes and the power spectral density changes
in the alpha and theta bands of the EEG. This thesis shows the potential of BioVRSea
as a quantitative means of developing a multi-metric signature capable of quantifying
postural control and distinguishing healthy from pathological response.
Núverandi greining og langtíma mat á mörgum taugasjúkdómum byggir á huglægri
spurningalistamiðaðri nálgun frekar en mælingu á sjúkdómseinkennum. Skortur á líkamsstöðustjórnun
er algengur í slíkum sjúkdómum og gefur þá tækifæri til hlutlægara
mats. Þessi ritgerð greinir frá verkum sem framkvæmd voru með einstöku BioVRSea
uppsetningunni til að meta þá sem hafa sögu um heilahristing og þá sem eru á byrjunarstigi
Parkinsonsveiki með samblandi af taugasálfræðilegum (vöðvarafrit - EMG,
heilarafrit - EEG, hjartsláttur) og þungamiðju (CoP) mælingum. BioVRSea tilraunin
er krefjandi stöðustýringarverkefni sem framkvæmd er á hreyfanlegum vettvangi og
sýndarveruleikaumhverfi, þar sem taugalífeðlisfræðilegar mælingar eru teknar. Í fyrstu
greininni voru mælingar gerðar á 54 atvinnuíþróttamönnum sem sögðust hafa sögu
um heilahristing og þeim sem ekki höfðu sögu um heilahristing. Lífeðlisfræðileg merki
og CoP breytur voru greindar fyrir og eftir hreyfingar til að bera saman heildarviðbrögð
einstakra líkamsstöðustjórnunar. Niðurstöðurnar sýndu að BioVRSea greindi á
milli heilahristinghópsins og samanburðarhópsins. Sérstaklega sýndi EEG aflþéttleiki
í delta og theta böndum marktækar breytingar í heilahristingshópnum og miðtíðni í
hægri soleus frá EMG merkinu greindi þá með jafnvægisvandamál frá öðrum hópum.
Fremri–aftari CoP tíðnibundnar breytur greindu þá með jafnvægisvandamál. Í annarri
rannsókn á Parkinsonsveiki tóku 11 einstaklingar á byrjunarstigi Parkinsons og 46
heilbrigðir yfir 50 ára aldur þátt í tilrauninni. Marktækur munur fannst á milli hópanna
tveggja í vöðvarafrits- og þungamiðju mælingum. Fylgnigreining á EMG merkinu
sýndi andstæða fylgni í skekkju í hægri soleus vöðva. Í annarri rannsókn voru 29 heilbrigðir
og 9 einstaklingar á byrjunarstigi Parkinsons metnir. Niðurstöður okkar sýna
marktækan mun á nokkrum lífeðlisfræðilegum eiginleikum, sérstaklega í hægri tibialis
anterior, ellipse svæði tengt breytingum á þungamiðju og aflþéttleikabreytingum í
alpha og theta böndum EEG. Þessi ritgerð sýnir möguleika BioVRSea sem megindlegt
tæki til að þróa margþætt merki sem getur mælt líkamsstöðustjórnun og greint á milli
heilbrigðra frá meinafræðilegri svörun.
