[In search of] Digital biomarkers for objective pain assessment

Pain is a highly complex phenomenon involving intricate neural systems, whose interactions with other physiological mechanisms are not fully understood. Standard pain assessment methods, relying on verbal communication, often fail to provide reliable and accurate information, which poses a critical challenge in the clinical context. In the era of ubiquitous and inexpensive physiological monitoring, coupled with the advancement of artificial intelligence, these new tools appear as the natural candidates to be tested to address such a challenge. This thesis aims to conduct experimental research to develop digital biomarkers for pain assessment. After providing an overview of the state-of-the-art regarding pain neurophysiology and assessment tools, methods for appropriately conditioning physiological signals and controlling confounding factors are presented. The thesis focuses on three different pain conditions: cancer pain, chronic low back pain, and pain experienced by patients undergoing neurorehabilitation. The approach presented in this thesis has shown promise, but further studies are needed to confirm and strengthen these results. Prior to developing any models, a preliminary signal quality check is essential, along with the inclusion of personal and health information in the models to limit their confounding effects. A multimodal approach is preferred for better performance, although unimodal analysis has revealed interesting aspects of the pain experience. This approach can enrich the routine clinical pain assessment procedure by enabling pain to be monitored when and where it is actually experienced, and without the involvement of explicit communication,. This would improve the characterization of the pain experience, aid in antalgic therapy personalization, and bring timely relief, with the ultimate goal of improving the quality of life of patients suffering from pain.

Simulatore d’alba come possibile contromisura al social jetlag in adolescenza

L’obiettivo del presente progetto di ricerca era determinare se l’utilizzo non clinico del simulatore d’alba (un dispositivo che emette luce in graduale aumento prima del risveglio), basato su specifiche conoscenze cronobiologiche, potesse ridurre alcune delle conseguenze del social jetlag, in studenti di scuola secondaria di secondo grado. A tal fine, sono stati valutati gli effetti del simulatore d’alba su tono dell’umore (valutato soggettivamente tramite la Global and Vigor Affect Scale-GVA), livelli di attivazione (valutati soggettivamente tramite la GVA), qualità/quantità di sonno (valutate oggettivamente e soggettivamente tramite attigrafia e Mini Sleep Questionnaire-MSQ), architettura del sonno (valutata oggettivamente tramite Zeo®) ed efficienza dei tre network attentivi (alerting, orienting ed executive), valutata oggettivamente tramite l’Attention Network Test (ANT). In totale, hanno preso parte alla ricerca 56 adolescenti (24 femmine e 32 maschi), frequentanti due istituti di scuola secondaria di secondo grado nella città di Cesena, la cui età media era di 17.68 anni (range d’età 15-20 anni). Ad ogni studente è stata richiesta una partecipazione di 5 settimane consecutive ed il disegno di ricerca prevedeva 3 condizioni sperimentali: baseline, simulatore d’alba e controllo. All’MSQ, in seguito all’utilizzo del simulatore d’alba, sono state osservate una minore percezione di sonnolenza diurna, una frequenza inferiore di risvegli notturni ed una riduzione del numero di partecipanti che presentavano una cattiva qualità della veglia. All’ANT, è stato documentato un significativo miglioramento dell’efficienza del network attentivo dell’alerting, successivo all’impiego del simulatore d’alba, dovuto ad una maggiore reattività dei partecipanti in seguito alla comparsa del double cue, che anticipava la presentazione del target (freccia centrale di cui i partecipanti dovevano giudicare la direzione). Tali risultati convergono nell’evidenziare la capacità del simulatore d’alba di esercitare un effetto attivante/stimolante, mostrando dunque come esso possa essere considerato uno strumento potenzialmente utilizzabile quale contromisura al social jetlag in adolescenza.