Assessment of cognitive and psychomotor impairment, subjective effects, and blood THC concentrations following acute administration of oral and vaporized cannabis

Background: Cannabis legalization is expanding, but there are no established methods for detecting cannabis impairment. Aim: Characterize the acute impairing effects of oral and vaporized cannabis using various performance tests. Methods: Participants ( N = 20, 10 men/10 women) who were infrequent cannabis users ingested cannabis brownies (0, 10, and 25 mg Δ-9-tetrahydrocannabinol, THC) and inhaled vaporized cannabis (0, 5, and 20 mg THC) in six double-blind outpatient sessions. Cognitive/psychomotor impairment was assessed with a battery of computerized tasks sensitive to cannabis effects, a novel test (the DRiving Under the Influence of Drugs, DRUID®), and field sobriety tests. Blood THC concentrations and subjective drug effects were evaluated. Results: Low oral/vaporized doses did not impair cognitive/psychomotor performance relative to placebo but produced positive subjective effects. High oral/vaporized doses impaired cognitive/psychomotor performance and increased positive and negative subjective effects. The DRUID® was the most sensitive test to cannabis impairment, as it detected significant differences between placebo and active doses within both routes of administration. Women displayed more impairment on the DRUID® than men at the high vaporized dose only. Field sobriety tests showed little sensitivity to cannabis-induced impairment. Blood THC concentrations were far lower after cannabis ingestion versus inhalation. After inhalation, blood THC concentrations typically returned to baseline well before pharmacodynamic effects subsided. Conclusions: Standard approaches for identifying impairment due to cannabis exposure (i.e. blood THC and field sobriety tests) have severe limitations. There is a need to identify novel biomarkers of cannabis exposure and/or behavioral tests like the DRUID® that can reliably and accurately detect cannabis impairment at the roadside and in the workplace.

Detection of psychomotor impairment from typing patterns on touchscreens using advanced machine learning techniques

Η απουσία οικολογικά έγκυρων μεθόδων ανίχνευσης συμπτωμάτων αποτρέπει την πυκνή δειγματοληψία παραμέτρων που θα καταστήσουν εφικτή τη διαμήκη και απομακρυσμένη παρακολούθηση της υγείας. Τα παραπάνω υπήρξαν εφαλτήριο για την ανάπτυξη μηχανισμών εξαγωγής πληροφορίας από απομακρυσμένη και οικολογικά έγκυρη συλλογή δεδομένων με σκοπό τη δημιουργία ψηφιακών βιοδεικτών. Αρχικά διερευνήσαμε πώς τα ψυχοκινητικά συμπτώματα της νόσου του Πάρκινσον μπορούν να επηρεάσουν τις μεταβλητές πληκτρολόγησης από τις χρονικές ακολουθίες πίεσης και απελευθέρωσης πλήκτρων. Το πρώτο πείραμα συλλογής δεδομένων έγινε σε ελεγχόμενες συνθήκες καταγραφής (εντός της κλινικής) καταγράφοντας μοτίβα πληκτρολόγησης σε οθόνες αφής από υγιείς και ασθενείς της νόσου. Η ανάπτυξη μεθοδολογίας βασισμένης σε μηχανική μάθηση απέδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα για την ανίχνευση της ψυχοκινητικής επιβάρυνσης αντανακλώντας χαρακτηριστικά που συσχετίζονται με κλινικές αξιολογήσεις. Ως επόμενο βήμα, ελέγξαμε την εγκυρότητα των ευρημάτων σε μη ελεγχόμενο περιβάλλον καταγραφής κάνοντας εκτίμηση του αποτυπώματος των συγκεκριμένων υποκείμενων κινητικών συμπτωμάτων, όπως η βραδυκινησία και η ακαμψία στη δυναμική πληκτρολόγησης. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από φυσική χρήση για διαμήκη χρονική περίοδο έδειξαν ότι το σύστημα συλλογής και η μέθοδος ανάλυσης που αναπτύχθηκε είναι κατάλληλη για εξαγωγή συμπερασμάτων κατά τη φυσική χρήση του κινητού τηλεφώνου. Στο τρίτο βήμα διερευνήθηκε ένας υβριδικός μηχανισμός εκτίμησης βασισμένος σε βαθειά νευρωτικά δίκτυα που συνδυάζει τα δεδομένα από τα δύο διαφορετικά περιβάλλοντα καταγραφής (εντός κλινικής και φυσική χρήση) για την αυτόματη εκμάθηση αναπαράστασης και ανίχνευσης της νόσου. Η τελευταία αυτή μέθοδος αναδεικνύεται ως η πιο αποτελεσματική για την απομακρυσμένων εκτίμηση των συμπτωμάτων του Πάρκινσον από τα δεδομένα πληκτρολόγησης σε φυσική χρήση. Στο πλαίσιο της επεκτασιμότητας των μεθόδων εξετάστηκε η παραμετροποίηση του συστήματος μηχανικής μάθησης για την ανίνχευση των ψυχοκινητικών συμπτωμάτων στην καταθλιπτική τάση με βάση τα μοτίβα πληκτρολόγησης από φυσική χρήση. Οι υψηλές βαθμολογίες ταξινόμησης των δύο πληθυσμών αναδεικνύουν ότι η ψυχοκινητική επιβάρυνση έχει παρόμοιο χώρο αναπαράστασης στα μοτίβα πληκτρολόγησης και η χρήση των δεικτών θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της βαρύτητας. Η δεύτερη ερευνητική επέκταση στόχευε να χρησιμοποιήσει τους μηχανισμούς που αναπτύχθηκαν για την ανίχνευση ψυχοκινητικών διαταραχών και το συσχετισμό τους με την γνωστική διαταραχή. Σε ένα πείραμα συλλογής δεδομένων φυσικής χρήσης πληκτρολόγησης και φυσικής γλώσσας από οθόνες αφής, έγινε επαναχρησιμοποίηση των μηχανισμών μηχανικής μάθησης με τα αποτελέσματα να αναδεικνύουν ότι οι εκτιμήσεις της ψυχοκινητικής επιβάρυνσης δύναται να είναι παράμετροι ανίχνευσης των πρώτων σταδίων της νόσου. Τέλος, ερευνήθηκε η σχεδίαση ενός συστήματος ανίχνευσης της νόσου του Πάρκινσον μέσω ανάλυσης χαρακτηριστικών της φωνής που καταγράφηκε και επεξεργάστηκε με γνώση του απορρήτου κατά τη διάρκεια τηλεφωνικών κλήσεων. Αναπτύχθηκαν μοντέλα στατιστικής μηχανικής μάθησης απλών και πολλαπλών παρατηρήσεων που συνδυάζουν φωνητικά χαρακτηριστικά με δημογραφικά χαρακτηριστικά σε ένα ανα-γλώσσα σύστημα ανίχνευσης της νόσου του Πάρκινσον από φυσικό περιβάλλον καταγραφής σε 4 γλώσσες. Η οικολογική εγκυρότητα της προσέγγισης σε συνδυασμό με την μεθοδολογία αναδεικνύει την περαιτέρω δυνατότητα ανίχνευσης της νόσου Πάρκινσον μέσω των κινητικών συμπτωμάτων που επιβαρύνουν τις φωνητικές χορδές επεκτείνοντας τις πηγές πληροφορίας που πήραμε υπόψη. Συνολικά, η διδακτορική διατριβή συνεισέφερε ερευνητικά μεθόδους ανίχνευσης ψυχοκινητικών συμπτωμάτων που έχουν δυνατότητα ενσωμάτωσης σε εμπορικές συσκευές τεχνολογίας για ευρεία χρήση.

An Investigation of the Druid® Smartphone/Tablet App as a Rapid Screening Assessment for Cognitive and Psychomotor Impairment Associated with Alcohol Intoxication

Background Neuropsychological tests have been used for years to determine impairments in cognitive and motor functions. There have been increases in impairment related to the abuse of alcohol and/or drugs related to driving. Recently, there has been an increased use of the Smartphone/Tablet applications for neurocognitive impairment testing. The DRUID® test is intended to identify and measure impairment from alcohol and various drugs by measuring changes in divided attention, decision making, reaction time, motor tracking, and balance movements control. We investigated the application of The DRUID® test as a potential rapid screening for cognitive and psychomotor impairment as a function of specific levels of alcohol that are known to have an effect on driving and job performance. Methods There were 48 volunteer drinkers, (Mean age 30[5.36])19 females -29 males who were administered a two minute DRUID® test pre and post drinking alcohol in a controlled dosage setting. Breath testing for alcohol was performed confirming absence of alcohol (Pre DRUDI®) and the when dosing exceeded the legal intoxication level for alcohol in Massachusetts (Blood Alcohol Content BAC 0.08%). Results DRUID® post drinking scores were significantly higher (worse) than DRUID® pre drinking. Higher scores on the BAC and DRUID® correspond to higher intoxication and associated impairment. There were no significant differences by gender for any of the central variables. A repeated measures t-test comparing DRUID® pre and post alcohol BAC scores revealed a highly significant (t(47) = 34.5, p < .0001), difference in pre- and post DRUID® scores (t(47) = 8.68, p < .0001). Conclusions The DRUID® test is a compelling and useful Smartphone/Tablet based candidate as a rapid screening test for identifying cognitive and psychomotor impairment associated with the intoxication level of alcohol and effects on driving.