The heterogeneity of traumatic brain injury (TBI) is considered one of the most significant barriers to finding effective therapeutic interventions. In October, 2007, the National Institute of Neurological Disorders and Stroke, with support from the Brain Injury Association of America, the Defense and Veterans Brain Injury Center, and the National Institute of Disability and Rehabilitation Research, convened a workshop to outline the steps needed to develop a reliable, efficient and valid classification system for TBI that could be used to link specific patterns of brain and neurovascular injury with appropriate therapeutic interventions. Currently, the Glasgow Coma Scale (GCS) is the primary selection criterion for inclusion in most TBI clinical trials. While the GCS is extremely useful in the clinical management and prognosis of TBI, it does not provide specific information about the pathophysiologic mechanisms which are responsible for neurological deficits and targeted by interventions. On the premise that brain injuries with similar pathoanatomic features are likely to share common pathophysiologic mechanisms, participants proposed that a new, multidimensional classification system should be developed for TBI clinical trials. It was agreed that preclinical models were vital in establishing pathophysiologic mechanisms relevant to specific pathoanatomic types of TBI and verifying that a given therapeutic approach improves outcome in these targeted TBI types. In a clinical trial, patients with the targeted pathoanatomic injury type would be selected using an initial diagnostic entry criterion, including their severity of injury. Coexisting brain injury types would be identified and multivariate prognostic modeling used for refinement of inclusion/exclusion criteria and patient stratification. Outcome assessment would utilize endpoints relevant to the targeted injury type. Advantages and disadvantages of currently available diagnostic, monitoring, and assessment tools were discussed. Recommendations were made for enhancing the utility of available or emerging tools in order to facilitate implementation of a pathoanatomic classification approach for clinical trials.

Because a history of shaking is often lacking in the so-called "shaken baby syndrome," diagnosis is usually based on a constellation of clinical and radiographic findings. Forty-eight cases of infants and young children with this diagnosis seen between 1978 and 1985 at the Children's Hospital of Philadelphia were reviewed. All patients had a presenting history thought to be suspicious for child abuse, and either retinal hemorrhages with subdural or subarachnoid hemorrhages or a computerized tomography scan showing subdural or subarachnoid hemorrhages with interhemispheric blood. The physical examination and presence of associated trauma were analyzed; autopsy findings for the 13 fatalities were reviewed. All fatal cases had signs of blunt impact to the head, although in more than half of them these findings were noted only at autopsy. All deaths were associated with uncontrollably increased intracranial pressure. Models of 1-month-old infants with various neck and skull parameters were instrumented with accelerometers and shaken and impacted against padded or unpadded surfaces. Angular accelerations for shakes were smaller than those for impacts by a factor of 50. All shakes fell below injury thresholds established for subhuman primates scaled for the same brain mass, while impacts spanned concussion, subdural hematoma, and diffuse axonal injury ranges. It was concluded that severe head injuries commonly diagnosed as shaking injuries require impact to occur and that shaking alone in an otherwise normal baby is unlikely to cause the shaken baby syndrome.

Head injury in the youngest age group is distinct from that occurring in older children or adults because of differences in mechanisms, injury thresholds, and the frequency with which the question of child abuse is encountered. To analyze some of these characteristics in very young children, the authors prospectively studied 100 consecutively admitted head-injured patients 24 months of age or younger who were drawn from three institutions. Mechanism of injury, injury type, and associated injuries were recorded. All patients underwent ophthalmologic examination to document the presence of retinal hemorrhages. An algorithm incorporating injury type, best history, and associated findings was used to classify each injury as inflicted or accidental. The results confirmed that most head injuries in children younger than 2 years of age occurred from falls, and while different fall heights were associated with different injury types, most household falls were neurologically benign. Using strict criteria, 24% of injuries were presumed inflicted, and an additional 32% were suspicious for abuse, neglect, or social or family problems. Intradural hemorrhage was much more likely to occur from motor vehicle accidents and inflicted injury than from any other mechanism, with the latter being the most common cause of mortality. Retinal hemorrhages were seen in serious accidental head injury but were most commonly encountered in inflicted injury. The presence of more serious injuries associated with particular mechanisms may be related to a predominance of rotational rather than translational forces acting on the head.

Measuring head impact exposure is a critical step toward understanding the mechanism and prevention of sport-related mild traumatic brain (concussion) injury, as well as the possible effects of repeated subconcussive impacts.To quantify the frequency and location of head impacts that individual players received in 1 season among 3 collegiate teams, between practice and game sessions, and among player positions.Cohort study.Collegiate football field.One hundred eighty-eight players from 3 National Collegiate Athletic Association football teams.Participants wore football helmets instrumented with an accelerometer-based system during the 2007 fall season.The number of head impacts greater than 10 g and location of the impacts on the player's helmet were recorded and analyzed for trends and interactions among teams (A, B, or C), session types, and player positions using Kaplan-Meier survival curves.The total number of impacts players received was nonnormally distributed and varied by team, session type, and player position. The maximum number of head impacts for a single player on each team was 1022 (team A), 1412 (team B), and 1444 (team C). The median number of head impacts on each team was 4.8 (team A), 7.5 (team B), and 6.6 (team C) impacts per practice and 12.1 (team A), 14.6 (team B), and 16.3 (team C) impacts per game. Linemen and linebackers had the largest number of impacts per practice and per game. Offensive linemen had a higher percentage of impacts to the front than to the back of the helmet, whereas quarterbacks had a higher percentage to the back than to the front of the helmet.The frequency of head impacts and the location on the helmet where the impacts occur are functions of player position and session type. These data provide a basis for quantifying specific head impact exposure for studies related to understanding the biomechanics and clinical aspects of concussion injury, as well as the possible effects of repeated subconcussive impacts in football.

Objective:

 To determine whether exposure to repetitive head impacts over a single season negatively affects cognitive performance in collegiate contact sport athletes. 

Methods:

 This is a prospective cohort study at 3 Division I National Collegiate Athletic Association athletic programs. Participants were 214 Division I college varsity football and ice hockey players who wore instrumented helmets that recorded the acceleration-time history of the head following impact, and 45 noncontact sport athletes. All athletes were assessed prior to and shortly after the season with a cognitive screening battery (ImPACT) and a subgroup of athletes also were assessed with 7 measures from a neuropsychological test battery. 

Results:

 Few cognitive differences were found between the athlete groups at the preseason or postseason assessments. However, a higher percentage of the contact sport athletes performed more poorly than predicted postseason on a measure of new learning (California Verbal Learning Test) compared to the noncontact athletes (24% vs 3.6%; p < 0.006). On 2 postseason cognitive measures (ImPACT Reaction Time and Trails 4/B), poorer performance was significantly associated with higher scores on several head impact exposure metrics. 

Conclusion:

 Repetitive head impacts over the course of a single season may negatively impact learning in some collegiate athletes. Further work is needed to assess whether such effects are short term or persistent.

A head computed tomography (CT) with positive results for acute intracranial hemorrhage is the gold-standard diagnostic biomarker for acute traumatic brain injury (TBI). In moderate to severe TBI (Glasgow Coma Scale [GCS] scores 3-12), some CT features have been shown to be associated with outcomes. In mild TBI (mTBI; GCS scores 13-15), distribution and co-occurrence of pathological CT features and their prognostic importance are not well understood.To identify pathological CT features associated with adverse outcomes after mTBI.The longitudinal, observational Transforming Research and Clinical Knowledge in Traumatic Brain Injury (TRACK-TBI) study enrolled patients with TBI, including those 17 years and older with GCS scores of 13 to 15 who presented to emergency departments at 18 US level 1 trauma centers between February 26, 2014, and August 8, 2018, and underwent head CT imaging within 24 hours of TBI. Evaluations of CT imaging used TBI Common Data Elements. Glasgow Outcome Scale-Extended (GOSE) scores were assessed at 2 weeks and 3, 6, and 12 months postinjury. External validation of results was performed via the Collaborative European NeuroTrauma Effectiveness Research in Traumatic Brain Injury (CENTER-TBI) study. Data analyses were completed from February 2020 to February 2021.Acute nonpenetrating head trauma.Frequency, co-occurrence, and clustering of CT features; incomplete recovery (GOSE scores <8 vs 8); and an unfavorable outcome (GOSE scores <5 vs ≥5) at 2 weeks and 3, 6, and 12 months.In 1935 patients with mTBI (mean [SD] age, 41.5 [17.6] years; 1286 men [66.5%]) in the TRACK-TBI cohort and 2594 patients with mTBI (mean [SD] age, 51.8 [20.3] years; 1658 men [63.9%]) in an external validation cohort, hierarchical cluster analysis identified 3 major clusters of CT features: contusion, subarachnoid hemorrhage, and/or subdural hematoma; intraventricular and/or petechial hemorrhage; and epidural hematoma. Contusion, subarachnoid hemorrhage, and/or subdural hematoma features were associated with incomplete recovery (odds ratios [ORs] for GOSE scores <8 at 1 year: TRACK-TBI, 1.80 [95% CI, 1.39-2.33]; CENTER-TBI, 2.73 [95% CI, 2.18-3.41]) and greater degrees of unfavorable outcomes (ORs for GOSE scores <5 at 1 year: TRACK-TBI, 3.23 [95% CI, 1.59-6.58]; CENTER-TBI, 1.68 [95% CI, 1.13-2.49]) out to 12 months after injury, but epidural hematoma was not. Intraventricular and/or petechial hemorrhage was associated with greater degrees of unfavorable outcomes up to 12 months after injury (eg, OR for GOSE scores <5 at 1 year in TRACK-TBI: 3.47 [95% CI, 1.66-7.26]). Some CT features were more strongly associated with outcomes than previously validated variables (eg, ORs for GOSE scores <5 at 1 year in TRACK-TBI: neuropsychiatric history, 1.43 [95% CI .98-2.10] vs contusion, subarachnoid hemorrhage, and/or subdural hematoma, 3.23 [95% CI 1.59-6.58]). Findings were externally validated in 2594 patients with mTBI enrolled in the CENTER-TBI study.In this study, pathological CT features carried different prognostic implications after mTBI to 1 year postinjury. Some patterns of injury were associated with worse outcomes than others. These results support that patients with mTBI and these CT features need TBI-specific education and systematic follow-up.

Abstract To date, post-traumatic epilepsy (PTE) research in large animal models has been limited. Recent advances in neocortical microscopy have made possible new insights into neocortical PTE. However, it is very difficult to engender convincing neocortical PTE in rodents. Thus, large animal models that develop neocortical PTE may provide useful insights that also can be more comparable to human patients. Because gyrencephalic species have prolonged latent periods, long-term video EEG recording is required. Here, we report a fully subcutaneous EEG implant with synchronized video in freely ambulatory swine for up to 14 months during epileptogenesis following bilateral cortical impact injuries or sham surgery The advantages of this system include the availability of a commercially available system that is simple to install, a low failure rate after surgery for EEG implantation, radiotelemetry that enables continuous monitoring of freely ambulating animals, excellent synchronization to video to EEG, and a robust signal to noise ratio. The disadvantages of this system in this species and age are the accretion of skull bone which entirely embedded a subset of skull screws and EEG electrodes, and the inability to rearrange the EEG electrode array. These disadvantages may be overcome by splicing a subdural electrode strip to the electrode leads so that skull growth is less likely to interfere with long-term signal capture and by placing two implants for a more extensive montage. This commercially available system in this bilateral cortical impact swine model may be useful to a wide range of investigators studying epileptogenesis in PTE. Significance Post-traumatic epilepsy (PTE) is a cause of significant morbidity after traumatic brain injury (TBI) and is often drug-resistant. Robust, informative animal models would greatly facilitate PTE research. Ideally, this biofidelic model of PTE would utilize a species that approximates human brain anatomy, brain size, glial populations, and inflammatory pathways. An ideal model would also incorporate feasible methods for long-term video EEG recording required to quantify seizure activity. Here, we describe the first model of PTE in swine and describe a method for robust long-term video EEG monitoring for up to 14 months post-TBI. The relatively easy “out-of-the-box” radiotelemetry system and surgical techniques described here will be adaptable by a wide array of investigators studying the pathogenesis and treatment of PTE.

Objectives An estimated 14–23% of patients with traumatic brain injury (TBI) incur multiple lifetime TBIs. The relationship between prior TBI and outcomes in patients with moderate to severe TBI (msTBI) is not well delineated. We examined the associations between prior TBI, in-hospital mortality, and outcomes up to 12 months after injury in a prospective US msTBI cohort. Methods Data from hospitalized subjects with Glasgow Coma Scale score of 3–12 were extracted from the Transforming Research and Clinical Knowledge in Traumatic Brain Injury Study (enrollment period: 2014–2019). Prior TBI with amnesia or alteration of consciousness was assessed using the Ohio State University TBI Identification Method. Competing risk regressions adjusting for age, sex, psychiatric history, cranial injury and extracranial injury severity examined the associations between prior TBI and in-hospital mortality, with hospital discharged alive as the competing risk. Adjusted HRs (aHR (95% CI)) were reported. Multivariable logistic regressions assessed the associations between prior TBI, mortality, and unfavorable outcome (Glasgow Outcome Scale-Extended score 1–3 (vs. 4–8)) at 3, 6, and 12 months after injury. Results Of 405 acute msTBI subjects, 21.5% had prior TBI, which was associated with male sex (87.4% vs. 77.0%, p=0.037) and psychiatric history (34.5% vs. 20.7%, p=0.010). In-hospital mortality was 10.1% (prior TBI: 17.2%, no prior TBI: 8.2%, p=0.025). Competing risk regressions indicated that prior TBI was associated with likelihood of in-hospital mortality (aHR=2.06 (1.01–4.22)), but not with hospital discharged alive. Prior TBI was not associated with mortality or unfavorable outcomes at 3, 6, and 12 months. Conclusions After acute msTBI, prior TBI history is independently associated with in-hospital mortality but not with mortality or unfavorable outcomes within 12 months after injury. This selective association underscores the importance of collecting standardized prior TBI history data early after acute hospitalization to inform risk stratification. Prospective validation studies are needed. Level of evidence IV. Trial registration number NCT02119182 .

Abstract Most research on the evolution of damage after traumatic brain injury (TBI) focuses on cellular effects, but the analysis of human tissue slices and animal research have shown that TBI causes concomitant damage in the extracellular matrix, which can play a significant role in both short-term consequences such as edema, and late effects such as post-traumatic epilepsy (PTE). To test the hypothesis that traumatic brain injury (TBI) in human patients causes disruption of sulfated glycosaminoglycan (sGAG) in the extracellular matrix, we measured levels of these substances in the ventricular cerebrospinal fluid (CSF) in patients with severe TBI in the acute post-injury period, along with concomitant levels in blood and urine. We assessed whether levels corresponded to parenchymal injury load, distance of traumatic brain lesions from the ventricle, presence of polytrauma, or host demographic factors. Methods Samples of CSF, blood, and urine were obtained within 72 hours of injury in patients who received external ventricular drains as part of their treatment of severe TBI, and levels of chondroitin and heparan sGAGs were measured, along with their disaccharide constituents. Basic demographic information, presence and severity of polytrauma, brain injury load based on imaging findings, and distance of radiologically visible parenchymal injury from the ventricle were analyzed for correlation with total subtype sGAG levels in each patient. Results Levels were measured in 14 patients ranging in age from 17-90 years. CSF sGAG levels were variable among patients, and sGAG levels were higher in plasma than in CSF and variable in urine. Patients with polytrauma had non-significantly higher blood sGAG compared to patients with isolated head injury. Subcategories of CSF sGAG levels correlated with distance from the ventricle of parenchymal injury but not with brain injury load, which may reflect rapid metabolism in the parenchyma, contamination by blood, or bulk directional CSF flow from the ventricle to the subarachnoid space. Conclusion This study is the first to measure sGAG levels in ventricular CSF and also provides the first measurements in patients with TBI. Damage to the extracellular matrix may play a major role in acute and chronic injury sequelae, and these data demonstrate elevation locally of intracranial sGAGS after severe TBI and also suggest rapid local metabolism of these breakdown products. The consequences of extracellular matrix breakdown may provide unique therapeutic and preventive avenues to mitigate post-injury sequelae.