This protocol describes a procedure to track the evolution of mesial network measures in temporal lobe epilepsy (TLE) patients. It is based on the combination of intracranial recordings with a novel numerical technique for data analysis. Specifically, we present a protocol for network analyses of foramen ovale recordings.
Ca. 30% af epilepsipatienter er refraktære over for antiepileptika. I disse tilfælde kirurgi er den eneste alternativ til at fjerne / kontrol anfald. Men et stort mindretal af patienter fortsætter med at udstille postoperative anfald, selv i de tilfælde, hvor den formodede kilde af anfald er blevet lokaliseret og resektion korrekt. Protokollen præsenteres her kombinerer en klinisk procedure rutinemæssigt under den præoperative evaluering af FLE (TLE) patienter med en ny teknik til netværksanalyse. Fremgangsmåden giver mulighed for evaluering af den tidsmæssige udvikling af mesiale netværksparametre. Den bilaterale indsættelse af foramen ovale elektroder (FOE) til den omgivende cisterne samtidig registrerer electrocortical aktivitet på flere mesiale områder i tindingelappen. Desuden netværk metode anvendes på registrerede tidsserier sporer den tidsmæssige udvikling af de mesiale netværk både interictally og underanfald. På denne måde, den præsenteres protokol tilbyder en unik måde at visualisere og kvantificere foranstaltninger, der anser relationerne mellem flere mesiale områder i stedet for et enkelt område.
Epilepsi er en invaliderende sygdom, der påvirker 1 – 2% af verdens befolkning. I de fleste tilfælde, kramper – kendetegnende for epilepsi – kan være helt kontrolleret eller afskaffet med antiepileptika. Men ca. 30% af epilepsi patenter refraktære over for lægemiddelterapier. I den mest almindelige form for epilepsi, tindingelappen epilepsi (TLE) 1, heldigvis kirurgi er et reelt alternativ til at forbedre patientens tilstand. Resultater fra meta-analyser viser, at næsten to tredjedele af resistente TLE patienter er anfaldsfrie i de første to til tre år efter resective kirurgi 2,3, selv om denne andel varierer på tværs af flere faktorer, især den type hippocampus sklerose 2. Et afgørende skridt for et vellykket resultat er den præcise lokalisering af den såkaldte epileptiske fokus, kortikale område er ansvarlig for generering af anfald, som er typisk placeret i Mesial område af tindingelappen. Men selv i de tilfælde, hvor den epileptiske fokus er identificeret korrekt og resektion under operationen, et betydeligt mindretal af patienterne enten forbliver, med post-operative anfald eller skal placeres under streng antiepileptisk lægemiddel behandling til at kontrollere anfald. Derfor har et nyt perspektiv opstået, hvor opmærksomheden ikke længere fokuserer udelukkende på isolerede områder, i stedet kortikale interaktioner nu udgør det grundlæggende spørgsmål. Denne "netværk" tilgang er funderet i connectome konceptet 4, som sætter fokus på de neurale forbindelser mellem forskellige områder snarere end at fremhæve den rolle, som opdelte strukturer. Dette nye paradigme blev fundet i grafteori, en matematisk ramme helliget studiet af topologiske og statistiske egenskaber af grafer, til det relevante værktøj udtryk for sine grundlæggende resultater. Under dette perspektiv, er hjernen betragtes som et sæt af knudepunkter forbundet med hinanden ved links <sup> 5-9 således at knudepunkter er repræsenteret ved de kortikale områder, som elektroderne og forbindelserne mellem dem er givet af graden af synkronisering. Således har dette netværk tilgang blevet anvendt i analysen af invasive elektrode optagelser og har givet nye oplysninger for at fremme forståelsen af den underliggende mekanisme for beslaglæggelse generering og udbredelse.
Blandt de mange invasive neurofysiologiske teknikker rutinemæssigt anvendes i de fleste epilepsi centre rundt om i verden, de foramen ovale elektrode (FOE) er særlig bemærkelsesværdig. FOE er en semi-invasiv teknik, fordi der ikke er behov for at udføre en kraniotomi, som reducerer kirurgi-relaterede komplikationer 10. Derudover er placeringen af FOE i den omgivende cisterne 11 gør dem specielt velegnet til optagelse mesial aktivitet fra flere kortikale strukturer involveret i beslaglæggelse generering og udbredelse, såsom entorhinal cortex. Derfor brug sidendens udseende er udbredt i prækirurgisk evaluering af resistente TLE patienter. Traditionelt er denne teknik anvendes til at lokalisere irritativ aktivitet i form af interictal epileptogene pigge og skarpe-bølger, og endnu vigtigere, præcist at identificere det område af mesial beslaglæggelse debut.
Den foreslåede nye definition fra Kommissionen om Klassificering og terminologi fra Den Internationale Liga mod epilepsi (ILAE) antyder, at anfald stammer på et tidspunkt inden for bestemte netværk 12. Desuden har flere undersøgelser vist, at anfald er forårsaget af unormal netværksaktivitet snarere end af et isoleret patologisk område 13-16. Klart, at denne nye perspektiv kræver reanalyse af tidligere erhvervet information ved hjælp af nye numeriske metoder, såsom komplekst netværk metodologi. Selvom den praktiske anvendelse af disse analyser stadig begyndende i klinisk praksis har flere undersøgelser vist deresværdi 13-17.
Den nedenfor beskrevne protokol er kombinationen af et klinisk praksis rutinemæssigt udført på lægemiddelresistente TLE epilepsipatienter med en hidtil ukendt teknik til netværk analyse. Fremgangsmåden giver mulighed for evaluering af den tidsmæssige udvikling af mesiale netværksparametre. Den bilaterale indsættelse af FOE til den omgivende cisterne samtidig registrerer electrocortical aktivitet på flere mesiale områder af tindingelapperne. Et netværk tilgang anvendes på optagetiden serien sporer den tidsmæssige udvikling af de mesiale netværk både interictally og under anfald. På denne måde, den præsenteres protokol tilbyder en unik måde at visualisere og kvantificere foranstaltninger, der anser relationerne mellem flere mesiale områder.
Traditionelt epilepsi blev undersøgt under en zone-orienteret tilgang, som isolerede betydningen af bestemte områder, hovedsagelig beslaglæggelsen debut zone, som den unikke årsag til anfald. For ganske nylig, har en sand netværk tilgang, der understreger vigtigheden af samspillet mellem kortikale områder været begunstiget i den klassiske zone perspektiv 13-17,28. Men den nuværende mængde af beviser for epilepsi som et netværk sygdom er stadig meget fragmenteret, og der er behov for mere forskning. Den nuværende arbejde har til formål at reanalyze data fra traditionelle metoder som FOE under komplekst netværk tilgang. Protokollen præsenteres her beskriver en trinvis metodiske procedure at udføre et komplekst netværk og spektralanalyse af semi-invasive optagelser i TLE patienter.
Anvendelsen af den ovenfor beskrevne teknik har demonstreret anvendeligheden af nettet tilgang i forhold til den mere traditionelle localized eller zone-orienterede perspektiver. I de seneste værker 17,29 blev det vist, at anvendelse af den samme procedure som den, der er beskrevet her, en ubalance i mesial forbindelse i refraktære TLE patienter fremgår. Mesial tilslutningsmuligheder reduceres i ipsilaterale side både under interictal- 29 og iktal 17,29 etaper. Dette resultat kunne ikke forudses ved at se udelukkende på de områder, hvor epileptogen aktivitet opstår. Denne måde overraskende resultat blev også beskrevet ved hjælp af netværk teorier om fMRI-signaler 30,31. Desuden har anvendelsen af den kombinerede teknik FOE + netværksteori vist ligestilling af mesial aktivitet under anfald og under virkningerne af en promotor af epileptogen aktivitet, da det er den farmakologiske administration af etomidat 32.
Den her beskrevne teknik er i stand til at detektere mesial netværk ubalance i korte interictal optagelser varig højst én or to timer 29. På denne måde kunne en drastisk reduktion i analysen tid og patient hospitalsophold opnås. Hertil kommer, fra et terapeutisk perspektiv, den eksisterende ubalance i TLE patienter kunne "løses" ved hjælp af kronisk implanterede (ved neurokirurger) enheder, så meget som den måde, det sker i dyb brain stimulation.
For at opnå optimale resultater ved hjælp af oplysningerne i denne protokol, bør nogle spørgsmål overvejes på forhånd. For det første bør implantation af elektroderne skal udføres af en erfaren neurokirurg, fordi deres forkert placering kunne producere alvorlige neurologiske konsekvenser og vildledende optagelser. Desuden valget af passende epoker til yderligere analyse beror udelukkende på neurofysiolog fortolkning af den rå EEG; derfor erfaring i klinisk EEG analyse er obligatorisk. Dataformatet af de eksporterede filer fra electroencephalograph afhænger af partiCULAR mærke; derfor er der behov for gode programmering færdigheder til at tilpasse scripts til forskellige dataformater. Endelig, for at sikre pålideligheden af de data, bør kvalitetskontrol blive anvendt på resultaterne. Overvurdering og falske positiver er tilbøjelige til at blive vist, når du arbejder med et stort antal sammenhænge. I sådanne tilfælde, at statistiske metoder forbedre bør anvendes følsomhed. I denne forbindelse er det vigtigt at etablere en tærskel i korrelationerne at kassere værdier, som ikke er repræsentativ for en sand underliggende synkronisering. Således i denne protokol, en kant mellem knudepunkterne i og j vil kun blive anset for at foreligge, hvis den absolutte værdi af sammenhængen mellem disse knudepunkter er større end 0,5, et kriterium tidligere været ansat 17,26. Andre tærskelværdier i intervallet 0,2-0,8 bør anvendes til at kontrollere lignende resultater, og at sikre en glidende overgang fra en tærskel til følgende tærskel. Ud over tærskelværdier, andre methodologies kan anvendes til at opnå pålidelige resultater, såsom Bonferroni korrektion eller surrogat test data. Desuden, når du arbejder med EEG-data, er det vigtigt at huske på, at hjernen netværk er komplekse systemer med ikke-lineær dynamik; derfor, ud over den lineære korrelation, bør der anvendes andre ikke-lineære synkronisering foranstaltninger for at sikre kvaliteten af resultaterne, såsom gensidig information eller fasesynkronisering 33.
Beregning konnektivitet direkte fra hovedbunden elektroder, som det delvist er gjort i dette arbejde, medfører nogle risici. Hovedproblemet hvile i forureningen virkning på grund af volumen ledning, altid til stede med hovedbunden optagelse. En måde at overvinde dette problem er ved at arbejde på kilderne plads, en tiltalende alternativ ansat af mange undersøgelser. En anden tilgang kræver brug af foranstaltninger for synkronisering, der minimerer forurening af amplitude effekter. Ved anvendelse af fasesynkronisering (også kendt som fase Locking Value) vi minimere virkningen af volumen ledning, som det blev påvist i flere værker 34.
Som i andre invasive neurofysiologiske teknikker, kan der ikke opnås optagelser fra FOE fra kontrolindivider, en kendsgerning, at alvorligt begrænser anvendelsen af visse forsknings- protokoller. Data fra FOE optagelser give værdifulde oplysninger om mesial tindingelappen aktivitet 17,29,35, især under lateralization til epileptogen side i TLE patienter 33. Sammenlignet med invasive teknikker, FOE teknik er ikke-traumatisk for hjernen og involverer relativt enkel manipulation, og dens optagelser er af høj kvalitet over lange tidsperioder 11. I forhold til MRI, fjende optagelser giver bedre tid opløsning på electrocortical aktivitet. Endvidere findes mange muligheder for at udforske andre end dem, der anvendes i dette arbejde foranstaltninger. Disse kendsgerninger øger også muligheden for at analysere flere biomedicinske optagelsersamtidigt. Disse fordele af FOE optagelser kombineret med komplekse netværk og spektralanalyse gør denne teknik et stærkt værktøj til epilepsi forskning med potentielle anvendelser i klinisk praksis.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev finansieret af tilskud fra Instituto de Salud Carlos III, gennem PI10 / 00160 og PI12 / 02839, delvist støttet af EFRU og fra Mutua Madrileña. AS-G. er modtageren af en postdoc stipendium fra Mutua Madrileña. 3D-simulation blev oprettet ved hjælp BioDigital Menneskelig software ( www.biodigital.com ) og ZygoteBody Professional-software (www.zygotebody.com)
Foramen Ovale Electrodes | AD-Tech, Racine, USA |
FO06K-SP10X-000 | Six-contact platinum |
Electroencephalograph | XLTEK, Canada | XLT-EEG32T | Natus XLTEK |
MRI machine | General Electric | ||
SPEC machine | General Electric |