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.
Cirka 30% av epilepsipatienter är okänsliga för antiepileptika. I dessa fall är kirurgi det enda alternativet till eliminera / kontroll anfall. Men en betydande minoritet av patienterna fortsätter att uppvisa postoperativa anfall, även i de fall där den misstänkta källan till anfall är korrekt lokaliserade och utskurna. Protokollet presenteras här kombinerar en klinisk procedur rutinmässigt under preoperativ bedömning av Temporallobsepilepsi (TLE) patienter med en ny teknik för nätverksanalys. Metoden gör det möjligt att utvärdera den tidsmässiga utvecklingen av mesiala telenätet. Det bilaterala införandet av foramen ovale elektroder (FOE) till den omgivande cisternen registrerar samtidigt electrocortical aktivitet vid flera mesiala områden i tinningloben. Vidare nätverk metod som tillämpas på inspelad tid serie spår tidsutvecklingen av de mesiala nätverk både interictally och underanfall. På detta sätt erbjuder den presenterade protokollet ett unikt sätt att visualisera och kvantifiera åtgärder som beaktar sambanden mellan flera mesiala områden i stället för ett enda område.
Epilepsi är en handikappande sjukdom som drabbar 1-2% av världens befolkning. I de flesta fall, kramper – kännetecken av epilepsi – kan helt kontrollerad eller avskaffas med antiepileptiska läkemedel. Men cirka 30% av epilepsi patent är okänsliga för läkemedelsbehandlingar. I den vanligaste typen av epilepsi, tinningloben epilepsi (TLE) 1, lyckligtvis kirurgi är ett giltigt alternativ för att förbättra patientens tillstånd. Resultat från metaanalyser visar att nästan två tredjedelar av läkemedelsresistenta TLE patienterna anfallsfria under de första två till tre år efter det resektiv kirurgi 2,3, även om denna andel varierar mellan flera faktorer, framför allt, vilken typ av hippocampus skleros 2. Ett kritiskt steg för ett lyckat resultat är den exakta lokaliseringen av den så kallade epileptiska fokus, kortikala område som ansvarar för generering av beslag, som typiskt ligger i Mesial område i tinningloben. Men även i de fall där den epileptiska fokus är korrekt identifierade och utskurna under operationen, förblir en betydande minoritet av patienterna antingen med postoperativa kramper eller måste placeras under strikt epilepsi läkemedelsbehandling för att kontrollera kramper. Därför har ett nytt perspektiv framkommit i vilken uppmärksamhet inte längre fokuserar enbart på isolerade områden, i stället kortikala interaktioner utgör nu den grundläggande frågan. Detta "nätverk" tillvägagångssätt är förankrad i connectome konceptet 4, som riktar uppmärksamheten på neurala kopplingar mellan olika områden i stället för att lyfta fram betydelsen av compartmentalized strukturer. Denna nya paradigm påträffades i grafteori, en matematisk ram ägnas åt studier av topologiska och statistiska egenskaper hos grafer, till lämpligt verktyg uttrycka sina grundläggande slutsatser. Enligt detta perspektiv är hjärnan anses som en uppsättning av noder sammankopplade genom länkar <sup> 5-9 så att noder representeras av kortikala områden som omfattas av elektroderna och kopplingarna mellan dem ges av graden av synkronisering. Sålunda har detta nätverk tillvägagångssätt använts i analysen av invasiva elektrod inspelningar och har gett ny information för att främja förståelsen av mekanismerna bakom anfallsgenerering och utbredning.
Bland de många invasiva neurofysiologiska tekniker som rutinmässigt används i de flesta epilepsi runt om i världen, foramen ovale elektrod (FOE) är särskilt anmärkningsvärt. FOE är en semi-invasiv teknik eftersom det inte finns något behov av att utföra en kraniotomi, vilket minskar kirurgi relaterade komplikationer 10. Dessutom, platsen för FOE i omgivnings cisternen 11 gör dem särskilt bekvämt för inspelning mesiala aktivitet från flera kortikala strukturer som deltar i anfalls generation och förökning, såsom entorhinal cortex. Därför dess användning sedandess utseende är utbredd i presurgical utvärdering av läkemedelsresistenta TLE patienter. Traditionellt är denna teknik används för att lokalisera irriterande aktivitet i form av Interiktal epileptogena spikar och skarpa-vågor, och ännu viktigare, att exakt identifiera området mesiala beslag debut.
Den nya definition som föreslås av kommissionen om klassificering och terminologi från International League mot epilepsi (ILAE) tyder på att kramper ursprung någon gång inom vissa nätverk 12. Dessutom har flera studier visat att kramper orsakas av onormal nätverksaktivitet snarare än av en isolerad patologiskt område 13-16. Naturligtvis kräver detta nya perspektiv ny analys av tidigare förvärvade information med hjälp av nya numeriska metoder, såsom komplext nätverk metodik. Även den praktiska användningen av dessa analyser är fortfarande begynnande i klinisk praxis, har flera studier visat sinvärde 13-17.
Protokollet som beskrivs nedan är en kombination av en klinisk praxis rutinmässigt på läkemedelsresistenta TLE epilepsipatienter med en ny teknik för nätverksanalys. Metoden gör det möjligt att utvärdera den tidsmässiga utvecklingen av mesiala telenätet. Det bilaterala införandet av FOE i den omgivande cisternen registrerar samtidigt electrocortical aktivitet vid flera mesiala områden i temporala lober. Ett nätverk inställningen till inspelningstiden serien spår tidsutvecklingen av de mesiala nätverk både interictally och under anfall. På detta sätt erbjuder den presenterade protokollet ett unikt sätt att visualisera och kvantifiera åtgärder som beaktar sambanden mellan flera mesiala områden.
Traditionellt har epilepsi studerade under en zon orienterat synsätt, som isolerat betydelsen av vissa områden, i huvudsak beslag debut zon, som den unika orsaken till anfall. Helt nyligen har ett verkligt nätverk strategi som betonar vikten av samverkan mellan kortikala områden gynnats över den klassiska zonen orienterat perspektiv 13-17,28. Men den nuvarande mängd bevis mot epilepsi som ett nätverk sjukdomen fortfarande mycket fragmenterad, och mer forskning behövs. Detta arbete syftar till att ny analys uppgifter från traditionella metoder som FOE under komplext nätverk strategi. Protokollet presenteras här beskriver en steg för steg metod procedur för att utföra ett komplext nätverk och spektralanalys av halv invasiva inspelningar i TLE patienter.
Tillämpningen av den teknik som beskrivits ovan har visat nyttan av nätverks strategi jämfört med den mer traditionella locrealiseras eller zon orienterat perspektiv. Under de senaste verk 17,29 visade det sig att, med hjälp av samma procedur som den som beskrivs här, en obalans i mesiala anslutning i eldfasta TLE patienter är uppenbar. Mesiala anslutning reduceras i den ipsilaterala sidan både under de Interiktal 29 och ictal 17,29 stadier. Detta resultat kunde inte förutses genom att titta enbart på de områden där epileptogen aktivitet uppstår. Detta på något sätt överraskande resultat beskrevs också med hjälp av teorier nätverk på fMRI-signaler 30,31. Dessutom har tillämpningen av den kombinerade tekniken FOE + nätverksteori visat likvärdigheten mesiala aktivitet under anfall och under påverkan av en promotor av epileptogen aktivitet, eftersom det är den farmakologiska administreringen av etomidat 32.
Den teknik som beskrivs här är i stånd att detektera mesiala obalans nätverk i korta Interiktal inspelningar som varar högst ett or två timmar 29. På detta sätt skulle en drastisk minskning av analystiden och patientsjukhusvistelse uppnås. Dessutom, från en terapeutisk synvinkel, den nuvarande obalansen i TLE patienter kan "lösas" med kroniskt implanterade (av neurokirurger) enheter, så mycket som det sätt det görs i djup hjärnstimulering.
För att uppnå optimala resultat med hjälp av informationen i detta protokoll, bör vissa frågor övervägas i förväg. För det första bör implantation av elektroderna utföras av en erfaren neurokirurg eftersom deras felaktig placering kan orsaka allvarliga neurologiska konsekvenser och vilseledande inspelningar. Dessutom förlitar sig valet av lämpliga epoker för vidare analys helt på neurophysiologist tolkning av rå EEG; Därför är erfarenhet av klinisk EEG analys obligatoriskt. Dataformatet för de exporterade filerna från electroencephalograph beror på de partiCular varumärke; Följaktligen är goda programmeringskunskaper behövs för att anpassa manus till olika dataformat. Slutligen, för att säkerställa tillförlitligheten hos de data som bör kvalitetskontroller tillämpas på resultaten. Överskattning och falska positiva är sannolikt att visas när man arbetar med ett stort antal korrelationer. I sådana fall, statistiska metoder förbättra känsligheten bör användas. I detta avseende är det viktigt att fastställa en tröskel i korrelationerna att göra värden som inte är representativa för en sann underliggande synkronisering. Således, i detta protokoll, en kant mellan noder i och j ska endast anses föreligga om det absoluta värdet av sambandet mellan dessa noder är större än 0,5, ett kriterium som tidigare användes 17,26. Andra trösklar i intervallet 0,2-0,8 bör användas för att verifiera liknande resultat och för att säkerställa en smidig övergång från en tröskel till följande tröskel. Förutom trösklar, andra methodologies kan användas för att få tillförlitliga resultat, såsom Bonferroni korrigering eller surrogat uppgifter testning. Dessutom när man arbetar med EEG-data, är det viktigt att komma ihåg att hjärnan nätverk är komplexa system med icke-linjär dynamik; Därför, utöver den linjärt samband, andra icke-linjära synkroniseringsåtgärder bör användas för att säkerställa kvaliteten på resultaten, såsom ömsesidig information eller fas synkronisering 33.
Beräkning anslutning direkt från hårbotten elektroder, som det delvis sker i detta arbete medför vissa risker. Det största problemet vila i förorenings effekt på grund av volymledning, alltid närvarande med hårbotten inspelning. Ett sätt att lösa detta problem är genom att arbeta på källor utrymme, en tilltalande alternativ som används av många forskare. Ett annat tillvägagångssätt kräver användning av åtgärder för synkronisering som minimerar kontaminering av amplitud effekter. Genom att använda synkroniseringsfasen (även kallad fas Locking Value) vi minimera effekten av volymledning, eftersom det visades i flera 34 verk.
Liksom i andra invasiva neurofysiologiska tekniker, kan inspelningar från FOE inte erhållas från kontrollpersoner, ett faktum som allvarligt begränsar användningen av vissa forskningsprotokoll. Data från fiende inspelningar ge värdefull information om mesial temporalloben aktivitet 17,29,35, särskilt under later till epileptiska sidan i TLE patienter 33. Jämfört med invasiva tekniker, är FOE tekniken icke-traumatisk för hjärnan och involverar relativt enkel manipulation, och dess inspelningar är av hög kvalitet över långa tidsperioder 11. Jämfört med MRI, FOE inspelningar ger bättre tidsupplösning av electrocortical aktivitet. Dessutom finns det många möjligheter att utforska andra än de som används i detta arbete åtgärder. Dessa fakta ökar också möjligheten att analysera flera biomedicinska inspelningarsamtidigt. Dessa fördelar FOE inspelningar i kombination med komplexa nätverk och spektralanalys gör denna teknik ett kraftfullt verktyg för epilepsi forskning med potentiella tillämpningar inom klinisk praxis.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete har finansierats med bidrag från Instituto de Salud Carlos III, genom PI10 / 00160 och PI12 / 02.839, delvis med stöd av ERUF och från Mutua Madrileña. AS-G. är mottagare av en postdoktorsstipendium från Mutua Madrileña. 3D-simulering skapades med BioDigital Human programvara ( www.biodigital.com ) och ZygoteBody Professional (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 |