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Análisis de la red de foramen oval de electrodos Grabaciones en epilepsia del lóbulo temporal pacientes resistentes a los medicamentos

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DOI:

10.3791/54746

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18 de diciembre de 2016

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1Neurosurgery & National Reference Unit for the Treatment of Refractory Epilepsy, Instituto de Investigación Sanitaria Hospital de la Princesa, 2Clinical Neurophysiology & National Reference Unit for the Treatment of Refractory Epilepsy, Instituto de Investigación Sanitaria Hospital de la Princesa, 3CONICET

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe un procedimiento para rastrear la evolución de las medidas de la red mesial en pacientes con epilepsia del lóbulo temporal (TLE). Se basa en la combinación de registros intracraneales con una novedosa técnica numérica para el análisis de datos. En concreto, presentamos un protocolo para el análisis de redes de registros de foramen oval.

Resumen

Aproximadamente el 30% de los pacientes con epilepsia son refractarios a los fármacos antiepilépticos. En estos casos, la cirugía es la única alternativa para eliminar las convulsiones / control. Sin embargo, una minoría significativa de pacientes sigue presentando convulsiones postoperatorias, incluso en aquellos casos en los que la sospecha que la fuente de las crisis ha sido localizados y resecados correctamente. El protocolo que se presenta aquí combina un procedimiento clínico empleado rutinariamente durante la evaluación preoperatoria de la epilepsia del lóbulo temporal (TLE) de los pacientes con una técnica novedosa para el análisis de redes. El método permite la evaluación de la evolución temporal de los parámetros de red mesial. La inserción bilateral de los electrodos del foramen oval (FOE) en la cisterna ambiente registra simultáneamente la actividad electrocortical en varias zonas mesial en el lóbulo temporal. Además, la metodología de la red aplicado a la serie de tiempo grabado un seguimiento de la evolución temporal de las redes mesiales tanto interictally y durante elconvulsiones. De esta manera, el protocolo presentado ofrece una forma única para visualizar y cuantificar las medidas que considere las relaciones entre las diversas áreas mesiales en lugar de una sola área.

Introducción

La epilepsia es una enfermedad incapacitante que afecta 1 - 2% de la población del mundo. En la mayoría de los casos, las convulsiones - las características de la epilepsia - pueden ser completamente controladas o suprimidas con fármacos antiepilépticos. Sin embargo, aproximadamente el 30% de las patentes de epilepsia son refractarios a los tratamientos farmacológicos. En el tipo más común de la epilepsia, la epilepsia del lóbulo temporal (TLE) 1, afortunadamente la cirugía es una alternativa válida para mejorar la condición del paciente. Los resultados de los meta-análisis muestran que casi dos tercios de los pacientes TLE resistentes a los medicamentos están en los primeros dos a tres años después de la cirugía de resección 2,3 libres de crisis, aunque esta proporción varía a través de varios factores, sobre todo, el tipo de hipocampo La esclerosis 2. Un paso crítico para un resultado exitoso es la localización exacta de la llamada foco epiléptico, el área cortical responsable de la generación de convulsiones, que normalmente se encuentra en el mesial área del lóbulo temporal. Sin embargo, incluso en aquellos casos en que el foco epiléptico ha sido correctamente identificados y extirpados durante la cirugía, una minoría significativa de pacientes o bien se queda con convulsiones postoperatorias o debe ser colocado bajo un estricto tratamiento con fármacos antiepilépticos para controlar las convulsiones. Por lo tanto, una nueva perspectiva ha surgido en el que la atención ya no se centra únicamente en zonas aisladas, las interacciones en lugar corticales constituyen ahora la cuestión fundamental. Este enfoque de "red" se basa en el concepto conectoma 4, que se centra la atención en las conexiones neuronales entre diferentes áreas en lugar de resaltar el papel de las estructuras compartimentadas. Este nuevo paradigma se encuentra en la teoría de grafos, un marco matemático dedicado al estudio de las propiedades topológicas y estadísticos de los gráficos, la herramienta adecuada para expresar sus conclusiones fundamentales. Bajo esta perspectiva, el cerebro se considera como un conjunto de nodos interconectados por enlaces 5-9 de tal manera que los nodos están representadas por las áreas corticales cubiertas por los electrodos y los enlaces entre ellos son dadas por el grado de sincronización. Por lo tanto, este enfoque de red se ha usado en el análisis de las grabaciones de electrodos invasivos y ha proporcionado nueva información para promover la comprensión de los mecanismos subyacentes de la generación de las convulsiones y de propagación.

Entre las muchas técnicas neurofisiológicas invasivos empleados rutinariamente en la mayoría de centros de epilepsia de todo el mundo, el foramen oval permeable electrodo (FOE) es particularmente notable. FOE es una técnica semi-invasivo ya que no hay necesidad de realizar una craneotomía, que reduce las complicaciones relacionadas con la cirugía 10. Además, la ubicación de FOE en la cisterna ambiente 11 hace especialmente conveniente para el registro de actividad mesial de varias estructuras corticales implicadas en la generación de ataque y propagación, tales como la corteza entorrinal. Por lo tanto, su uso yasu aparición está muy extendida en la evaluación prequirúrgica de pacientes TLE resistentes a los medicamentos. Tradicionalmente, esta técnica se utiliza para localizar la actividad irritativa en forma de picos y epileptógenas interictales-ondas agudas, y más importante aún, para identificar con precisión la zona de inicio de la crisis mesial.

La nueva definición propuesta de la Comisión de Clasificación y Terminología de la Liga Internacional contra la Epilepsia (ILAE) sugiere que los ataques se originan en algún momento dentro de las redes particulares 12. Por otra parte, varios estudios han demostrado que las convulsiones son causadas por la actividad anormal de la red en lugar de por un área patológica aislado 13-16. Claramente, esta nueva perspectiva requiere un nuevo análisis de la información previamente adquirida utilizando nuevos métodos numéricos, tales como la metodología compleja red. Aunque el uso práctico de estos análisis todavía es incipiente en la práctica clínica, varios estudios de investigación han demostrado suValor 13-17.

El protocolo se describe a continuación es la combinación de una práctica clínica realizada de forma rutinaria en los pacientes con epilepsia TLE resistentes a los fármacos con una nueva técnica de análisis de red. El método permite la evaluación de la evolución temporal de los parámetros de red mesial. La inserción bilateral de Amigos de la Tierra en la cisterna ambiente registra simultáneamente la actividad electrocortical en varias zonas mesiales de los lóbulos temporales. Un enfoque de red aplicada a la serie de tiempo de grabación de un seguimiento de la evolución temporal de las redes mesiales tanto interictally y durante las convulsiones. De esta manera, el protocolo presentado ofrece una forma única para visualizar y cuantificar las medidas que considere las relaciones entre las diversas áreas mesiales.

Protocolo

En el protocolo se describe a continuación, los pasos 1, 2 y 3 pertenecen a los protocolos tanto de la investigación y clínicos, que son a la vez siguieron estrictamente de todos los candidatos mesial TLE para la cirugía de resección seleccionada solamente por criterios clínicos. Los pasos 4 y 5 pertenecen exclusivamente al protocolo de investigación. Ambos procedimientos están en conformidad con las directrices del Comité Ético del Hospital de la Princesa.

1. Procedimientos previos a la implantación

  1. Explicar los procedimientos experimentales para el participante, especificando qué puntos se corresponden con la investigación y cuáles son aplicables a la práctica clínica, señalando que el procedimiento de investigación es de ninguna manera la modificación del procedimiento clínico. Prestar especial atención a explicar los riesgos potenciales de la implantación quirúrgica de electrodos. Obtener un formulario de consentimiento informado firmado el participante.
  2. Para todos los candidatos a la cirugía de resección, realice neurológica prequirúrgica y exa neuropsicológicaminations 18.
    1. Evaluar al paciente por emisión de fotón único tomografía computarizada interictal (SPECT) con 99 Tc-HMPAO, imágenes de resonancia magnética (MRI) 1,5 T y de vídeo-electroencefalografía (v-EEG) utilizando 25 electrodos del cuero cabelludo de acuerdo con la 10 - sistema internacional 20 y Maudsley de Protocolo 18.
    2. Durante la estancia de grabación prequirúrgica v-EEG, conicidad progresivamente los fármacos antiepilépticos de la segunda día al cuarto día (aproximadamente un tercio de la dosis por día).

2. Los procedimientos de implantación (Cirugía)

  1. Administrar fármacos antiepilépticos antes de la cirugía, y realizar la cirugía bajo anestesia general (3 mg / kg en bolo de propofol, seguido de 0,2-0,3 mg / kg de fentanilo y 0,5 mg / kg de rocuronio).
  2. Inserte dos enemigos de seis contacto con una distancia de 1 cm de centro a centro de forma bilateral en las cisternas ambiente usando la técnica 19 de Kirschner.
    1. Colocar al paciente on la mesa de operaciones en posición supina, con el cuello extendido suavemente a 15 grados. Preparar la mejilla del paciente con una solución de yodo, a partir de la zona de la incisión y dando vueltas hacia el exterior, y la caída de la zona que rodea inmediatamente el sitio de la incisión.
    2. Perforar la piel con una aguja espinal 20 de calibre de acuerdo con puntos de referencia de Hartel 20: un punto de entrada de aproximadamente 3 cm lateral a un lado ipsilateral de la comisura bucal hacia un punto inmediatamente inferior a la pupila ipsilateral en el plano anterior-posterior y un punto de aproximadamente 2,5 cm anterior al meato auditivo externo en el plano lateral.
    3. Avanzar la aguja hacia la región del foramen oval bajo guía fluoroscópica. Utilice las vistas laterales proporcionadas por las imágenes de fluoroscopia para determinar la posición de la punta de la aguja. Cuando la aguja pasa el foramen oval, retire el estilete, reemplazarlo con un electrodo, y avanzar en la cisterna ambiente (Figura 1A ).
  3. Evaluar la implantación correcta mediante fluoroscopia en el quirófano 21; esto es importante para excluir la penetración en los agujeros de la base del cráneo, tal como la fisura orbital inferior (que se encuentra por delante del foramen oval) y el agujero yugular (situados posterior a él). Tal canulación fuera de lugar podría potencialmente conducir a graves lesiones neurovasculares 22.
  4. Una vez que los electrodos están colocados correctamente en las cisternas ambiente, asegurarlos a la piel con cortinas. Despertar al paciente, y le llevará a la sala de recuperación.

3. Adquisición de FOE Grabaciones

  1. Devolver al paciente a la sala de v-EEG para una estancia de aproximadamente 5,2 ± 2,4 días (media ± DE).
  2. Colocar 19 electrodos de acuerdo con el sistema internacional 10-20.
    1. Medir la distancia entre el Nasion (puente de la nariz) y el unión (protuberancia occipital) usando una cinta métrica, unad marca con un marcador del punto medio (localización del electrodo Cz). Medir y marcar el punto de 10% de la distancia por encima del Nasion (localización del electrodo Fpz).
      1. Repita el mismo procedimiento para el unión (ubicación del electrodo de Oz), marcando las distancias de 20% de la CZ, tanto en el Nasion y direcciones INION (ubicaciones de los electrodos Fz y PZ, respectivamente).
    2. Medir las distancias entre los dos puntos de preauricular, y marcar las distancias 10% por encima de los puntos preauricular izquierda y derecha (T3 y T4 electrodos, respectivamente). A continuación, marcar las distancias de 20% por encima tanto de T3 y T4 en la dirección de la CZ para obtener las ubicaciones de C3 y C4.
    3. Crear una circunferencia utilizando la cinta métrica para vincular el Fpz y Oz en el 5% de las distancias por encima de los dos electrodos en la FP1 (izquierda) y FP2 (derecha) en la parte delantera y en O1 (izquierda) y O2 (derecha) en la parte posterior.
    4. En la misma circunferencia, añadir 10% de la distancia hacia arriba en la dirección inion a OBTain la posición de F7, añadir 10% para llegar a T3 (debe estar situado por encima de la línea entre los puntos preauricular), y añadir otro 10% para obtener T5 (electrodo O1). Marcar cada posición del electrodo y repita el mismo procedimiento para la derecha (incluso) electrodos.
    5. Medir y marcar la intersección (ubicación electrodo F3) a medio camino entre F7 y Fz y 20% de la distancia hacia arriba desde Fp1 en la dirección F3. Repita este proceso en cada cuadrante de la cabeza de obtener F4 (posición delantera derecha), P3 (posición posterior izquierda) y P4 (posición posterior izquierda).
    6. Limpiar y secar la piel. Coloque una cantidad moderada de colodión con gel conductor en cada taza de electrodos, y la posición de los electrodos en las zonas prepped. Se seca el colodión con un secador de pelo.
  3. Conectar todos los electrodos en el cuero cabelludo (y enemigos) por cables a la caja de electrodos, que ya está conectado a una electroencefalografía. Asegúrese de que las señales de los electrodos son buenos, y verificar que los electrodos del cuero cabelludo Impebailes son menores de 10 kW utilizando la electroencefalografía.
  4. Adquirir electroencefalograma cuero cabelludo digital (EEG) de datos y los datos de FOE en 1024 Hz utilizando un video electroencefalografía sincronizada (v-EEG), y filtrar los datos utilizando un filtro de paso de banda en el rango de 0,5 a 100 Hz y un filtro de muesca (50 Hz) con la electroencefalografía.
  5. Progresivamente eliminar los fármacos antiepilépticos de la segunda a la cuarta día (aproximadamente un tercio de la dosis por día) para aumentar la probabilidad de convulsiones. Este paso depende de la prescripción de fármacos particular de cada paciente.
  6. Utilizar tanto paroxística interictal y actividades ictal aproximadamente a localizar las áreas ictogenic mediante la identificación de los electrodos / canal en el que los elementos epileptógenas aparecen 23, incluyendo el complejo de ondas lentas, polipuntas, carreras de picos rápidos, ondas agudas, complejo sostenido y de ondas lentas , lentas ondas, afilados picos y ondas de pico y lentos. Registrar los momentos de crisis de inicio y fin, así como unaotros signos o por otros acontecimientos clínicos Y relevantes para el estudio. Hay una correspondencia de uno a uno entre la ubicación electrodos en la cabeza del paciente y el modelo de la cabeza en el software de EEG que permite identificar anatómicamente en la que aparece la actividad epileptogénica.
  7. Cuando se terminó el estudio, retire los enemigos a la unidad V-EEG, tirando suavemente hacia fuera, mientras que la boca del paciente permanece entreabierta. No lleve a cabo de forma sistemática después de la eliminación de imágenes FOE, excepto cuando aparecen los síntomas neurológicos. En tales casos, realizar un análisis urgente la tomografía computarizada (TC).

4. FOE señal de preprocesamiento

  1. Exportar los datos almacenados en la electroencefalografía a 200 Hz en formato ASCII en las épocas adecuadas para el análisis numérico de aproximadamente 30 minutos de actividad convulsiva (ya identificada por un experto neurofisiólogo) (Figura 1C). Evitar épocas que contienen artefactos, tales como la actividad eléctrica saturada, la actividad muscular, y electrode desplazamientos.
  2. Abrir los archivos exportados utilizando cualquier editor de flujo UNIX, y quitar todos los caracteres no numéricos a partir de los archivos de datos exportados, dejando sólo las marcas de tiempo y las tensiones de canal. Guarde los archivos modificados para su posterior análisis numérico.
    NOTA: A partir de ahora, todos los cálculos que utilizan R paquetes desde el repositorio de códigos R o hechos en casa (Tabla 1).
  3. Con el paquete R, instalar los paquetes R necesarias, y cargar los archivos de datos modificados en el medio ambiente: R. Ordenar todos los canales, asignando a cada uno a una columna particular de la matriz que contiene todos los datos, eliminando canales vacíos y hacer referencia a un medio de referencia de la línea media (Fz + Cz + Pz) / 3.
    1. Utilice el algoritmo de Transformada Rápida de Fourier (función R: FFT) y trazar la variable resultante para comprobar la eliminación efectiva de la frecuencia de línea (aproximadamente 50 Hz). Utilice el dominio de la frecuencia para filtrar otro fr espuriaequencies que puedan contaminar las señales.
  4. Convertir los datos cargados en un objeto de series temporales multivariantes (MTS) de 28 columnas - 16 y 12 del cuero cabelludo EPE - utilizando los ts función r. Divida a los mts objeto en ventanas temporales que no se solapan de 5 segundos cada uno (1.000 puntos de datos a 200 Hz) para reducir el tamaño del archivo y optimizar el tiempo de cálculo.

5. Cálculos de post-procesamiento (Complejo Análisis de Redes)

NOTA: Calcular las medidas descritas a continuación en cada ventana temporal, a partir de 5 min antes de la aparición de las crisis (60 ventanas) y terminando en 5 minutos después del inicio de las convulsiones (60 ventanas), con el objetivo de visualizar la evolución temporal.

  1. Calcular medidas univariados, la potencia espectral, la excitabilidad y la entropía espectral para cada columna / canal individual sin tener en cuenta las correlaciones entre las diferentes series de tiempo.
    1. Calcular la excitabilidad (S) para cada vactividad de series de tiempo ensión usando un código casera de acuerdo con la ecuación propuesta por Schindler 24 (véase el archivo suplementario). S> 2,5 se considera epileptógena, un umbral determinado empíricamente 17,25,26.
    2. Para cada serie de tiempo de actividad, el cálculo de la densidad espectral de potencia usando un código hecho en casa para el Delta (> 0,5 Hz y <4 Hz), theta (4-7 Hz), Alpha (7-14 Hz), Beta (14-30 Hz ) y Gamma (> 30).
    3. Calcular la entropía de Shannon con un código hecho en casa usando la densidad espectral de potencia de cada serie de tiempo en lugar de la serie temporal correspondiente probabilidad. La media de los valores individuales entropía espectral (SE) obtenidos para cada canal a través de una serie de electrodos. La entropía de Shannon se explica en el archivo suplementario.
      NOTA: Una disminución en la SE debe interpretarse como una disminución en el número de frecuencias del espectro porque SE es la entropía del espectro.
  2. medidas de redes
    NOE: Esta sección se evalúan las interacciones entre las diferentes series de tiempo de electrodos.
    1. Calcular la conectividad funcional entre cada par de serie de tiempo la tensión en cada ventana temporal usando el valor absoluto del coeficiente de correlación cruzada lineal computado a retraso cero (función R: ccf).
      NOTA: Para eliminar los valores que no son representativas de la sincronización, establecer un umbral basado en estudios previos 17,25,26. Use un umbral de 0,5 en este caso particular.
    2. Instalar el paquete de igraph R 27. Crear un objeto igraph de la matriz de adyacencia (función R: graph.adjacency). Utilice la matriz de correlación obtenido en la etapa anterior, especificando que la gráfica es ponderado y no dirigida.
    3. En cada ventana temporal calcular la longitud del camino promedio (APL) (función R average.path.length) para toda la red (+ cuero cabelludo FOE), y para cada uno de los cuatro sub-redes: cuero cabelludo cuero cabelludo izquierda, derecha, izquierda y FOE FOE derecha. en correoxactly la misma manera, calcular la densidad de enlaces (DOL) (función R: graph.density), la modularidad (MOD) (función R: modularidad) y el coeficiente promedio de la agrupación (ACC) (función R: transitividad).
    4. Repetir los pasos anteriores a través de 5.2.1 5.2.3 mediante la sincronización de fase (código R casera) como una estimación de la conectividad funcional en lugar de la función de correlación cruzada.
  3. Para representar los efectos del tamaño de la variable cambia, el cálculo de la diferencia de medias estandarizada (DME) (R función de MBESS paquete: SMD), entre el preictal y las fases ictal, así como entre el preictal y etapas postictales.
    1. Tomando el preictal como línea de base, seleccione treinta segundos (6 valores) cinco minutos antes de la marca de inicio de la crisis, como el valor preictal. Una ventana temporal similar de 30 s se puede elegir durante la convulsión con el fin de cuantificar el cambio, respecto a la etapa preictal, utilizando el SMD.
    2. De manera similar, 5 minutos después de la convulsión termina, seleccionar una ventana temporal de 30 s con el fin de cuantificar el cambio en la fase post ictal (con respecto a la etapa preictal).

Resultados

La posición final de la FOE es en la cisterna ambiente, como se ve en la dirección axial y la RM sagital (Figura 1A paneles superiores). Los contactos de la actividad eléctrica registro FOE de varias estructuras mesiales del lóbulo temporal (Figura 1A panel inferior). Después de la cirugía (Figura 1B panel izquierdo), el paciente es enviado a la sala de vídeo-EEG, donde los electrodos del cuero cabelludo se colocan de acuerdo con la 10 - sistema 20 (Figura 1B derecha). Durante la estancia en la sala de vídeo-EEG, el paciente se controla continuamente, ahorrar para más grabaciones del cuero cabelludo análisis y enemigos, como el vídeo bien y constantes vitales. Una típica del cuero cabelludo y enemigo señales en bruto (Figura 1 C) muestran la aparición de un ataque en la FOE izquierda y su propagación en el cuero cabelludo y los contactos adecuados FOE.

Representación de la actividad epileptogénica mediante el uso de laexcitabilidad (S) (Figura 2) correspondiente a los registros de EEG en bruto de la figura 1C, durante la transición de la preictal a la ictal y períodos postictales. crisis de inicio está marcado con una línea continua vertical y el tiempo (eje x) se hace referencia a este punto. Un valor de S (excitabilidad)> 2,5 representados actividad irritativa o epileptógena 17,25,26. excitabilidad Superior (colores rojizos) apareció en primer lugar con mayor intensidad en los contactos de la izquierda (FOE) LFOE. Este resultado es concordante con una epilepsia del lóbulo temporal medial izquierdo, como informado por un neurofisiólogo experto.

Dinámica temporal de varias medidas de la red, así como la entropía espectral (Figura 3) durante la transición de la preictal a las etapas ictal y postictales, correspondiente a la misma convulsión se muestra en la Figura 1C y 2. inicio de la crisis se marca con un sólido vertila línea y el tiempo (eje x) cal se hace referencia a este punto. En este caso, la red se basa en el conjunto de electrodos, incluyendo tanto el cuero cabelludo y el enemigo. valores de Dol y ACC fueron mayores durante las convulsiones, con una disminución de la APL y Mod, lo que sugiere un aumento de la conectividad global. Durante este período también se observaron niveles más bajos de SE y sostenida después de la excitabilidad (líneas verticales punteadas) desaparece.

El análisis de las medidas de la red del CAC, Dols y APL y la SE para cada FOE (derecha e izquierda) (Figura 4) durante la transición de la preictal a la ictal y etapas postictales. crisis de inicio está marcado con una línea continua vertical y el tiempo (eje x) se hace referencia a este punto. La evolución de estas medidas corresponden a la misma toma de las figuras 1, 2 y 3. El mismo lado (izquierdo) ACC mesial, Dols y APL presentó anteriores y cambios mayores que el contralaterales valores, lo que podría explicarse por la ubicación de la zona de inicio de la crisis en el lóbulo temporal izquierdo. En este caso, Mod no se pudo calcular debido a que no estaban disponibles subdivisiones.

Un vídeo representativa de la conectividad funcional (Figura 5) durante el mismo ataque de la Figura 1, 2, 3, y 4 presenta un cambio crítico justo después de la crisis de inicio (tiempo 0). En ese punto la conectividad entre todos los electrodos aumentar de forma espectacular, como puede verse por un aumento del número de enlaces y el espesor (intensidad) de que los bordes. Este aumento se inicia entre la FOE izquierda a la hora de 0,1 y 0,2, y se extiende hacia el lado contralateral antes de llegar a toda la red.

FFT 4.3 (Estadísticas paquete) Calcula la transformada rápida de Fourier Transform de una señal.
ts 4.4 (Estadísticas paquete) Crea una serie temporal multivariante objeto (MTS). La frecuencia de muestreo debe ser proporcionada.
Excitabilidad 5.1.1 la función (de la casa) en base a la función R diff. Calcula el valor absoluto de la pendiente de la señal y después normalizar al período de referencia corto desviación estándar. Umbral debe ser proporcionada.
Densidad de potencia espectral y espectral Entropy 5.1.2 Función (hecho en casa) en base a las funciones de espectro y la entropía R. Calcular el espectro de potencia normalizada y la entropía de Shannon del espectro de potencia normalizada
CCF 5.2.1 (Paquete básico) calcula la correlación cruzada lineal del objeto MTS mediante el uso de correlación de Pearson en el retraso cero, lo que genera una matriz de correlación. Los valores absolutos deben ser calculado.
graph.adjacency 5.2.2 (Paquete de igraph) Crea un gráfico igraph, el objeto básico utilizado por las siguientes funciones IConfiguración
average.path.length 5.2.3 (Paquete igraph) determina la longitud del camino promedio de la gráfica, calculando el número medio de pasos a lo largo de los caminos más cortos a través de todos los nodos de la red.
graph.density 5.2.3 (Paquete de igraph) Calcula la densidad de los enlaces de la gráfica mediante el cálculo de la relación entre el número real de enlaces y todos los posibles enlaces de la red.
modularidad 5.2.3 (Paquete igraph) Determina la modularidad de la gráfica, por computación que grupos de nodos están conectados entre ellos más que con otros nodos de la red
transitividad 5.2.3 (Paquete igraph) determina el coeficiente promedio de la agrupación de la gráfica, mediante el cálculo de la proporción de los nodos vecinos que también son vecinos el uno del otro
sincronización de fase 5.2.4 función (casero), basado en la función R fft que calcula la coherencia de fase media para obtener valores entre cero y uno
SMD 5.3 (MBESS paquete) determina significa la norma diferencia -tamaño efectos: calculando la diferencia de medias entre los grupos con respecto a la diferencia agrupada

Tabla 1: Funciones R utilizados para el procesamiento de datos.

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Figura 1: Foramen Oval electrodos. (A) Posición final deAmigos de la Tierra en la cisterna ambiente. Los paneles superiores muestran un orificio axial (izquierda) y sagital (derecha) que muestran imágenes de resonancia magnética de la ubicación contactos FOE (flechas blancas). Un espécimen humano (cadáver) con un enemigo insertada (panel inferior, contactos marcados con flechas blancas). Amigos de la Tierra y los electrodos en el cuero cabelludo de configuración (B). Los pacientes cabeza justo después de la cirugía de inserción FOE (panel izquierdo) y durante la estancia de vídeo-EEG (panel derecho). FOE y del cuero cabelludo grabaciones (C). crisis parcial compleja de un paciente TLE izquierda (5 minutos después y antes de la aparición de convulsiones). RFOE1-RFOE6 significa derecho FOE # 1 a # 6 y LFOE1-LFOE6 significa FOE izquierda # 1 a # 6. crisis de inicio está marcado por una línea vertical de color rojo y una cabeza de flecha blanca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 2: Representación de una crisis parcial compleja de un paciente Izquierda TLE cuantificado por excitabilidad. La escala de color cuantifica el nivel de excitabilidad (S) para cada electrodo. El electrodo de foramen oval permeable derecha (RFOE) y el electrodo foramen oval izquierda (LFOE) representan los contactos de la derecha y la izquierda foramen ovale electrodos (eje y), respectivamente. El eje x representa el tiempo (en minutos) en relación con crisis de comienzo (línea vertical gruesa), determinada por un experto neurofisiólogo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 3: Medidas de la misma paciente y Same apoderamiento de la Figura 2. El coeficiente promedio de la agrupación (ACC), la longitud del camino promedio en Toda la red (+ cuero cabelludo FOE) (APL), La densidad de enlaces (Dols), la modularidad (MOD) y la entropía espectral (SE) para toda la red (+ cuero cabelludo FOE) están representados. Las líneas de puntos verticales representan la excitabilidad (S). El eje x representa el tiempo en relación con crisis de comienzo (línea gruesa sólida vertical). Un promedio móvil de más de diez ventanas consecutivos es representado por una línea gruesa de color negro sólido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 4: Medidas mesial del mismo paciente de la figura 2 y 3. El coeficiente promedio de la agrupación (ACC), longitud del camino promedio (APL), la densidad de enlaces (Dols) y la entropía espectral (SE) tanto para la izquierda y la derecha del foramen electrodos ovale (enemigos). Las líneas de puntos verticales marcan la excitabilidad. El eje x representa el tiempo en relación con seizure inicio (línea gruesa sólida vertical). Un promedio móvil de más de diez ventanas consecutivos es representado por una línea gruesa de color negro sólido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 5: Dinámica del cambio de patrones de conectividad durante una crisis parcial compleja. Enlaces intensidad está representada por el espesor de los bordes. Veces (números más bajos) son en relación con el inicio de la crisis (Tiempo 0). Cada cuadro es de 5 segundos de largo. La izquierda y la derecha electrodos de foramen oval (L1-L6 y R1-R6) están representados por círculos de coral y azul, respectivamente. La izquierda y la derecha electrodos del cuero cabelludo están representados por círculos de color naranja y cian, respectivamente. Por favor, haga clic aquí para descargados esta película.

Discusión

Tradicionalmente, la epilepsia se estudió con un enfoque orientado a la zona, que aisló la importancia de determinadas zonas, fundamentalmente la zona de inicio de la crisis, ya que la única causa de las convulsiones. Muy recientemente, un verdadero enfoque de red que hace hincapié en la importancia de las interacciones entre las áreas corticales se ha visto favorecido por la perspectiva de la zona orientada clásica 13-17,28. Sin embargo, el conjunto actual de pruebas para la epilepsia como una enfermedad de la red es todavía muy fragmentado y que se necesita más investigación. El presente trabajo tiene como objetivo volver a analizar los datos proporcionados por los métodos tradicionales como la FOE, bajo el enfoque de red compleja. El protocolo que se presenta aquí describe un paso por procedimiento metodológico paso para llevar a cabo una compleja red y el análisis espectral de grabaciones semi-invasivos en pacientes TLE.

La aplicación de la técnica descrita anteriormente ha demostrado la utilidad del enfoque de la red en comparación con el loc más tradicionallizados o perspectivas de la zona orientada. En trabajos recientes 17,29 se demostró que, utilizando el mismo procedimiento que el descrito aquí, un desequilibrio en la conectividad mesial en pacientes refractarios TLE es evidente. Conectividad mesial se reduce en el lado ipsilateral, tanto durante los interictales 29 y ictal 17,29 etapas. Este resultado no pudo ser anticipado por observan únicamente en las zonas en las que se plantea la actividad epileptógena. Este resultado sorprendente de alguna manera también se describe mediante el uso de las teorías de la red en las señales de resonancia magnética funcional 30,31. Por otra parte, la aplicación de la técnica combinada de la teoría de redes FOE + ha demostrado la equivalencia de actividad mesial durante las convulsiones y bajo los efectos de un promotor de la actividad epileptogénica, ya que es la administración farmacológica de etomidato 32.

La técnica descrita aquí es capaz de detectar el desequilibrio red mesial en grabaciones interictales corta duración a lo más una or dos horas 29. De esta manera, se podría lograr una reducción drástica en el tiempo de análisis y la estancia hospitalaria del paciente. Además, desde una perspectiva terapéutica, el desequilibrio existente en pacientes TLE podría ser "resuelto" mediante el uso crónicamente implantados (por neurocirujanos) los dispositivos, tanto como la forma en que se hace en la estimulación cerebral profunda.

Para obtener resultados óptimos utilizando la información proporcionada en este protocolo, algunos problemas se deben considerar de antemano. En primer lugar, la implantación de los electrodos debe ser realizado por un neurocirujano experimentado debido a que su colocación incorrecta podría producir consecuencias neurológicas graves y grabaciones engañosas. Por otra parte, la selección de las épocas apropiadas para su posterior análisis se basa enteramente en la interpretación del neurofisiólogo del EEG en bruto; por lo tanto, la experiencia en el análisis de EEG clínico es obligatorio. El formato de los datos de los archivos exportados desde el electroencefalograma depende de los partimarca cular; en consecuencia, se necesitan buenos conocimientos de programación para adaptar los guiones a diferentes formatos de datos. Por último, para garantizar la fiabilidad de los datos, los controles de calidad se deben aplicar a los resultados. Sobreestimación y falsos positivos es probable que aparezcan cuando se trabaja con un gran número de correlaciones. En tales casos, los métodos estadísticos para mejorar la sensibilidad se debe utilizar. En este sentido, es importante establecer un umbral en las correlaciones para descartar los valores que no son representativos de una verdadera sincronización subyacente. Por lo tanto, en este protocolo, un borde entre los nodos i y j se considera que existe solamente si el valor absoluto de la correlación entre estos nodos es mayor que 0,5, un criterio previamente empleado 17,26. Otros umbrales en el rango de 0,2 a 0,8 se deben emplear para verificar resultados similares y para asegurar una transición suave de un umbral para el umbral siguiente. Además de los umbrales, otra Methodologies se pueden utilizar para obtener resultados fiables, tales como la corrección de Bonferroni o pruebas de datos sustitutos. Por otra parte, cuando se trabaja con datos de EEG, es importante tener en cuenta que las redes cerebrales son sistemas complejos con la dinámica no lineal; Por lo tanto, además de la correlación lineal, otras medidas de sincronización no lineales deben ser utilizados para garantizar la calidad de los resultados, como la información mutua o de sincronización de fase 33.

Cálculo de conectividad directamente de electrodos del cuero cabelludo, como se hace en parte en este trabajo, implica algunos riesgos. El problema principal de descanso en el efecto de la contaminación debido a la conducción de volumen, siempre presente con la grabación del cuero cabelludo. Una forma de superar este problema es mediante el trabajo en el espacio de las fuentes, una alternativa atractiva empleado por muchas investigaciones. Otro enfoque exige el uso de medidas de sincronización que reduce al mínimo la contaminación de los efectos de amplitud. Mediante el uso de la sincronización de fase (también conocida como Fase Lómo bloquear Value) que minimizar el efecto de la conducción de volumen, como se demostró en varios trabajos 34.

Al igual que en otras técnicas neurofisiológicas invasoras, grabaciones de FOE no se pueden obtener de sujetos de control, un hecho que limita gravemente el uso de ciertos protocolos de investigación. Los datos de las grabaciones FOE proporcionan una valiosa información acerca de la actividad del lóbulo temporal medial 17,29,35, especialmente durante la lateralización hacia el lado epileptógena en pacientes TLE 33. En comparación con las técnicas invasivas, la técnica FOE es no traumática para el cerebro y implica la manipulación relativamente simple, y sus grabaciones son de alta calidad durante largos períodos de tiempo 11. En comparación con la RM, grabaciones FOE proporcionan una mejor resolución temporal de la actividad electrocortical. Además, existen muchas posibilidades para explorar medidas distintas de las utilizadas en este trabajo. Estos hechos también aumentan la posibilidad de analizar varias grabaciones biomédicassimultaneamente. Estas ventajas de grabaciones FOE combinados con red compleja y análisis espectral hacen de esta técnica una herramienta poderosa para la investigación de la epilepsia con aplicaciones potenciales en la práctica clínica.

Divulgaciones

Los autores no tienen conflictos de intereses que divulgar.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por subvenciones del Instituto de Salud Carlos III, a través PI10 / 00160 y PI12 / 02839, parcialmente apoyado por el FEDER y de Mutua Madrileña. AS-G. es el beneficiario de una beca postdoctoral de Mutua Madrileña. Simulación 3D creadas con el programa BioDigital Humano ( www.biodigital.com ) y el software de Zygote Body Profesional (www.zygotebody.com)

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Electrodos de Foramen OvaleAD-Tech, Racine,
USA		FO06K-SP10X-000Platino de seis contactos 
ElectroencefalogramaXLTEK, CanadáXLT-EEG32TNatus XLTEK
Máquina de resonancia magnéticaGeneral Electric
SPEC General Electric

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