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Une méthode Multimodal Imaging- et basée Stimulation-de l'évaluation de connectivité liés excitabilité cérébrale chez les patients atteints d'épilepsie

DOI:

10.3791/53727

November 13th, 2016

In This Article

Summary

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L’IRM de connectivité fonctionnelle à l’état de repos a identifié des anomalies chez des patients atteints d’un large éventail de troubles neuropsychiatriques, y compris l’épilepsie due à des malformations du développement cortical. La stimulation magnétique transcrânienne en combinaison avec l’EEG peut démontrer que les patients atteints d’épilepsie ont une hyperexcitabilité corticale dans les régions où la connectivité est anormale.

Abstract

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L’IRM de connectivité fonctionnelle à l’état de repos (rs-fcMRI) est une technique qui identifie la connectivité entre différentes régions du cerveau en fonction des corrélations dans le temps dans le signal dépendant du niveau d’oxygénation du sang. L’IRMr rs-fc a été largement appliquée pour identifier les anomalies de la connectivité cérébrale dans différentes maladies neurologiques et psychiatriques. Cependant, la relation entre les anomalies de connectivité de l’IRMrs-fc, l’électrophysiologie du cerveau et l’état de la maladie est inconnue, en partie parce que la signification causale des altérations de la connectivité fonctionnelle dans la physiopathologie de la maladie n’a pas été établie. La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est une technique qui utilise l’induction électromagnétique pour produire de manière non invasive des changements focaux dans l’activité corticale. Lorsqu’elle est associée à l’électroencéphalographie (EEG), la TMS peut être utilisée pour évaluer la réponse du cerveau aux perturbations externes. Nous proposons ici un protocole permettant de combiner l’IRMrs-fc, la TMS et l’EEG afin d’évaluer la signification physiologique des altérations de la connectivité fonctionnelle chez les patients atteints de maladies neuropsychiatriques. Nous fournissons des résultats représentatifs d’une étude précédemment publiée dans laquelle l’IRMrs a été utilisée pour identifier les régions présentant une connectivité anormale chez les patients atteints d’épilepsie due à une malformation du développement cortical, l’hétérotopie nodulaire périventriculaire (HPN). La stimulation chez les patients épileptiques a entraîné une activité EEG anormale évoquée par la TMS par rapport à la stimulation des mêmes sites chez les patients témoins sains appariés, avec une augmentation anormale de la composante tardive du potentiel évoqué par la TMS, compatible avec une hyperexcitabilité corticale. Cette anomalie était spécifique aux régions présentant une connectivité fonctionnelle anormale à l’état de repos. L’analyse de la source électrique chez un sujet ayant déjà enregistré des crises a démontré que l’origine de l’activité anormale évoquée par la TMS co-localisait avec la zone d’apparition des crises, suggérant la présence d’un circuit épileptogène. Ces résultats démontrent comment l’IRMr-fc, la TMS et l’EEG peuvent être utilisés ensemble pour identifier et comprendre la signification physiologique d’une connectivité cérébrale anormale dans les maladies humaines.

Introduction

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La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est un moyen de stimuler de façon non invasive les régions du cortex par induction électromagnétique. Dans TMS, un grand espace mais restreint le flux magnétique est utilisé pour induire un champ électrique dans une zone corticale cible, et ainsi moduler l'activité neuronale du tissu sous-jacent. TMS aux résultats du cortex moteur dans le moteur potentiels évoqués qui peuvent être mesurés de manière périphérique par l'intermédiaire d'électromyographie (EMG). Lorsqu'ils sont appliqués par paires ou triplets d'impulsions, TMS peut être utilisé pour évaluer l'activité GABAergique et glutamatergique c....

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Protocol

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Le protocole décrit ici a été approuvé par les comités d'examen institutionnels du Beth Israel Deaconess Medical Center et le Massachusetts Institute of Technology.

Sélection 1. Sous réserve

  1. La sélection des patients pour le protocole de recherche.
    1. Identifier les patients souffrant d'épilepsie active (saisies dans la dernière année) ou des antécédents d'épilepsie à distance (crises antérieures, mais avec aucune saisie au cours des cinq dernières années, soit sur ou hors médicaments) et hétérotopie nodulaire périventriculaire sur l'imagerie cérébrale structurale.
    2. Exclure les patients sans antécédents de convul....

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Results

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État de repos connectivité fonctionnelle IRMf peut être utilisé pour identifier les régions du cortex qui démontrent la connectivité fonctionnelle élevée avec les hétérotopiques périventriculaires matière nodules gris (figure 1), et les régions de contrôle sans une telle connectivité. Pour déterminer si une telle connectivité fonctionnelle anormale a une signification physiologique, la région corticale avec l'activité de l'état de repos corrélé peut être choisi comme les.......

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Discussion

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État de repos connectivité fonctionnelle IRM a été utilisée pour identifier la connectivité réseau dans le cerveau humain, et d'identifier les modifications de connectivité qui se produisent dans différents états pathologiques 26,31,32. Cependant, comme la connectivité fonctionnelle IRMf repose sur l'identification des corrélations dans le signal BOLD, et que les changements d'oxygénation du sang ont une relation non négligeable à l'activité neuronale sous-jacente, la signification causale et .......

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Disclosures

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MMS, SWG, CJC et BSC n’ont rien à divulguer. APL siège aux conseils consultatifs scientifiques de Nexstim, Neuronix, Starlab Neuroscience, Neuroelectrics et Neosync, et est répertorié en tant qu’inventeur sur plusieurs brevets délivrés et en attente sur l’intégration en temps réel de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) avec l’électroencéphalographie (EEG) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM).

Acknowledgements

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Les auteurs tiennent à remercier Emily L. Thorn, B.A., pour son aide dans la section Estimation de la source de l’activité électrique évoquée. MMS a été soutenu par une bourse KL2/Catalyst Medical Research Investigator Training de Harvard Catalyst/The Harvard Clinical and Translational Science Center (National Center for Research Resources et National Center for Advancing Translational Sciences, National Institutes of Health Award KL2 TR001100). Le CJC a été soutenu par une subvention des National Institutes of Health (5K12NS066225). L’APL a été soutenue en partie par des subventions de la Fondation Sidney R. Baer Jr., des National Institutes of Health (R01 HD069776, ....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
IRM 3T
de connectivité fonctionnelle IRM
de visualisation d’imagesMRICron
Stimulateur magnétique transcrânienNexstimeXimia StimulatorPeut utiliser des stimulateurs d’autres fournisseurs, par exemple , Magventure, Magstim
Système de neuronavigation MRINexstimNBS v3.2.1Système alternatif de neuronavigation IRM, e.g., Brainsight, Système
EEG compatible avec Localite TMSNexstimEximiaEEG Alternatives : Brain Products, Synamps, ANT
MatlabMathworksR2012bAlternatives : Octave
EEGLab
Minimum Norm Estimate (MNE) software
FreeSurfer
Scanner Logiciel Logiciel

References

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  1. Florian, J., Müller-Dahlhaus, M., Liu, Y., Ziemann, U. Inhibitory circuits and the nature of their interactions in the human motor cortex a pharmacological TMS study. J. Physiol. 586 (2), 495-514 (2008).
  2. Rotenberg, A.

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Tags

Resting State Functional ConnectivityTranscranial Magnetic StimulationElectroencephalography RecordingEpilepsy Brain ExcitabilityCortical Hyperexcitability AssessmentTMS Evoked EEG ActivityFunctional Connectivity MRINeuronavigation Guided StimulationIndependent Component AnalysisSeizure Onset Zone Localization

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