Un multimodale Imaging- e stimolazione a base di metodo di valutazione relativi alla connettività del cervello eccitabilità pazienti con epilessia

L'obiettivo generale di questo esperimento è valutare l'iperreattività corticale regionale in pazienti con epilessia, utilizzando la connettività funzionale a riposo, la stimolazione magnetica transcranica guidata da risonanza magnetica e la registrazione simultanea dell'EEG. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dell'epilessia e della neurofisiologia, ad esempio se nei pazienti con epilessia siano presenti evidenze di iperreattività in regioni ritenute parte della rete epilettogena. Il principale vantaggio di questa tecnica è che consente di valutare le differenze nell'eccitabilità cerebrale in funzione della connettività ed è utilizzabile per analizzare la reattività corticale in diverse aree cerebrali.

Questa tecnica ha implicazioni per la diagnosi e il trattamento dell'epilessia, poiché l'iperreattività corticale può essere identificata anche quando l'EEG di routine è normale, e i circuiti epilettogeni possono essere bersagliati terapeuticamente. La procedura sarà dimostrata da Tamara Gedankian, assistente di ricerca nel mio laboratorio. Prima del test, determinare le due regioni bersaglio per la TMS sovrapponendo la mappa di connettività funzionale di ciascun soggetto all'immagine strutturale dello stesso soggetto.

Per iniziare la sessione sperimentale, accompagnare il soggetto nella stanza di prova e farlo sedere sulla sedia. Misurare la testa del soggetto e selezionare un copricapo per l'elettroencefalografia, o EEG, di dimensioni adeguate per garantire basse impedenze degli elettrodi. Successivamente, pulire accuratamente la pelle sotto ciascun elettrodo utilizzando un applicatore di cotone e alcol.

Aggiungere del gel conduttivo a ciascun elettrodo e premere sull'elettrodo per assicurare un buon contatto tra il cuoio capelluto, il gel e l'elettrodo. Per ridurre al minimo gli artefatti da carica, assicurarsi che il gel non si diffonda al di fuori del supporto dell'elettrodo. Posizionare gli elettrodi di riferimento e di massa sulla fronte, il più lontano possibile dalla bobina di stimolazione, per minimizzare la possibilità che un artefatto indotto dalla stimolazione magnetica transcranica (TMS) contamini l'intero tracciato registrato.

Posizionare questi elettrodi a pochi centimetri di distanza l'uno dall'altro per minimizzare il rumore in modo comune. Quindi premere il pulsante per misurare le impedenze sul sistema EEG. Verificare le impedenze degli elettrodi collegando i cavi di uscita dell'EEG alla presa di impedenza del sistema di registrazione EEG.

Assicurarsi che l'impedenza dell'elettrodo non sia superiore a cinque kiloohm. Successivamente, preparare gli elettrodi per l'elettromiografia sulla mano controlaterale. Fornire al soggetto tappi per le orecchie per ridurre al minimo il rischio di perdita dell'udito e acufene.

Quindi posizionare i rilevatori a infrarossi sulla testa del soggetto, assicurandosi che siano collocati in modo da minimizzare il rischio di movimento durante la sessione sperimentale. Coregistrare la testa del soggetto con le immagini MRI identificando la posizione dei marker fiduciali anatomici esterni preselezionati sul soggetto, utilizzando il puntatore fornito con l'equipaggiamento di neuronavigazione. Abituare il soggetto alla stimolazione applicando un impulso in un'altra sede o applicando un impulso di stimolazione a bassa intensità sul cuoio capelluto.

Determinare la soglia motoria a riposo localizzando la corteccia motoria del soggetto nell'emisfero ipsilaterale rispetto ai target basati sulla connettività funzionale. Posizionare la bobina perpendicolarmente al giro con la maniglia rivolta in direzione occipitale, e iniziare la stimolazione a un'intensità che si prevede essere subliminale. Aumentare quindi l'intensità della stimolazione a passi del 5% dell'output massimo dello stimolatore fino a quando la TMS evoca sistematicamente potenziali motori evocati con ampiezze superiori a 50 microvolt in ogni prova.

Ridurre l'intensità della stimolazione a passi del 1% della potenza massima del stimolatore fino a quando vengono registrate meno di cinque risposte positive su 10. Infine, impostare l'intensità della TMS al valore desiderato. Applicare impulsi singoli di TMS a ciascuna delle regioni bersaglio utilizzando il software di neuronavigazione, con intervalli variabili tra gli impulsi per minimizzare gli effetti di plasticità corticale e le aspettative del soggetto.

Cominciare eseguendo un primo ciclo di un'Analisi delle Componenti Indipendenti, o ICA, e rimuovere una o due componenti che rappresentano l'attivazione muscolare iniziale ampia indotta dalla TMS. A tale scopo, eseguire l'ICA utilizzando il metodo fast ICA con l'approccio simmetrico e la funzione di contrasto 10, usando il comando mostrato qui. Identificare le componenti coerenti con l'artefatto della TMS selezionando Strumenti, Rifiuta dati usando l'ICA e rimuovere le componenti tramite mappa, il che produrrà mappe topografiche di tutte le componenti ICA.

Quindi fare clic sul numero di ciascun componente per tracciare i dettagli del componente. Successivamente, eliminare i componenti artefatti selezionando Strumenti, Rimuovi componenti e inserendo i numeri dei componenti pertinenti nel campo Componenti da rimuovere dai dati. Nella finestra di conferma che appare, premere Traccia ERPs per rivedere i potenziali correlati a evento, o ERPs, risultanti dall'eliminazione dei componenti selezionati.

Per esaminare gli effetti di un singolo tracciato, premere "Plot single trials". Dopo aver esaminato il potenziale correlato all'evento (ERP), come nei singoli tracciati, premere il pulsante Accetta per eliminare i componenti selezionati. Eseguire un secondo ciclo di analisi delle componenti indipendenti (ICA) e rimuovere i componenti corrispondenti agli artefatti di decadimento, battito delle palpebre, attività muscolare e rumore dell'elettrodo.

Per fare ciò, eseguire l'ICA utilizzando il metodo fast ICA con l'approccio simmetrico e la funzione di contrasto tan, esattamente come fatto nel primo giro di ICA. Analogamente, valutare le proprietà dei componenti proprio come si è fatto con la mappa topografica nel primo giro di ICA. Quindi, contrassegnare i componenti coerenti con gli artefatti residui di decadimento della TMS, gli artefatti da battito di ciglia e gli artefatti muscolari.

Inoltre, contrassegnare i componenti coerenti con il rumore del canale in base alla distribuzione spaziale e temporale. Infine, rimuovere i componenti marcati, come fatto nel primo ciclo di AIC, selezionando Strumenti, Rimuovi componenti e inserendo i numeri dei componenti pertinenti nel campo Componenti da rimuovere dai dati. La risonanza magnetica funzionale a riposo viene utilizzata per identificare le regioni sulla superficie corticale con connettività alle regioni di eterotopia.

La STN su queste regioni produce un'attività ritardata anormalmente aumentata rispetto alle regioni che non presentano una connettività anomala e rispetto agli stessi siti nei controlli sani. In questo caso, la localizzazione della sorgente dei picchi tardivi anomali nei potenziali evocati da STN nei pazienti con epilessia può identificare le regioni cerebrali da cui origina l'attività anomala. Può colocalizzarsi spazialmente con il focolaio delle crisi del paziente.

Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come utilizzare la connettività funzionale a riposo, la stimolazione magnetica transcranica guidata da risonanza magnetica e l'elettroencefalografia per valutare l'eccitabilità cerebrale in diverse regioni in pazienti con epilessia e altri disturbi neuropsichiatrici. Dopo questa procedura, altri metodi, come la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva, possono essere eseguiti per determinare se la riduzione dell'eccitabilità corticale in regioni cerebrali che fanno parte della rete patogena possa modificare l'attività della malattia.