Beeldvorming van elektromagnetische bronnen bij preoperatieve evaluatie van kinderen met resistente epilepsie

Samenvatting

Magneto-encefalografie (MEG) en high-density elektro-encefalografie (HD-EEG) worden zelden tegelijkertijd geregistreerd, hoewel ze bevestigende en aanvullende informatie opleveren. Hier illustreren we de experimentele opzet voor het registreren van gelijktijdige MEG en HD-EEG en de methodologie voor het analyseren van deze gegevens met als doel epileptogene en welsprekende hersengebieden te lokaliseren bij kinderen met resistente epilepsie.

Samenvatting

Voor kinderen met geneesmiddelresistente epilepsie (DRE) berust de aanvalsvrijheid op de afbakening en resectie (of ablatie/ontkoppeling) van de epileptogene zone (EZ) met behoud van de welsprekende hersengebieden. De ontwikkeling van een betrouwbare en niet-invasieve lokalisatiemethode die klinisch bruikbare informatie levert voor de lokalisatie van de EZ is daarom cruciaal voor het bereiken van succesvolle chirurgische resultaten. Elektrische en magnetische beeldvorming (ESI en MSI) worden in toenemende mate gebruikt bij de preoperatieve evaluatie van deze patiënten, met veelbelovende bevindingen in de afbakening van zowel epileptogene als welsprekende hersengebieden. Bovendien heeft de combinatie van ESI en MSI in één enkele oplossing, namelijk elektromagnetische bronbeeldvorming (EMSI), uitgevoerd op gelijktijdige opnames van elektro-encefalografie met hoge dichtheid (HD-EEG) en magneto-encefalografie (MEG), een hogere bronlokalisatienauwkeurigheid aangetoond dan beide modaliteiten afzonderlijk. Ondanks deze bemoedigende bevindingen worden dergelijke technieken uitgevoerd in slechts enkele tertiaire epilepsiecentra, worden ze zelden tegelijkertijd geregistreerd en worden ze onderbenut in pediatrische cohorten. Deze studie illustreert de experimentele opzet voor het registreren van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-gegevens, evenals het methodologische kader voor het analyseren van deze gegevens met als doel de irriterende zone, de aanvalszone en welsprekende hersengebieden bij kinderen met DRE te lokaliseren. Meer specifiek worden de experimentele opstellingen gepresenteerd voor (i) het registreren en lokaliseren van interictale en ictale epileptiforme activiteit tijdens de slaap en (ii) het registreren van visuele, motorische, auditieve en somatosensorisch opgewekte reacties en het in kaart brengen van relevante welsprekende hersengebieden (d.w.z. visueel, motorisch, auditief en somatosensorisch) tijdens visuomotorische taken, evenals auditieve en somatosensorische stimulaties. Gedetailleerde stappen van de data-analysepijplijn worden verder gepresenteerd voor het uitvoeren van EMSI, evenals individuele ESI en MSI met behulp van equivalente stroomdipool (ECD) en dynamische statistische parametrische mapping (dSPM).

Inleiding

Epilepsie is een van de meest voorkomende en invaliderende neurologische aandoeningen die wordt gekenmerkt door terugkerende en niet-uitgelokte aanvallen die zowel focaal als gegeneraliseerd van aard kunnen zijn. Ondanks de beschikbaarheid van verschillende effectieve farmacologische therapieën (bijv. anti-epileptica [ASM's]), is ongeveer 20-30% van deze patiënten niet in staat om hun aanvallen onder controle te houden en lijdt ze aan geneesmiddelresistente epilepsie (DRE)¹. Voor deze patiënten is epilepsiechirurgie de meest effectieve behandeling om epileptische aanvallen te elimineren; een succesvolle operatie kan worden bereikt door de volledige resectie (of ablatie/ontkoppeling) van de epileptogene zone (EZ), gedefinieerd als het minimale gebied dat onmisbaar is voor het ontstaan van aanvallen². Nauwkeurige afbakening en resectie (of ablatie/ontkoppeling) van de EZ met behoud van de welsprekende cortex zijn cruciale factoren om de aanvalsvrijheid te waarborgen. Om chirurgische kandidatuur vast te stellen, worden verschillende niet-invasieve diagnostische instrumenten gebruikt door een multidisciplinair team om verschillende corticale gebieden te definiëren (d.w.z. irriterende zone, aanvalszone [SOZ], functionele tekortzone en epileptogene laesie), die dienen als indirecte benaderingen van de EZ³. Extra-operatieve monitoring met intracranieel EEG (iEEG) is vereist wanneer geen van deze methoden de EZ ondubbelzinnig identificeert. De rol van iEEG is om de EZ nauwkeurig te definiëren door de SOZ (d.w.z. het hersengebied waar klinische aanvallen ontstaan) te lokaliseren en welsprekende hersengebieden in kaart te brengen. Toch vertoont het ernstige beperkingen vanwege zijn invasiviteit ^4,5,6, het biedt een beperkte ruimtelijke dekking en het heeft een duidelijke preoperatieve lokalisatiehypothese^{nodig 7}. Als gevolg hiervan kan de werkelijke focus en omvang van de SOZ worden gemist, wat leidt tot een mislukte operatie. De interpretatie ervan vereist ook de registratie van meerdere stereotiepe klinische aanvallen gedurende meerdere dagen van ziekenhuisopname, wat de kans op complicaties (bijv. infectie en/of bloeding) ^vergroot5. Daarom is er een onvervulde behoefte om betrouwbare en niet-invasieve lokalisatiemethoden te ontwikkelen die klinisch nuttige informatie kunnen bieden en de preoperatieve evaluatie van kinderen met DRE in het algemeen kunnen verbeteren.

In de afgelopen decennia zijn elektrische en magnetische beeldvorming (ESI en MSI) in toenemende mate gebruikt bij de preoperatieve evaluatie van patiënten met DRE voor de afbakening van zowel epileptogene als functionele hersengebieden. ESI en MSI maken met name de reconstructie mogelijk van neurale bronnen uit niet-invasieve opnames, zoals high-density EEG (HD-EEG) en magneto-encefalografie (MEG), om te helpen bij het begeleiden van chirurgische planning of plaatsing van iEEG-elektroden. ESI en MSI kunnen worden toegepast voor het lokaliseren van interictale epileptiforme ontladingen (IED's), zoals pieken en scherpe golven, of ictale (epileptische) activiteit. Het kan verder worden gebruikt voor de lokalisatie van verschillende functionele hersengebieden die betrokken zijn bij sensorische, motorische, auditieve en cognitieve functies. De reconstructie van elektrofysiologische gebeurtenissen, zoals IED's en epileptische aanvallen, maakt de identificatie mogelijk van respectievelijk de irriterende zone (d.w.z. het hersengebied waar IED's vandaan komen) en de SOZ, die worden beschouwd als een geldig surrogaat voor de EZ-lokalisatie. De lokalisatie van de welsprekende cortex (d.w.z. de hersengebieden die onmisbaar zijn voor gedefinieerde corticale functies)³ maakt het in plaats daarvan mogelijk om de locatie en omvang van welsprekende gebieden met betrekking tot de geplande resectie in kaart te brengen en daarom vooraf mogelijke functionele tekorten te verminderen die kunnen worden verwacht van epilepsiechirurgie 8,9,10,11 . Verschillende studies onderzochten het klinische nut van ESI en/of MSI bij de preoperatieve evaluatie van epilepsie, en ze toonden veelbelovende bevindingen in de afbakening van de EZ 12,13,14,15,16,17,18,19. Mouthaan et ^al.14 voerden bijvoorbeeld een uitgebreide meta-analyse uit met behulp van niet-invasieve gegevens van 11 prospectieve en retrospectieve epilepsiestudies en rapporteerden dat deze bronlokalisatietechnieken de EZ over het algemeen kunnen identificeren met een hoge gevoeligheid (82%) en een lage specificiteit (53%). Andere studies toonden ook aan dat MSI en ESI de epileptische focus correct kunnen lokaliseren binnen het gereseceerde gebied bij epileptische patiënten met een normale magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)19,20,21. Deze lokalisatieresultaten zijn vooral belangrijk voor patiënten die niet in aanmerking komen voor epilepsiechirurgie vanwege onduidelijke klinische of beeldvormende bevindingen. Samenvattend kunnen ESI en MSI een belangrijke bijdrage leveren aan het preoperatief in kaart brengen van zowel epileptogene als functionele hersengebieden bij patiënten met DRE.

Ondanks deze bemoedigende bevindingen worden dergelijke technieken momenteel regelmatig uitgevoerd in slechts enkele tertiaire epilepsiecentra en worden ze vaak onderbenut in pediatrische populaties. Bovendien worden HD-EEG en MEG zelden tegelijkertijd geregistreerd, hoewel ze zowel bevestigende als aanvullende informatie bieden. MEG is gevoelig voor het detecteren van oppervlakkige bronnen met tangentiële oriëntatie, maar is blind voor radiaal georiënteerde bronnen die zich in de gyri of diepere delen van de hersenen bevinden 22,23,24,25,26. Bovendien biedt MEG een betere ruimtelijke resolutie (millimeters) in vergelijking met EEG 16,22,25. In tegenstelling tot EEG-signalen zijn MEG-signalen vrij van referenties en worden ze in wezen niet beïnvloed door verschillende geleidbaarheid van hersenweefsel (d.w.z. hersenvliezen, hersenvocht, schedel en hoofdhuid)^25,27 die onvervormde metingen van de magnetische velden die door de hersenen worden geproduceerd, opleveren. Aan de andere kant kan EEG bronnen van alle oriëntaties detecteren, maar het biedt een lagere ruimtelijke resolutie dan MEG en is vatbaarder voor artefacten^26,28. Vanwege deze complementaire gevoeligheden voor bronoriëntatie en diepte, kan ongeveer 30% van de epileptiforme activiteit (bijv. IED's) alleen worden geregistreerd op MEG, maar niet op EEG, en vice versa 26,29,30,31,32. In tegenstelling tot EEG, dat langdurige opnames mogelijk maakt, is het vastleggen van klinische aanvallen met MEG een uitdaging vanwege de beperkte opnametijd die meestal onvoldoende is om ictale gebeurtenissen bij de meeste patiënten vast te leggen. Bovendien kunnen artefacten veroorzaakt door aan aanvallen gerelateerde hoofdbewegingen vaak de kwaliteit van MEG-opnames verstoren 29,33,34,35. Aan de andere kant zijn MEG-opnames sneller en gemakkelijker in vergelijking met EEG, vooral bij kinderen, omdat het niet nodig is om sensoren boven het hoofd van de kinderen te bevestigen³⁵.

Vooruitgang in hardware heeft het mogelijk gemaakt om tegelijkertijd MEG- en HD-EEG-gegevens op te nemen met een groot aantal sensoren (meer dan 550 sensoren) die het hele hoofd bestrijken. Bovendien hebben moderne ontwikkelingen in EEG-technologieën de voorbereidingstijd voor HD-EEG geminimaliseerd tot minder dan een kwartier³⁶. Dit is vooral belangrijk voor pediatrische populaties met uitdagend gedrag die niet in staat zijn om gedurende langere tijd stil te blijven staan. Bovendien heeft de vooruitgang in softwaretechnologieën de combinatie van ESI en MSI in één oplossing mogelijk gemaakt, namelijk elektromagnetische bronbeeldvorming (EMSI), uitgevoerd op gelijktijdige HD-EEG- en MEG-opnames. Verschillende theoretische en empirische studies rapporteerden een hogere bronlokalisatienauwkeurigheid met EMSI dan elk van beide modaliteiten afzonderlijk^: 13,30,31,37,38,39,40,41. Met behulp van verschillende bronlokalisatiebenaderingen om de activiteit te reconstrueren als reactie op sensorische stimuli, Sharon et al.³⁷ ontdekten dat EMSI consistent betere lokalisatieresultaten had dan ESI of MSI alleen in vergelijking met functionele MRI (fMRI), die dient als niet-invasieve benchmark voor nauwkeurige lokalisatienauwkeurigheid. De auteurs suggereerden dat deze verbeterde lokalisatie te wijten is aan het toegenomen aantal sensoren voor het oplossen van de inverse oplossing en de verschillende gevoeligheidspatronen van de twee beeldvormingsmodaliteiten³⁷. Evenzo hebben Yoshinaga et al.³¹ voerden dipoolanalyse uit op gelijktijdige EEG- en MEG-gegevens van patiënten met hardnekkige lokalisatiegerelateerde epilepsie en toonden aan dat EMSI informatie verschafte die niet zou kunnen worden verkregen door slechts één modaliteit alleen te gebruiken en leidde tot succesvolle lokalisatie voor epilepsiechirurgie bij een van de geanalyseerde patiënten. In een prospectieve geblindeerde studie, Duez et al.¹³ toonde aan dat EMSI een significant hogere odds ratio (d.w.z. kans om aanvalsvrij te worden) bereikte in vergelijking met ESI en MSI, een lokalisatienauwkeurigheid ≥52% en een concordantie ≥53% en ≥36% met respectievelijk de irriterende en SOZ. Een recenter onderzoek van onze groep⁴² heeft aangetoond dat EMSI superieure lokalisatieschattingen en betere uitkomstvoorspellingsprestaties opleverde dan ESI of MSI alleen, met lokalisatiefouten van resectie en SOZ van respectievelijk ~8 mm en ~15 mm. Ondanks deze veelbelovende bevindingen is er een gebrek aan studies die het methodologische kader bieden met betrekking tot EMSI bij kinderen met DRE.

Deze studie illustreert de experimentele opzet voor het uitvoeren van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames, evenals het methodologische kader voor het analyseren van deze gegevens met als doel de irriterende zone, SOZ en welsprekende hersengebieden bij kinderen met DRE te lokaliseren. Meer specifiek worden de experimentele opstellingen gepresenteerd voor (i) het registreren en lokaliseren van interictale en ictale epileptiforme activiteit tijdens de slaap en (ii) het registreren van visuele, motorische, auditieve en somatosensorisch opgewekte reacties en het in kaart brengen van relevante welsprekende hersengebieden (d.w.z. visueel, motorisch, auditief en somatosensorisch) tijdens een visuomotorische taak, evenals auditieve en somatosensorische stimulaties. Gedetailleerde stappen van de data-analysepijplijn worden verder gepresenteerd voor het uitvoeren van EMSI, evenals individuele ESI en MSI met behulp van equivalente stroomdipool (ECD) en dynamische statistische parametrische mapping (dSPM).

Protocol

De experimentele procedures die hier worden toegepast, zijn goedgekeurd door de North Texas Regional Institutional Review Board (2019-166; Hoofdonderzoeker: Christos Papadelis). In het volgende gedeelte wordt het experimentele protocol beschreven voor de niet-invasieve bronlokalisatie van IED's, ictale aanvangsverschijnselen en gebeurtenis-opgeroepen reacties (d.w.z. visuele, motorische, auditieve en somatosensorische) met behulp van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames die in ons laboratorium worden gevolgd. De International Federation of Clinical Neurophysiology⁴³ en de American Clinical MEG Society⁴⁴ hebben "minimumnormen" opgesteld voor de routinematige klinische registratie en analyse van spontane MEG- en EEG-gegevens. De hier beschreven procedures voor HD-EEG-opnamen zijn alleen van toepassing op EEG-elektrodesystemen op basis van een spons. Het totale voorbereidingsproces voor elk onderwerp is ongeveer 2-3 uur, bestaande uit de daadwerkelijke opnames van ~1,5 uur.

1. Voorbereiding van het MEG-systeem

1. Voordat het onderwerp arriveert, voert u een MEG-opname in een lege kamer van een paar minuten uit om de achtergrondgeluidsniveaus en magnetische artefacten vast te leggen en te controleren of alle MEG-sensoren goed werken.
2. Zorg er met behulp van het afstemmingsprogramma voor MEG-sensoren voor dat de gemiddelde witte ruiswaarde van alle MEG-sensoren tussen 2 en 5 fT/√Hz (fT/cm√Hz voor gradiometers) ligt.

2. Voorbereiding van de proefpersoon

1. Zorg ervoor dat het onderwerp zich op zijn gemak voelt in de omgeving. Laat in het geval van jonge kinderen de opnameruimte verkennen (inclusief de magnetisch afgeschermde kamer [MSR]) en de testapparatuur zien die zal worden gebruikt voor het verzamelen van gegevens.
   1. Screen en geef de proefpersoon instructies met behulp van het toestemmingsformulier voor screening. Leg indien nodig de procedure uit aan jonge kinderen met behulp van speciale woorden, speelgoed en spelletjes die voor elke leeftijdsgroep zijn ontwikkeld. Vraag de proefpersoon (of de ouders van de proefpersoon) of hij/zij in de laatste ~2 uur voorafgaand aan het bezoek een aanval heeft gehad.
      OPMERKING: Het toestemmingsformulier voor screening bevat een beschrijving van de test, evenals de veiligheid ervan, waarom de test wordt uitgevoerd en een algemene beschrijving van het onderzoek.
2. Verwijder alle metalen en/of magnetische materialen van de proefpersoon en voorzie de proefpersoon van geschikte door het ziekenhuis uitgegeven kleding (bijv. ziekenhuisjassen, scrubs). Vraag de proefpersoon bovendien om zijn/haar schoenen uit te doen om te voorkomen dat magnetisch stof de MSR binnendringt. Als andere ferromagnetische elementen, zoals tandheelkundig werk of geïmplanteerde medische apparaten, niet kunnen worden verwijderd, gebruik dan een degausser (d.w.z. demagnetisator) om resterende magnetische artefacten te verwijderen die interferentie of hoge geluidsniveaus kunnen veroorzaken tijdens MEG-opnames. Nadat u ervoor hebt gezorgd dat alle bronnen van magnetische ruis zijn verwijderd, vraagt u de proefpersoon om op een houten stoel te gaan zitten waar de volgende meetprocedures zullen worden toegepast.
   OPMERKING: De degausser mag niet rechtstreeks worden aangebracht op geïmplanteerde elektronische apparaten (bijv. pacemakers, neuromodulatieapparaten).
3. Meet de hoofdomtrek van de proefpersoon om de juiste EEG-netgrootte te selecteren (meestal 32-34 cm tot 58-61 cm). Meet met behulp van de centimeterzijde van het meetlint de hoofdomtrek door het meetlint vanaf de neus van de proefpersoon tot ~1 cm boven de inion te houden en dan terug naar de neus.
   OPMERKING: De nasie is het craniometrische punt tussen de ogen, terwijl de inion de punt is van het uitwendige achterhoofdsuitsteeksel.
   1. Selecteer de juiste netmaat die past bij de hoofdomtrek van de proefpersoon en laat deze ten minste 5 minuten (maximaal 10 minuten) weken in een vloeibare gemengde oplossing bestaande uit 1 qt warm kraanwater, 1 eetlepel elektrolyten (d.w.z. kaliumchloride) en 1 eetlepel babyshampoo. Zorg er tijdens dit weekproces voor dat het net binnenstebuiten wordt gekeerd met de sponzen naar buiten gericht en de sluitingen volledig losgemaakt om de sensoren volledig onder te dompelen in de plastic emmer met de oplossing.
      NOTITIE: Om ervoor te zorgen dat de versterker van het net niet in de buurt van de oplossing komt en altijd droog blijft, wikkelt u een handdoek om de plug van het geselecteerde net en, indien gewenst, plaatst u deze op een stoel of steun dicht bij de gootsteen waar de plastic emmer is.
4. Plaats vijf magnetische spoelen die dienen als hoofdpositie-indicator (HPI) op bekende locaties direct op de hoofdhuid van de proefpersoon met behulp van papieren tape met microporiën: één aan elke kant van het voorhoofd bij de haarlijn, één op elk mastoïdbot en één op de bovenkant van het hoofd.
   OPMERKING: De HPI-spoelen bepalen de positie van het hoofd ten opzichte van de supergeleidende kwantuminterferentie-apparaten (SQUID's) die in het MEG-systeem zijn geplaatst door bekende magnetische velden uit te zenden die tijdens de scan kunnen worden gelokaliseerd. Het aantal HPI-spoelen is afhankelijk van het MEG-systeem, maar varieert meestal van 3-5 HPI-spoelen.
5. Plaats extra elektroden met behulp van een meetlint om de hartslag (elektrocardiografie, ECG), oogbewegingen of knipperingen (elektro-oculografie, EOG) en spieractiviteit (elektromyografie, EMG) te meten; De plaatsing van deze elektroden maakt het ook mogelijk om de gezondheidstoestand van de proefpersoon te controleren.
   1. Plaats twee ECG-elektroden aan de rechter- en linkerkant van de borst onder de sleutelbeenderen om respectievelijk de hartslag van de proefpersoon vast te leggen, en twee EOG-elektroden aan de boven- en onderkant van het rechteroog om zijn/haar verticale oogbewegingen of knipperingen vast te leggen.
      1. Om de spieractiviteit tijdens de visuomotorische taak te meten, veegt u bovendien de vingers van de proefpersoon af met alcoholpads voor een betere hechting van de tape op de huid en plakt u in totaal twee paar niet-wegwerpbekerelektroden op elke hand: één op de eerste dorsale interossale (FDI) en één op de abductor pollicis brevis (APB).
      2. Voordat u al deze elektroden afplakt, plaatst u de geleidende pasta in de elektrodebeker totdat deze iets te vol is om de huidimpedantie te verminderen en een optimale mix van kleefkracht en geleidbaarheid te garanderen.
   2. Voor tactiele stimulatie bevestigt u dunne elastische membranen rechtstreeks op de distale, handpalmdelen van drie vingers (d.w.z. duim [D1], middelvinger [D3] en pink [D5]) van beide handen. Blaas de membranen op met persluchtpulsen door stijve plastic buizen met behulp van een luchtpufstimulatie-apparaat. Laat de persluchtpulsen los met een interstimulusinterval van 1,5 ± 0,5 s volgens een pseudowillekeurige volgorde. Stel de druk van de tactiele stimulator in op 50 psi.
6. Terwijl de proefpersoon nog steeds op de houten stoel zit, ver van een metalen object, bepaalt u de driedimensionale (3D) posities van de fiduciale anatomische oriëntatiepunten, vijf HPI-spoelen en andere hoofdvormpunten met behulp van een digitizer. Vraag de proefpersoon tijdens dit digitaliseringsproces van het hoofd om comfortabel te zitten, recht vooruit te kijken en vrijwel onbeweeglijk te blijven, aangezien kleine bewegingen de lokalisatienauwkeurigheid kunnen beïnvloeden.
   1. Plaats de referentie-ontvanger door de plastic bril (d.w.z. een bril met de referentiekubus aan één kant bevestigd) op het hoofd van het onderwerp en pas de sluitingen aan om een vast referentiekader voor het onderwerp te garanderen dat gedurende de gehele meting relatief stil moet blijven.
   2. Lokaliseer via de primaire stylusontvanger de fiduciale anatomische oriëntatiepunten (d.w.z. nasie en links/rechts preauriculaire punten) en de positie van de HPI-spoelen, en bemonster gelijkmatig extra hoofdhuidpunten (ten minste 100, bij voorkeur in de buurt van ~500) om een hoogwaardige reconstructie van het hoofdoppervlak te verbeteren.
      OPMERKING: De fiduciale anatomische oriëntatiepunten definiëren het coördinatensysteem van het onderwerp. De digitizer genereert de coördinaten van een sensor in de 3D-ruimte met behulp van één zender (meestal gemonteerd achter het onderwerp op de rugleuning van de houten stoel) en twee ontvangers (d.w.z. de stylus en referentie-ontvangers).
   3. Nadat de digitalisering is voltooid, plaatst u de stylusontvanger op ~15 cm afstand van het onderwerp en de zender en digitaliseert u een willekeurig punt om het digitaliseringsproces te voltooien.
      OPMERKING: Deze laatste stap van het digitaliseringsproces kan afwijken van andere commerciële producten.
7. Voordat u het EEG-net aanbrengt, vraagt u de proefpersoon om op een stoel dicht bij de EEG-versterker te gaan zitten en handdoeken op zijn/haar borst en schouders te leggen om eventuele druppels als gevolg van het aanbrengen van het net op te vangen. Haal het EEG-net uit de plastic emmer, draai het om met de sponzen naar binnen gericht en wikkel het voorzichtig om een handdoek om de gemengde oplossing in overmaat te absorberen.
   1. Terwijl de proefpersoon op de stoel zit en de instructie krijgt om zijn/haar ogen gesloten te houden tijdens deze stap, steekt u beide handen in het net en spreidt u het met uw vingers, en plaatst u het ten slotte op het hoofd van de proefpersoon.
   2. Zonder de posities van de HPI-spoelen te verplaatsen, past u het uitgerekte net op het hoofd van de proefpersoon aan met de vingers om ervoor te zorgen dat de referentie- en nasiekanalen respectievelijk correct in het midden van de hoofdhuid en tussen de ogen van de proefpersoon zijn geplaatst, en maakt u ten slotte de kinband vast zodra het net zich in de juiste positie bevindt.
8. Zorg er met behulp van een EEG-impedantiemeter voor dat alle impedanties van de hoofdhuid-elektrode zich in het bereik van 0-50 kΩ bevinden (waarden ˂5 kΩ worden aanbevolen) om signaalvervormingen te voorkomen. Om de impedanties van de hoofdhuidelektrode te verminderen, controleert u of elke elektrode goed mechanisch en elektrisch contact heeft met de hoofdhuid door een houten wattenstaafje te gebruiken om de haren van de proefpersoon tussen de elektrode en de hoofdhuid te verwijderen of een plastic wegwerppipet om indien nodig een meer geleidende gemengde oplossing in de sponzen van de elektroden over te brengen.
   1. Zodra alle impedanties idealiter tot 50 kΩ zijn, koppelt u de versterker los en bereidt u de proefpersoon voor op de digitalisering van de EEG-elektrode.
      NOTITIE: Voer de digitalisering van de EEG-elektrode uit buiten de MSR en zorg voor voldoende ruimte rond het onderwerp om het scanproces te beheren.
9. Bepaal de 3D-posities van de EEG-elektroden met behulp van een optische handscanner. Vraag de proefpersoon tijdens dit proces om comfortabel te zitten en recht vooruit te kijken, tenzij anders aangegeven.
   1. Open eerst de optische scannersoftware, selecteer de sensorsjabloon die overeenkomt met de lay-out van de EEG-sensor die tijdens de opnames wordt gebruikt en start vervolgens het scanproces.
   2. Houd de scanner tijdens het scannen op een bepaalde afstand van het EEG-net (meestal ~45 cm), met de scanopeningen loodrecht op het oppervlak van de sensoren, en beweeg hem langzaam rond het hoofd van het onderwerp volgens gebogen zwaden van de bovenkant (midden van het hoofd) naar de onderkant (laatste sensorrij langs de nek) om de fysieke locaties van alle sensoren vast te leggen.
      OPMERKING: De optische scanner digitaliseert de locaties van de EEG-elektroden op het hoofd van de proefpersoon en transformeert deze als een 3D-coördinatenbestand; het wordt meestal gekenmerkt door twee optische sensoren die infrarood (IR) lichtbronnen uitzenden. Elke gescande locatie verschijnt meestal op een 3D-sensorwolk. De 3D-sensorcloud geeft feedback voor het scannen, tasten en uitlijnen van de sensorposities, terwijl de 2D-sensorkaart feedback geeft voor het labelen van deze sensorposities. Het scanproces van de posities van de EEG-elektroden duurt in totaal 5-10 minuten, inclusief het sonderen van de fiduciale punten. De scantijd kan echter soms afhangen van de prestaties van de optische scanner bij het detecteren van de elektrodeposities.
10. Zodra alle EEG-elektroden zijn gescand (ten minste 95%), meet de fiduciale punten (d.w.z. nasie en links/rechts preauriculaire punten) en vier uitlijningssensoren (d.w.z. voor-, linker- en rechteruitlijnknooppunten en REF-knooppunt) met behulp van de draadloze optische sonde om de 3D-sensorwolk uit te lijnen met de geselecteerde sensorsjabloon.
    NOTITIE: De uitlijningssensoren zijn genummerd op basis van de netconfiguratie van de EEG-sensor.
    1. Om de fiduciale punten te onderzoeken, plaatst u de punt van de optische sonde op de huid van de proefpersoon in het midden van het fiduciale aandachtspunt door ervoor te zorgen dat de scanopeningen van de scanner naar de reflecterende schijven van de sonde wijzen. Plaats op dezelfde manier de punt van de optische sonde in het midden van de uitlijningssensor van belang om de uitlijningssensoren te onderzoeken.
11. Zodra alle sensoren zijn gescand en gesondeerd, bekijkt u hun posities en labels op de 3D-sensorwolk en 2D-sensorkaart met betrekking tot het werkelijke EEG-net om mogelijke fouten te controleren en uiteindelijk te corrigeren; als er geen fouten zijn opgetreden tijdens het scanproces, exporteert u het 3D-coördinaat .txt bestand en converteert u het naar het gewenste formaat.
    OPMERKING: De 3D-elektrodecoördinaten worden meestal in .txt formaat opgeslagen en kunnen via optische scannersoftware in verschillende formaten worden geconverteerd (bijv. .xml, .sfp, .elp of .nsi).
12. Nadat het digitaliseringsproces van de EEG-elektrode (stappen 2.9-2.11) is voltooid, bereidt u de proefpersoon voor die binnen de MSR moet worden overgebracht voor het uitvoeren van rust-/slaapgegevens (stap 2.13), visuomotorische taak (stap 2.14), auditieve stimulatie (stap 2.15) en somatosensorische stimulatie (stap 2.16).
13. Voor de rust-/slaapgegevens stelt u het portaal van het MEG-systeem in op rugligging (Figuur 1A) en plaatst u het niet-magnetische en compatibele bed zo dat de verwijderbare hoofdsteun is uitgelijnd met de helmvormige opening aan de onderkant van de dewar. Nadat u het bed in de juiste positie hebt gezet, zet u het remventiel van het bed in de uitgeschakelde stand. Leg een laken of deken over het bed en een klein schuimrubberen kussen op de verwijderbare hoofdsteun voor hoofdfixatie en comfort tijdens de opname.
    OPMERKING: De dewar is een cryogene opslagcontainer gevuld met vloeibaar helium waarin sensorarrays aan de onderkant ruimtelijk zijn gerangschikt via een helmvormige opening die is ontworpen om het hoofd van de proefpersoon te omringen. De helm past tot 59-61 cm hoofdomtrek. Het portaal is het mechanische systeem dat de dewar ondersteunt en waarmee de elevatie en hoek kunnen worden gewijzigd op basis van de meetpositie (d.w.z. zittend of liggend).
    1. Breng de proefpersoon over in de MSR en help hem/haar op de rand van het bed te zitten en erop te gaan liggen. Leg meerdere dekens op het lichaam van de proefpersoon om hem/haar warm te houden tijdens de opname door ervoor te zorgen dat de kabels van de elektroden gemakkelijk toegankelijk zijn, en maak de veiligheidsgordels lichtjes vast (of trek de leuningen omhoog, indien aanwezig), en leg de proefpersoon uit dat deze stap is om te voorkomen dat hij/zij tijdens het slapen uit het bed rolt. Leg indien nodig een extra opgerolde handdoek onder de nek om de nek en schouders van de proefpersoon te ondersteunen.
    2. Ontgrendel de remklep van het bed om het hoofd van de geportretteerde voorzichtig te verplaatsen, dat op de verwijderbare hoofdsteun onder de helmvormige opening van de dewar is geplaatst totdat het de binnenkant van de helm raakt. Om de signaal-ruisverhouding (SNR) te verhogen, brengt u het hoofd van het onderwerp zo dicht mogelijk bij de helm.
    3. Sluit de HPI-spoelen, ECG- en EOG-elektroden aan op de overeenkomstige panelen van het MEG-systeem, sluit het EEG-net aan op de amplifier-eenheid in de MSR en controleer de metingen van de coördinaten van het hoofd vanaf het acquisitiewerkstation buiten de MSR om te beoordelen of het hoofd van de proefpersoon correct onder de dewar is geplaatst.
    4. Verminder met toestemming van de proefpersoon de intensiteit van het licht in de MSR om ontspanning en slaap te stimuleren. Wanneer de proefpersoon zich ontspannen en comfortabel voelt, instrueer je de proefpersoon om tijdens de opname te rusten met zijn/haar ogen dicht of te slapen. Stel de proefpersoon gerust dat hij/zij gedurende de gehele opname op de monitor buiten de MSR zal worden geobserveerd via de radiofrequentie-afgeschermde kleurencamera die aan de muur van de MSR is gemonteerd.
14. Voor de visuomotorische taak stelt u het portaal van het MEG-systeem in op de rechtopstaande positie (Figuur 1B) en plaatst u de MEG-stoel zo dat het hoofd van de proefpersoon zich onder het portaal bevindt, dicht bij de helmvormige opening aan de onderkant van de dewar. Nadat u de stoel in de juiste positie hebt gezet, zet u het remventiel van de stoel in de niet-vergrendelde stand ("0").
    1. Breng het onderwerp over binnen de MSR. Help hem/haar om op de niet-magnetische en compatibele stoel te zitten en een comfortabele en ontspannen houding te vinden. Leg meerdere dekens op het lichaam van de proefpersoon om hem/haar warm te houden tijdens de opname door ervoor te zorgen dat de kabels van de elektroden gemakkelijk toegankelijk zijn, en plaats de verwijderbare tafel zodat de proefpersoon er tijdens de taak zijn/haar handen op kan leggen. Leg indien nodig een handdoek onder de knieën van de proefpersoon om de zittende positie te behouden en glijd niet naar beneden.
       OPMERKING: Aangezien de proefpersoon tijdens de visuomotorische taak kan ontspannen en daarom een lagere positie kan aannemen dan de aanvankelijke, tilt u de stoel aan het einde van elke taaksessie voorzichtig op via het elevatiepedaal (indien aanwezig) of legt u handdoeken of dekens op de stoel zodat het hoofd van de proefpersoon de binnenkant van de helm weer raakt. Plaats indien nodig extra handdoeken of dekens achter het hoofd van de proefpersoon, niet alleen voor meer comfort, maar ook om de proefpersoon te helpen het hoofd zo recht mogelijk te houden. Visuomotorische stimulatie kan afwisselend in rugligging worden uitgevoerd om te voorkomen dat de dewar midden in een opnamesessie wordt verplaatst.
    2. Zodra de proefpersoon zich in de juiste positie bevindt, sluit u de HPI-spoelen, ECG-, EOG-, FDI- en APB-elektroden aan op het rechterpaneel van de MEG-machine, sluit u het EEG-net aan op de amplifier-eenheid in de MSR en tilt u de stoel op via het elevatiepedaal (indien aanwezig) met kleine bewegingen of leg extra handdoeken of dekens op de stoel totdat het hoofd van de proefpersoon de binnenkant van de helm lichtjes raakt (controleer de afmetingen van de coördinaten van het acquisitiewerkstation buiten de MSR).
    3. Plaats het projectiescherm, waarop de visuele prikkels worden geprojecteerd via een projectorspiegelsysteem dat buiten de MSR is geplaatst, voor het onderwerp (Figuur 1B) en leg uit welke visuomotorische taak tijdens de opname moet worden uitgevoerd. Instrueer de proefpersoon in het bijzonder om alleen met zijn/haar wijsvinger op de tafel te tikken wanneer de visuele stimulus (bijv. een afbeelding) op het scherm verschijnt, respectievelijk voor de rechter- en linkerhand. Zorg ervoor dat de proefpersoon de taak begrijpt of zich op zijn gemak voelt om deze alleen uit te voeren; Oefen indien nodig de taak meerdere keren samen met de proefpersoon om hem/haar te helpen er vertrouwd mee te raken.
       OPMERKING: Als een visuomotorische stimulatiesessie in rugligging wordt uitgevoerd, wordt een spiegel op afstand boven het gezicht van de proefpersoon geplaatst om de visuele prikkels van de projector te weerkaatsen.
    4. Voordat u de deur van de MSR sluit, vraagt u de proefpersoon of hij/zij zich op zijn gemak voelt om alleen in de kamer te zijn; in het geval dat hij/zij dat niet doet, blijft één persoon van het team of zijn/haar ouders binnen de MSR tijdens de opnamesessies. Stel de proefpersoon bovendien gerust dat hij/zij gedurende de hele opname op de monitor buiten de MSR zal worden geobserveerd.
15. Voor de auditieve stimulatie gebruik je de opstelling beschreven in stap 2.14 met het projectiescherm voor de zittende proefpersoon. Help de proefpersoon om de koptelefoon (of oortelefoons) te dragen waardoor de geluidstriggers (bijv. gemoduleerde piepgeluiden) worden afgeleverd.
    1. Instrueer de proefpersoon om de stimuli (bijv. groen punt op een zwarte achtergrond) die op het scherm worden geprojecteerd te fixeren terwijl hij luistert naar de geluidstriggers. Voer indien nodig een trainingssessie uit om de proefpersoon te helpen de procedure beter te begrijpen. Voordat u de deur van de MSR sluit, herhaalt u de veiligheidsprocedures zoals eerder beschreven.
16. Voor de somatosensorische stimulatie gebruik je de opstelling beschreven in stap 2.14. Vraag de proefpersoon welke video (of film) hij/zij wil bekijken op het projectiescherm voor hem/haar.
    1. Instrueer de proefpersoon om te ontspannen met open ogen, de geselecteerde video te bekijken, zo stil mogelijk te blijven en de tactiele prikkels te negeren die tijdens de opname aan zijn vingers worden geleverd. Leg aan de proefpersoon uit dat hij/zij voor elke hand zachte tikken op de huid zal voelen op het topje van de vingers. Als de proefpersoon zich ongemakkelijk voelt, voer dan een trainingssessie uit om hem/haar gerust te stellen.
       OPMERKING: Oogfixatie op een visueel doelwit is een gevestigde techniek om biologische artefacten te minimaliseren die de kwaliteit van de opname kunnen beïnvloeden en het onderwerp kunnen afleiden van de tactiele stimuli die tijdens de gegevensverzameling worden geleverd.

3. Data-acquisitie

OPMERKING: De verzameling van gelijktijdige MEG- en EEG-gegevens wordt uitgevoerd in de MEG-faciliteit in het Cook Children's Medical Center (CCMC). Meer details over het klinische gebruik van MEG bij pediatrische kinderen met epilepsie zijn elders te vinden ^8,27,45.

1. Neem MEG-signalen op met behulp van het MEG-systeem voor het hele hoofd (sensordekking: 1.220^cm2) dat wordt gekenmerkt door 306 kanalen gegroepeerd in 102 identieke drievoudige sensorelementen met één magnetometer en twee orthogonale vlakke gradiometers. Stel een bemonsteringsfrequentie in van minimaal 1 kHz.
   NOTITIE: Magnetometers met één spoel meten het onderdeel van het magnetische veld dat loodrecht staat op het oppervlak van de MEG-helm. Planaire gradiometers bestaan uit een "achtvormige" spoelconfiguratie die wordt gekenmerkt door paren magnetometers die op een kleine afstand van elkaar zijn geplaatst en meten het verschil in het magnetische veld tussen hun locaties (d.w.z. het verschil tussen de twee lussen van "acht"), ook wel ruimtelijke gradiënt genoemd. In vergelijking met magnetometers zijn vlakke gradiometers minder gevoelig voor diepe hersenbronnen, maar robuuster in het detecteren van oppervlakkige bronnen door omgevingsruis te onderdrukken. Deze 306 kanalen worden ondergedompeld en afgekoeld in vloeibaar helium bij -296 °C (4,2 K) om supergeleiders te worden.
2. Neem tegelijkertijd EEG-signalen op met behulp van het niet-magnetische 256-kanaals EEG-net met Ag/AgCl-elektrodesensoren die gelijkmatig over de hoofdhuid, wangen en achterkant van de nek zijn verdeeld. Stel een bemonsteringsfrequentie in van minimaal 1 kHz.
3. Sluit de klep van de MSR om te beginnen met opnemen. Communiceer via het spraakintercomsysteem met de proefpersoon en controleer of hij/zij zich op zijn gemak voelt om alleen te zijn in de MSR. Houd het onderwerp constant op video in de gaten en voer in geval van nood onmiddellijk de MSR in.
   OPMERKING: In het geval dat hij/zij zich niet op zijn gemak voelt of de massieve MSR-deur hem/haar intimideert, kan één persoon van het team of zijn/haar ouders tijdens de opnamesessies in de MSR blijven, zittend op een houten stoel dicht bij het onderwerp; Zorg ervoor dat alle metalen voorwerpen zijn verwijderd voordat u de kamer betreedt.
4. Instrueer het onderwerp voor elke opname via het spraakintercomsysteem om zijn/haar positie ~30 s stil te houden voordat u met de taak begint. Voor de visuomotorische taak communiceert u bovendien via de intercom welke wijsvinger (rechts of links) hij/zij zal gebruiken voor de eerste opnamesessie.
   1. Gedurende deze periode waarin de proefpersoon stil blijft staan, drukt u op de meetknop in het HPI-meetdialoogvenster op het MEG-data-acquisitiesysteem om het magnetische veld te meten dat wordt gegenereerd door stroom die naar de HPI-spoelen wordt gevoerd en om de meetposities van de kop te bepalen ten opzichte van de MEG-sensorarray; controleer daarom of het onderwerp goed gepositioneerd is (hoofd |z-coördinaat| ˂ 75 mm) en noteer de 3D-metingen voor elke sessie.
   2. Als er nog ruimte is tussen het hoofd van de proefpersoon en de helm, ga dan terug naar binnen in de MSR en pas de hoogte van de stoel aan via het hoogtepedaal (indien aanwezig), plaats handdoeken of dekens op de stoel, of instrueer de proefpersoon via de intercom over hoe het hoofd te verschuiven in een dichter positie bij de helm (als de proefpersoon zit), En controleer ten slotte de meetposities van de kop opnieuw. In het geval van rust-/slaapopnames, gaat u de MSR opnieuw in en brengt u het bed dichter bij de helm, waardoor de ruimtelijke kloof tussen hoofd en helm wordt verkleind.
5. Zodra het onderwerp goed gepositioneerd is ten opzichte van de MEG-helm en klaar is om te beginnen, begint u de eerste opnamesessie (duur ~10 min) door een precieze volgorde te volgen (zie stap 3.5.1) voor nauwkeurige MEG- en EEG-synchronisatie (zie stap 3.12).
   OPMERKING: Om opnamen van hoge kwaliteit te garanderen, is de eerste opnamesessie van cruciaal belang om artefacten vast te leggen die in de gegevens aanwezig zijn als gevolg van bewegingen van het onderwerp of veroorzaakt door de externe omgeving. Ga indien nodig opnieuw naar binnen in de MSR om eventuele kanaalverbindingen of de positie van het onderwerp op de MEG-stoel aan te passen. Het wordt aanbevolen om aantekeningen te maken van ongebruikelijke artefacten of gebeurtenissen tijdens de opnames, die indien nodig achteraf kunnen worden bekeken.
   1. Druk op de opnameknop op de EEG-gegevensverzamelingssoftware om de EEG-opname te starten. Druk op de opnameknop op de MEG-gegevensverzamelingssoftware om de MEG-opname te starten. Druk ten slotte op de startknop van de software van de stimulatiecomputer om visuele prikkels weer te geven of auditieve prikkels af te geven.
      OPMERKING: De stimulatiecomputer waarop de visuele (of auditieve) stimulussoftware draait, is aangesloten op het projectorspiegelsysteem buiten de MSR, dat kan worden in- of uitgeschakeld, afhankelijk van het type opname dat wordt uitgevoerd. Tijdens rust-/slaapopnames wordt het systeem uitgeschakeld omdat de proefpersoon rust of slaapt, maar het uitvoeren van de visuele stimulussoftware op de stimulatiecomputer helpt bij het timen van elke opnamesessie. Tijdens de visuomotorische taak, evenals tijdens de auditieve en somatosensorische stimulaties, wordt het systeem ingeschakeld door de proefpersoon in staat te stellen de stimuli of een video te observeren die op het scherm wordt geprojecteerd dat voor hem/haar is geplaatst terwijl de software actief is. Voor deze studie werden in totaal (i) 107 stimuli geselecteerd (d.w.z. 85 afbeeldingen over een dambordachtergrond en 22 dambordachtergronden) met een interval van ~4 s tussen elke stimulus voor de visuomotorische taak; (ii) 200 gemoduleerde piepgeluiden met een interstimulusinterval van 3 s voor de auditieve stimulatie; en (iii) 200 tactiele stimuli voor elke vinger (d.w.z. D1, D3 en D5) volgens een semi-willekeurige sequentie met een interstimulusinterval van ~1,5 s voor de somatosensorische stimulatie.
6. Om de opnames te stoppen, drukt u op de stopknop op de MEG-data-acquisitiesoftware en vervolgens op de stopknop op de EEG-data-acquisitiesoftware. Communiceer aan het einde van elke opnamesessie met de proefpersoon via de intercom om hem/haar gerust te stellen en als er geen kanaalverbindingen of positieaanpassingen binnen de MSR nodig zijn, ga dan verder met de volgende sessie.
   1. Selecteer voor de visuomotorische taak voor elke sessie verschillende visuele stimuli om de proefpersoon gemotiveerd en vermaakt te houden tijdens de opname.
7. Neem voor visuomotorische of rust-/slaapgegevens in totaal ~1 uur gelijktijdige MEG- en EEG-opname op, gekenmerkt door 5-6 sessies. Het aantal sessies kan echter per onderwerp verschillen. Neem verder in totaal ~20 minuten (1-2 sessies van elk ~10 minuten) en ~14 minuten (1-2 sessies van elk ~7 minuten) gelijktijdige MEG- en EEG-opname op voor respectievelijk de auditieve en somatosensorische stimulatiegegevens.
   OPMERKING: In dit onderzoek worden de MEG- en EEG-gegevens aan het einde van de opnames automatisch opgeslagen als respectievelijk .fif- en .mff-formaten in het IT-opslagsysteem van CCMC.
8. Wanneer de opname is afgelopen, voert u de MSR in om de proefpersoon te helpen opstaan uit de stoel of het bed en vraagt u hem/haar om op een stoel buiten de MSR te gaan zitten om zowel het EEG-net als de elektroden te verwijderen.
   1. Instrueer de proefpersoon om zijn/haar ogen te sluiten totdat anders wordt verteld en help hem/haar om het EEG-net te verwijderen door de kinbanden volledig los te maken en het net voorzichtig met twee handen uit te trekken (van het voorhoofd naar de achterkant van het hoofd van de proefpersoon) totdat het volledig is afgepeld. Zorg er tijdens deze stap voor dat u niet aan het haar van het onderwerp trekt tijdens het verwijderen van het net. Help de proefpersoon bovendien om de resterende elektroden (d.w.z. ECG, EOG en EMG in geval van visuomotorische taak) die eerder op zijn/haar huid zijn geplakt, voorzichtig te verwijderen.
9. Nadat het EEG-net en de elektroden zijn verwijderd, informeert u de proefpersoon (en zijn/haar ouders) dat alle procedures eindelijk zijn voltooid.
10. Nadat de proefpersoon de kamer heeft verlaten, maakt u de optische scanner (zoals beschreven in de gebruikershandleiding) zorgvuldig schoon en bewaart u deze in de beschermhoes.
    1. Reinig en desinfecteer de oppervlakken van alle apparatuur die tijdens de opnames wordt gebruikt (bijv. stoelen, bedden, bureaus) met door het ziekenhuis goedgekeurde waterstofperoxidedoekjes of desinfecterende spray en papieren handdoeken, doe de gebruikte dekens en handdoeken in de door het ziekenhuis verstrekte container en gooi al het gebruikte stuk tape weg.
    2. Bewaar de meetinstrumenten in de opbergkast en reinig de binnenkant van de elektrodebekers gevuld met geleidende pasta met houten wattenstaafjes onder stromend kraanwater.
    3. Om het EEG-net te spoelen, vult u de plastic emmer in de gootsteen met schoon, warm kraanwater en herhaalt u de volgende stappen in totaal vier keer.
       1. Dompel het EEG-net onder in het water en schud het EEG-net voorzichtig gedurende 10-20 s (of dompel het ~25 keer in en buiten de emmer).
       2. Giet het water uit de emmer af en vul de emmer opnieuw met schoon en warm kraanwater.
    4. Om het EEG-net te desinfecteren, vult u de plastic emmer in de gootsteen met de desinfecterende oplossing bestaande uit 2 qt lauw kraanwater en 1 el desinfectiemiddel en laat u het EEG-net er 10 minuten in weken. Spoel de emmer met de desinfecterende oplossing en volg het spoel- en afvoerproces drie keer om eventuele resten van de oplossing uit het EEG-net te verwijderen.
    5. Voor het spoel- of desinfectieproces haalt u het ondergedompelde EEG-net uit de emmer, droogt u het af door het overtollige water te verwijderen met behulp van een schone, droge handdoek en bewaart u het door het dicht bij de gootsteen te hangen.
11. Om interne en externe magnetische interferenties en meet-/bewegingsartefacten uit de MEG-gegevens te onderdrukken, past u de tijdelijke uitbreiding van de signaalruimtescheiding (tSSS)-methode toe op het MEG-.fif-bestand met onbewerkte gegevens.
    OPMERKING: De spatiotemporele Maxwell-filtering (tSSS) is ideaal voor het onderdrukken van storingsbronnen die zich binnen of zeer dicht bij de MEG-sensorarray bevinden, namelijk interne interferentie.
12. Bij het uitvoeren van gelijktijdige MEG- en EEG-opnames, lijnt u de coördinatensystemen van de twee acquisitieapparaten ruimtelijk uit ten opzichte van de anatomische oriëntatiepunten op het hoofd van de proefpersoon (Figuur 2A) en corrigeert u de lineaire klokafwijking tussen signalen die optreedt als gevolg van de mogelijke verschillende bemonsteringsfrequenties (Figuur 2B).
    OPMERKING: Tijdens de opnames kunnen zowel MEG- als EEG-signalen ook worden beïnvloed door langzame verschuivingen in de loop van de tijd als gevolg van mogelijke vertragingen bij het indrukken van de Start- en End-knoppen en door een interne klokafwijking die optreedt wanneer de triggers naar de MEG- en EEG-data-acquisitiesoftware worden verzonden. Om een nauwkeurige synchronisatie tussen deze signalen te garanderen, is een interne code in Python ontwikkeld die de triggergebeurtenissen die tijdens de data-acquisitie op beide systemen worden verzonden, gebruikt als gemeenschappelijk triggersignaal. De code bevat drie functies die beschikbaar zijn in de MNE-Python-softwarebibliotheek: twee functies die de MEG- en EEG-signalen lezen en één functie die informatie over de triggergebeurtenissen uit de signalen haalt, zoals kanaalnamen en tijdstempels (d.w.z. datum en tijd van het optreden van de gebeurtenis). Verschillen in tijd tussen het optreden van triggergebeurtenissen in elk signaal (d.w.z. delta) bepalen de lineaire klokafwijking in de tijd (Figuur 2B). Een gedetailleerde beschrijving van de ontwikkelde code wordt gegeven in de volgende stappen (zie 3.12.1-3.12.4).
    1. Gebruik het verschil tussen de eerste triggergebeurtenis die zich voordoet op elk signaal als offsetwaarde (d.w.z. het gedeelte dat moet worden bijgesneden van een van de twee signalen) om de opnamen uit te lijnen.
       OPMERKING: De functies mne.io.read_raw_fif en mne.io.read_raw_egi zetten de MEG- en EEG-opnamen om in een 2D-array-indeling, terwijl de mne.find_events-functie gebeurtenisinformatie uit de onbewerkte signalen haalt.
    2. Zodra deze eerste triggers zijn uitgelijnd, berekent u de correlatiecoëfficiënt van Pearson om de mate van correlatie tussen de signalen te beoordelen; P-waarden < 1 x ^10-6 worden aanbevolen om een perfecte uitlijning te garanderen.
       OPMERKING: De pearsorg-functie uit de scipy-bibliotheek schat de Pearson's correlatiecoëfficiënt tussen MEG- en EEG-signalen en de p-waarde van deze correlatie.
    3. Om deze correlatienauwkeurigheid te valideren, schat u de driftsnelheid tussen de twee signalen door een eerstegraads polynoom fit uit te voeren en gebruikt u de resulterende mate van ongelijkheid vertegenwoordigd door de coëfficiënt van de polynomiale functie om de signalen op de x-as van de polynomiale fitting opnieuw te bemonsteren (Figuur 2B).
       OPMERKING: De polyfit-functie uit de numpy-bibliotheek past de MEG- en EEG-signalen binnen een polynoomfunctie; Deze functie retourneert een coëfficiënt die de mate van ongelijkheid tussen de twee signalen weergeeft. De mne.resample-functie hersamplet de MEG- en EEG-signalen volgens de coëfficiënt van de polynoomfunctie.
    4. Nadat de resampling is voltooid, vergelijkt u de tijdstempels van de laatste triggergebeurtenis die zich op elk signaal voordoet en verwijdert u de tijdvensters die niet gebruikelijk zijn in zowel MEG- als EEG-signalen. Voeg ten slotte de gesynchroniseerde MEG- en EEG-signalen samen om een enkele opname te maken die wordt gekenmerkt door zowel MEG- als EEG-sensoren die kunnen worden gebruikt voor verdere analyse.
       OPMERKING: De mne.add_channels-functie voegt de twee signalen samen om één opname te maken.
13. Gebruik aan het einde van elke opname van ~1,5 uur in totaal 5-6 (elk ~10 minuten), 1-2 (elk ~10 minuten) en 1-2 (elk ~7 minuten) sessies gesynchroniseerde MEG- en EEG-opnames, respectievelijk voor de visuomotorische (en rustende/slapende), auditieve en somatosensorische stimulatiegegevens, voor de gegevensanalyse.
    OPMERKING: Idealiter moet de proefpersoon met de rechtermuisknop tikken voor drie visuomotorische opnamen en met de linkervinger tikken voor de overige drie visuomotorische opnamen.

4. Gegevensanalyse

1. In kaart brengen van de irriterende zone
   1. Genereer de 3D-corticale oppervlakken van de MRI van de proefpersoon met behulp van het corticale reconstructieproces van FreeSurfer, een open-source neuroimaging-tool voor het verwerken, analyseren en visualiseren van MR-beelden van het menselijk brein⁴⁶.
   2. Importeer de gereconstrueerde anatomie op Brainstorm, een open-source toepassing van MATLAB gewijd aan MEG- en EEG-gegevensvisualisatie en -verwerking⁴⁷, om de resultaten van de corticale reconstructie te visualiseren. Stel vanuit Brainstorm de fiduciale punten in (d.w.z. nasion, links/rechts preauriculair, anterieure/posterieure commissuur en interhemisferisch) op de geïmporteerde MRI die het coördinatensysteem van het onderwerp definiëren.
   3. Importeer het gelijktijdige MEG- en HD-EEG-signaal op Brainstorm en registreer de MEG- en EEG-sensoren op de MRI met behulp van het MRI-registratieproces om hun uitlijning aan te passen aan de gedigitaliseerde fiduciale punten. Projecteer indien nodig de EEG-sensoren op het corticale oppervlak.
   4. Open de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opname en inspecteer de onbewerkte gegevens visueel om slechte kanalen te verwijderen. Pas daarnaast de SSP-techniek (Signal-Space Projection) voor het corrigeren van artefacten toe die beschikbaar is in Brainstorm om biologische artefacten (bijv. hartslagen, oogflitsen) uit de opnamen te verwijderen.
   5. Pas notch- (50 of 60 Hz, afhankelijk van de interferentie van het elektriciteitsnet) en banddoorlaatfilters (1-70 Hz) toe op de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-gegevens.
   6. Selecteer delen van gegevens die interictale activiteit bevatten die wordt gekenmerkt door frequente IED's, zoals pieken en scherpe golven, en met minimale bewegingsartefacten (indien mogelijk).
      OPMERKING: IED's zijn voorbijgaande golfvormen die worden gekenmerkt door een temporele evolutie van <70 ms, een amplitude van >50 μV en een scherpe vorm die duidelijk kan worden onderscheiden van de achtergrondactiviteit in de frequentieband 1-70 Hz⁴⁸. Figuur 3A geeft een voorbeeld weer van delen van de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-signalen met frequente IED's die op beide opnames zichtbaar zijn.
   7. Markeer met de standaardweergave-instelling van 10 s per pagina de negatieve piek van elke IED die optreedt op zowel MEG- als EEG-opnamen (Figuur 3A), evenals op elke modaliteit afzonderlijk. Voordat u elke IED markeert, controleert u het topografische veld en de potentiaalkaarten voor respectievelijk de MEG en het EEG.
      OPMERKING: Spanningsverdelingen van extra tijdstippen tijdens de stijgende fase van elke IED, in plaats van de piek, moeten ook worden gecontroleerd om rekening te houden met mogelijke zich voortplantende epileptische activiteit⁴⁹. Meer informatie over het markeren van gebeurtenissen met interictale pieken met behulp van Brainstorm vindt u elders (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Epilepsy).
   8. Bereken een realistisch hoofdmodel, gedefinieerd als een drielaags (d.w.z. hoofdhuid, binnenste schedel en buitenste schedel) geometrisch model (Figuur 3B), met behulp van de OpenMEEG BEM-software (symmetrische grenselementmethode) die beschikbaar is in Brainstorm. Gebruik het MRI-volume als bronruimte (bronpuntraster met een ruimtelijke resolutie van 5 mm).
      OPMERKING: De OpenMEEG BEM-software maakt gebruik van de symmetrische grenselementmethode om een realistisch voorwaarts model te berekenen dat wordt gekenmerkt door de hoofdhuid (d.w.z. lucht-hoofdhuidinterface), de buitenste schedel (d.w.z. de hoofdhuid-schedel-interface) en de binnenste schedel (schedel-herseninterface). Als alternatieve oplossing kan de eindige-elementenmethode (FEM) worden gebruikt om het voorwaartse probleem op te lossen, omdat het een realistische onderwerpspecifieke weergave van de hoofdvolumegeleider mogelijk maakt. Uit de literatuur worden vaak de geleidbaarheidswaarden van het hoofdweefsel verondersteld en deze kunnen variëren afhankelijk van de leeftijd van de proefpersoon:⁵⁰ jaar. Om het voorwaartse model op te lossen met behulp van de FEM, berekent u het realistische hoofdmodel, gedefinieerd als een geometrisch model met drie tot vijf lagen (d.w.z. witte stof, grijze stof, hersenvocht, schedel en huid), met behulp van de DUNEuro FEM-software die beschikbaar is in Brainstorm 47,50,51. Meer details over de schatting van het voorwaartse model met behulp van FEM zijn elders te vinden (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro).
   9. Lokaliseer de onderliggende generatoren van de geselecteerde interictale pieken met behulp van de onbeperkte ECD-methode op de MEG-, EEG- en gecombineerde MEG- en EEG-sensorarray afzonderlijk. Om deze dipoolbronnen te lokaliseren, berekent u de ruiscovariantie van de MEG-opnamen in de lege kamer of stelt u deze in als een identiteitsmatrix.
      OPMERKING: Overweeg om bronlokalisatie uit te voeren op gemiddelde IED's met vergelijkbare spanningsverdelingen als een alternatieve benadering in het geval dat de SNR van IED's laag is¹².
   10. Voer de dipoolscanmethode uit die beschikbaar is in Brainstorm op de piek van elke IED die eerder is gemarkeerd om de meest significante brondipolen over het hele hersenvolume te selecteren. Selecteer alleen brondipolen met een goede pasvorm >60% en schat hun clusterheid die voor elke dipool is gedefinieerd als het aantal dipolen dat zich op 15 mm van het midden bevindt (Figuur 3C).
       OPMERKING: Meer details over de ECD-clusterheid zijn elders te vinden⁵².
2. In kaart brengen van de SOZ
   1. Genereer de 3D corticale oppervlakken van de MRI van de proefpersoon met behulp van het corticale reconstructieproces van FreeSurfer⁴⁶.
   2. Importeer de gereconstrueerde anatomie op Brainstorm⁴⁷ om de resultaten van de corticale reconstructie te visualiseren. Stel de fiduciale punten in op de geïmporteerde MRI die het onderwerpcoördinatensysteem definiëren.
   3. Importeer het gelijktijdige MEG- en HD-EEG-signaal (met de ictale gebeurtenis) op Brainstorm en registreer de MEG- en EEG-sensoren op de MRI met behulp van het MRI-registratieproces om hun uitlijning aan te passen aan de gedigitaliseerde fiduciale punten. Projecteer indien nodig de EEG-sensoren op het corticale oppervlak.
      OPMERKING: Als de proefpersoon tijdens de opnames een aanval kreeg, bekijk dan de aantekeningen die tijdens de opname zijn gemaakt om te beoordelen in welke sessie de ictale gebeurtenis is opgenomen.
   4. Open de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opname en inspecteer de onbewerkte gegevens visueel om slechte kanalen te verwijderen. Pas de SSP-artefactcorrectietechniek toe die beschikbaar is in Brainstorm⁴⁷ om biologische artefacten (bijv. hartslagen, oogknipperingen) uit de opname te verwijderen.
   5. Pas notch- (50 of 60 Hz, afhankelijk van de interferentie van het elektriciteitsnet) en banddoorlaatfilters (1-70 Hz) toe op de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-gegevens.
   6. Identificeer volgens de opnamenotities het begin van de aanval en het einde ervan (indien opgemerkt) en markeer deze gebeurtenissen op het signaal om het juiste deel van de gegevens te identificeren dat ictale epileptiforme ontladingen bevat. Voorbeelden van het begin van een aanval worden weergegeven in figuur 4 voor respectievelijk MEG en HD-EEG.
      OPMERKING: Wanneer een proefpersoon een aanval krijgt tijdens de MEG-acquisitie, is medisch personeel nodig om de proefpersoon onmiddellijk te helpen en spoedeisende zorg te verlenen. De duur van die gegevensgedeelten met ictale gebeurtenissen kan dus kort zijn.
   7. Markeer met behulp van de standaardweergave-instelling van 10 s per pagina de negatieve piek van elke uitbarsting van epileptiforme ontladingen (bijv. repetitieve pieken, scherpe golven of spike-golfcomplexen) die optreedt tijdens de ictale gebeurtenis op MEG en EEG, evenals op elke modaliteit afzonderlijk. Controleer vóór elke piekmarkering het topografische veld en de potentiaalkaarten voor respectievelijk de MEG en het EEG (Figuur 4A).
      OPMERKING: Aanvallen worden geclassificeerd als gegeneraliseerd of focaal, afhankelijk van waar ze beginnen. Hoewel afhankelijk van het epilepsiesyndroom, is een aanval een fenomeen van ten minste 10 s dat wordt gekenmerkt door repetitieve elektrische ontladingen die kunnen variëren in frequentie, amplitude en morfologie.
   8. Bereken het drielaagse (d.w.z. hoofdhuid, binnenste schedel en buitenste schedel) realistische hoofdmodel voor de MEG- en EEG-sensoren met behulp van de OpenMEEG BEM-software die beschikbaar is in Brainstorm. Gebruik het MRI-volume als bronruimte (bronpuntraster met een ruimtelijke resolutie van 5 mm).
      OPMERKING: Om het voorwaartse model op te lossen met behulp van de FEM, berekent u het realistische hoofdmodel, gedefinieerd als een geometrisch model met drie tot vijf lagen (d.w.z. witte stof, grijze stof, hersenvocht, schedel en huid), met behulp van de DUNEuro FEM-software die beschikbaar is in Brainstorm 47,50,51. Meer details over de schatting van het voorwaartse model met behulp van FEM zijn elders te vinden (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro).
   9. Lokaliseer de onderliggende generatoren van de geselecteerde ictale ontladingen met behulp van de onbeperkte ECD-methode op de MEG-, EEG- en gecombineerde MEG- en EEG-sensorarray afzonderlijk. Om deze dipoolbronnen te lokaliseren, berekent u de ruiscovariantie van de MEG-opnamen in de lege kamer of stelt u deze in als een identiteitsmatrix.
   10. Voer de dipoolscanmethode uit die beschikbaar is in Brainstorm op de piek van elke ictale golfvorm die eerder is gemarkeerd om de meest significante brondipolen over het gehele hersenvolume te selecteren. Selecteer alleen brondipolen met een goede pasvorm >60% en schat hun clusterheid (afstand van dipolen tot het midden van elke dipool ingesteld op 15 mm)⁵².
3. In kaart brengen van de welsprekende cortex
   1. Voer de eerder beschreven stappen 4.2.1-4.2.3 uit met behulp van de signalen die zijn geregistreerd tijdens de visuomotorische taak, evenals tijdens de auditieve en somatosensorische stimulaties.
   2. Open de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnamen en inspecteer de onbewerkte gegevens visueel om slechte kanalen te verwijderen. Pas voor elke sessie afzonderlijk de SSP-artefactcorrectietechniek toe die beschikbaar is in Brainstorm⁴⁷ om biologische artefacten (bijv. hartslagen, oogknipperingen) uit de opnamen te verwijderen. Bovendien kunt u al die gegevenssegmenten die zijn geïnfecteerd met artefacten die niet kunnen worden gebruikt voor verdere analyse, weggooien of markeren als 'Ongeldig interval'.
   3. Pas notch- (50 of 60 Hz, afhankelijk van de interferentie van het elektriciteitsnet) en banddoorlaatfilters (1-100 Hz) toe op de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-gegevens.
   4. Om de motorische cortex in kaart te brengen, opent u de EMG-signalen die zijn opgenomen van de FDI- en APB-elektroden en markeert u handmatig de tikgebeurtenis die door de proefpersoon wordt uitgevoerd, afzonderlijk voor de rechter- en linkerhand, door de eerste piek van spieractivering te selecteren die verschilt van de basislijn op de FDI-paarelektrode. Voer deze stap voor elke sessie afzonderlijk uit met behulp van Brainstorm⁴⁷.
      OPMERKING: Gebruik het tabblad Filter alleen voor visualisatie bij Brainstorm en selecteer frequentiebereiken (bijv. hoogdoorlaat: 30 Hz; laagdoorlaat: 300 Hz; inkeping: 60 Hz) die kunnen helpen om de pieken van de EMG-activiteit correct te markeren tijdens het tikken. De naam van de evenementen moet in alle sessies hetzelfde zijn; Gebeurtenissen waarbij de proefpersoon met de rechtermuisknop (of linkervinger) tikte, kunnen bijvoorbeeld worden aangeduid als 'Tap_right' (of 'Tap_left'). Deze stap stelt ons in staat om een unieke analyse uit te voeren op hetzelfde type gebeurtenis dat zich in alle sessies heeft voorgedaan.
   5. Importeer van elke sessie de gebeurtenissen die plaatsvinden op artefactvrije segmenten door de volgende parameters te selecteren: visuele stimuli: [-200; +500] ms tijdvenster, inclusief de basislijn van [-200; 0] ms vóór het begin van de stimulus; Tikgebeurtenissen: [-1500; +1000] ms tijdvenster, inclusief de basislijn van [-1500; -1000] ms vóór het begin van de visuele stimulus; Gemoduleerde CHIRP-geluiden: [-500; +1000] ms tijdvenster, inclusief de basislijn van [-500; 0] ms vóór het begin van de stimulus; en tactiele stimuli: [-100; +500] ms tijdvenster, inclusief de basislijn van [-100; 0] ms vóór het begin van de stimulus.
   6. Zodra de gebeurtenissen van een specifieke taak uit alle sessies zijn geïmporteerd, past u de gemiddelde referentiemontage toe om de SNR op de EEG-gegevens te verhogen en schat u het gemiddelde over stimuli om de door de gebeurtenis opgeroepen velden en potentialen te verkrijgen. In het geval van motorische taken (d.w.z. tikken) en tactiele stimulatie wordt deze laatste stap respectievelijk voor de rechter- en linkerhand uitgevoerd.
      OPMERKING: Panelen A en B van Figuur 5, Figuur 6, Figuur 7 en Figuur 8 tonen voorbeelden van visuele, motorische, auditieve en somatosensorisch opgewekte reacties, respectievelijk, voor MEG en EEG en hun relatieve topografische veld en potentiaalkaarten. Het totale aantal stimuli voor een specifieke taak is strikt afhankelijk van het aantal voltooide sessies; In het geval van motorische taak is dit aantal ook afhankelijk van de correct uitgevoerde taptaak.
   7. Bereken voor de visuele, motorische, auditieve of somatosensorisch opgewekte velden en potentialen het drielaagse (d.w.z. hoofdhuid, binnenschedel en buitenste schedel) realistische hoofdmodel voor de MEG- en EEG-sensoren met behulp van de OpenMEEG BEM-software die beschikbaar is in Brainstorm. Gebruik het 3D-corticale oppervlak als bronruimte.
      OPMERKING: Om het voorwaartse model op te lossen met behulp van de FEM, berekent u het realistische hoofdmodel, gedefinieerd als een geometrisch model met drie tot vijf lagen (d.w.z. witte stof, grijze stof, hersenvocht, schedel en huid), met behulp van de DUNEuro FEM-software die beschikbaar is in Brainstorm 47,50,51. Meer details over de schatting van het voorwaartse model met behulp van FEM zijn elders te vinden (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro).
   8. Bereken voor elk veld en potentieel dat door een gebeurtenis wordt opgeroepen, de corticale bronnen op de gemiddelde gebeurtenissen met behulp van dSPM die is geïmplementeerd in de Brainstorm-toolbox voor de MEG-, EEG- en gecombineerde MEG- en EEG-sensorarray afzonderlijk. Stel de ruiscovariantiematrix in met behulp van de pre-stimulus basislijnperiode die specifiek is voor elke taak (zie stap 4.3.5).
   9. Extraheer, afhankelijk van de taak, de maximale corticale bronnen die zijn waargenomen in het welsprekende hersengebied dat betrokken is [primaire visuele cortex (V1), primaire motorische cortex (M1), primaire auditieve cortex (A1) of primaire somatosensorische cortex (S1)] die kunnen worden gedefinieerd met behulp van een atlas of door de reconstructie van een virtuele sensor (d.w.z. interessegebied, ROI) op die locatie (Figuur 5C, Figuur 6C, Figuur 7C en Figuur 8C).
   10. Voer de Morlet-wavelet-tijdfrequentie-decompositie uit op het door de gebeurtenis opgeroepen veld en mogelijke bronnen in het welsprekende hersengebied dat betrokken is (V1, M1, A1 of S1) met een lineaire schaal (frequentiebereik: 1:1:100 Hz).
       OPMERKING: Om opgewekte oscillaties te schatten die tijd- en fasegebonden zijn aan het begin van de stimulus, wordt het MEG/EEG-signaal in eerste instantie gemiddeld over gebeurtenissen en wordt het vervolgens onderworpen aan tijd-frequentieanalyse^53,54.
   11. Voer standaardisatie uit van de corticale bronkaarten met behulp van de gebeurtenisgerelateerde verstoringsmethode die beschikbaar is in Brainstorm om ze te normaliseren ten opzichte van de basislijn (zie stap 4.3.5), afzonderlijk voor elke gebeurtenis (Figuur 5D, Figuur 6D, Figuur 7D en Figuur 8D).
       OPMERKING: Standaardisatie van bronkaarten met behulp van gebeurtenisgerelateerde verstoringen is een normalisatiemaat voor tijd-frequentievermogenskaarten die de afwijking van het gemiddelde ten opzichte van de basislijn in procenten schat. Meer details over dit standaardisatieproces zijn elders te vinden (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/TimeFrequency#Normalized_time-frequency_maps).
4. Validering
   1. Verkrijg extra-operatieve iEEG-registratie door de implantatie van subdurale roosters en/of diepte-elektroden. Het aantal, het type en de plaatsing van intracraniële elektroden worden bepaald door het multidisciplinaire epilepsieteam op basis van de klinische hypothese die is gegenereerd door de optelling van informatie die is verkregen uit de niet-invasieve diagnostische tests van de preoperatieve evaluatie.
      OPMERKING: Als onderdeel van de preoperatieve evaluatie wordt extra-operatieve iEEG gedurende meerdere dagen geregistreerd via een digitaal EEG-systeem met behulp van een bemonsteringsfrequentie van 1.024 Hz.
   2. Identificeer de SOZ zoals gedefinieerd door een deskundige epileptoloog op basis van de klinische informatie die beschikbaar is voor elke proefpersoon.
      OPMERKING: De SOZ wordt gedefinieerd als het hersengebied dat de eerste ondubbelzinnige ictale elektrografische ontlading vertoont, die verschilt van de achtergrondactiviteit die kan optreden voorafgaand aan of gelijktijdig met het klinisch gedefinieerde ictale begin. Alle kanalen die betrokken zijn bij deze ictale elektrografische ontlading worden beschouwd als SOZ-contacten, zelfs als ze aanvallen vastleggen die afkomstig zijn van verschillende hersengebieden.
   3. Markeer tijdens de ictale gebeurtenis die op iEEG wordt geregistreerd de piek van elke uitbarsting van epileptiforme ontladingen die optreedt bij elke intracraniële elektrode en voer bronlokalisatie uit op deze ictale gebeurtenissen met behulp van de ECD-methode zoals eerder beschreven in stappen 4.1.7-4.1.10.
   4. Vergelijk de iEEG-lokalisatieresultaten met betrekking tot de klinisch gedefinieerde SOZ als de gouden standaard voor de bronlokalisatieresultaten.

Resultaten

Pediatrische patiënten met DRE werden gerekruteerd uit de epilepsiekliniek van het Jane and John Justin Institute for Mind Health, Cook Children's Health Care System (CCHCS). Hier worden gegevens gepresenteerd van drie representatieve patiënten: (i) een 10-jarige vrouw, (ii) een 13-jarige man en (iii) een 10-jarige vrouw.

Geval 1: Een 10-jarig vrouwtje werd opgenomen met epileptische aanvallen vanaf de leeftijd van drie jaar. De patiënt leed aan dagelijkse aanvallen, zelfs na de toediening van 8 ASM's. De eerste aanvallen werden gekenmerkt door oogafwijking (onduidelijke kant) en gedragsstilstand. Later ervoer de patiënt dagelijkse aanvallen van ~30 s die werden gekenmerkt door ictaal pruilen ("chapeau de gendarme"-teken), hoofdafwijking naar links en bilaterale tonische armverstijving (rechteroverheersing). Langdurig video-EEG onthulde twee clusters van asymmetrische tonische aanvallen met hoofdafwijking naar links, gevolgd door haar linkerarm die omhoog kwam. Drie tonische aanvallen werden ook waargenomen tijdens het slapen, met frequente runs van gegeneraliseerde snelle polyspikes en langzame golven met intermitterende oogopening, opwaartse blik en verhoging van de linker- of rechterarm. Deze polyspikes en langzame slaapgolven waren meestal prominent aanwezig vanuit de linker middelste temporale kwab. MRI van de hersenen toonde de volgende multifocale dysplasieën: (i) focale corticale dysplasie (FCD) met transmantelteken (type II FCD), (ii) rechter parietooccipitale junctie FCD, en (iii) linker temporale pool FCD. Positronemissietomografie (PET) toonde hypometabolisme aan in de linker pariëtale kwab, de linker temporale kwab en de rechter parietooccipitale junctie die overeenkomt met de brandpunten van de signaalafwijking (d.w.z. FCD) op het MRI-onderzoek. De patiënt werd gediagnosticeerd met hardnekkige epilepsie, met stereotiepe semiologie van chapeau gevolgd door tonische armverstijving, wat wijst op mogelijke mesiale frontale of insulaire/temporele aanvang. Uitgebreide bilaterale stereo-EEG (sEEG) exploratie werd aanbevolen door zich te richten op de frontale kwab, cingulate, insula en die regio's van dysplasie. Tijdens iEEG-monitoring had de patiënt typische aanvallen met "chapeau de gendarme" gevolgd door tonische verhoging/flexie van de rechter of linker bovenste extremiteit, gekenmerkt door diffuse EEG-aanvang, maximaal over de bilaterale voorste insula. Multifocale IED's werden meestal waargenomen aan de rechter en linker voorste temporale kwab en dorsolaterale frontale cortex, inclusief de bilaterale insula. ESI uitgevoerd op iEEG-opname bevestigde de locatie van SOZ, die klinisch bilateraal was gedefinieerd op de linker en rechter dorsolaterale frontale cortex en anterieure insula.

Als onderdeel van de preoperatieve evaluatie werd bronlokalisatie uitgevoerd op de gelijktijdige MEG- en HD-EEG-gegevens. MEG- en HD-EEG-opnames duidden op frequente IED's in beide frontotemporale regio's. Figuur 3A toont een representatief voorbeeld van een IED op zowel MEG- als HD-EEG-gegevens; Topografisch veld en mogelijke kartering van beide modaliteiten duidden op een mogelijke onderliggende bron in het rechter frontotemporale gebied. ESI duidde op een verspreide cluster van dipolen die gebieden van de rechter en linker frontotemporale en pariëtale kwabben bedekten. MSI toonde een focale cluster van dipolen in de rechter frontotemporale kwab, gelegen nabij de rechter insula. EMSI gaf focale clusters van dipolen aan in de bilaterale frontotemporale regio's, in lijn met ESI uitgevoerd op de iEEG gouden standaard, wat de klinische waarnemingen bevestigde (Figuur 3C). Deze dipolen geschat door EMSI toonden een gemiddelde afstand tot de iEEG-gedefinieerde SOZ van 9,81 mm (mediaan: 11,18; std: 2,37).

Geval 2: Een 13-jarige man met hardnekkige epilepsie werd opgenomen met aanvallen vanaf de leeftijd van negen jaar. Aanvallen begonnen met een aura, gevolgd door een naar links gerichte hoofd-/oogafwijking met soms behoud van bewustzijn en focale clonus van het hoofd naar links, duren ~30 s en kwamen meerdere keren per week voor. Geen van de voorgeschreven ASM's bereikte de controle over de aanval. Uit het langdurige video-EEG zagen we rechter posterieure temporale spikes en frequente spike-golfontladingen in de rechterhersenhelft waarbij de middelste temporale, frontotemporale, temporopariëtale en centropariëtale cortex betrokken waren. De patiënt had zes elektroklinische aanvallen die werden gekenmerkt door een gedragsverandering, hoofd-/oogafwijking naar links met extensie van de linkerarm, en soms clonische activiteit van de linkerarm, en drie aanvallen met secundaire bilaterale convulsieve activiteit. De maximale aanvang was aan de rechter middelste temporale kwab met een evolutie in de rechter frontotemporale kwab. MRI van de hersenen toonde een uitgebreide misvorming van de cortex in de rechter hersenhelft (overheersend perisylvië) en een mild volumeverlies in de rechter hersenhelft met ex vacuo-dilatatie van de rechter laterale ventrikel. De patiënt werd gediagnosticeerd met hardnekkige epilepsie met aanvang in de rechterhersenhelft, waarbij de voorkeur werd gegeven aan het begin van de temporale en perisylvische ziekte in het gebied van diffuse corticale malformatie. Stereo-EEG werd uitgevoerd om de mate van betrokkenheid af te bakenen, waarbij elektroden in de rechter temporale, perisylviaanse, insulaire en parietooccipitale cortex werden geplaatst. Tijdens de iEEG-monitoring werden verschillende elektroklinische focale aanvallen vastgelegd met maximale aanvang in een breed gebied van de rechter frontotemporale kwab. ESI uitgevoerd op iEEG-gegevens lokaliseerde deze aanvallen in een meer focaal gebied dat zowel het rechter temporale (nabij de rechter middelste temporale gyrus) als het perisylvische gebied omvatte.

Als onderdeel van de preoperatieve evaluatie werden gelijktijdige MEG en HD-EEG uitgevoerd, waarbij de patiënt twee aanvallen ervoer: één terwijl hij op de houten stoel zat tijdens het digitaliseringsproces en één die werd vastgelegd tijdens de daadwerkelijke opname waarbij het begin zichtbaar was op zowel MEG als HD-EEG (Figuur 4A). Topografische, veld- en potentiaalkaarten bij het ictale begin gaven aan dat de onderliggende generator van het begin van de aanval zich mogelijk in de rechter middelste temporale kwab bevindt, zoals weergegeven in figuur 4A. Bronlokalisatie op de ictale gebeurtenis presenteerde verschillende bevindingen voor ESI en MSI: ESI toonde dipolen gelokaliseerd in de richting van de rechter frontotemporale en centropariëtale kwabben, terwijl MSI dipolen vertoonde met een hoge clusterheid, voornamelijk aan de rechter temporale kwab (Figuur 4B), met extra verspreide dipolen in de frontotemporale cortex. Door deze oplossingen te combineren, onthulde EMSI lokalisatie van het ictale begin in de temporale kwab die overeenstemt met de ESI op de iEEG-goudstandaard (Figuur 4B). In het bijzonder presenteerde EMSI lokalisatieresultaten met een gemiddelde afstand tot de SOZ gedefinieerd door de iEEG-monitoring van 12,21 mm (mediaan: 13,62; std: 2,37).

Geval 3: Een 15-jarige vrouw met lokalisatiegerelateerde idiopathische epilepsie werd opgenomen met aanvallen vanaf de leeftijd van 13 jaar, maar mogelijk op 8-9 achteraf, toen ze werd gediagnosticeerd met tics als gevolg van repetitieve, stereotiepe nekbewegingen. De patiënt had korte kantelingen van het hoofd naar links die soms overgingen in focale dyscognitieve aanvallen met hypermotorisch gedrag (d.w.z. gegeneraliseerde tonisch-clonische aanvallen), evenals nachtelijke convulsieve aanvallen. Verschillende ASM's werden toegediend zonder volledige controle over de aanvallen te bereiken. Tijdens langdurige video-EEG-monitoring had de patiënt focale elektroklinische aanvallen met secundaire generalisatie met aanvang in de linker posterieure temporale kwab, talrijke korte focale motorische aanvallen met kanteling van het hoofd naar links en een subtiele elektrografische aanval met aanvang in de linker centropariëtale cortex. MRI van de hersenen toonde geen acute intracraniële afwijking en een Chiari I-malformatie. Positronemissietomografie-computertomografie (PET-CT) onderzoek van het hoofd resulteerde negatief. Aanvullende tests, zoals ictale single-photon emission CT (SPECT), gelijktijdige MEG en HD-EEG, röntgenfoto's van de cervicale wervelkolom, magnetische resonantie-angiografie (MRA) van het hoofd en de nek, en uiteindelijk sEEG-exploratie van de linkerhersenhelft, werden aanbevolen.

Als onderdeel van de evaluatie nam de patiënt deel aan gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames voor het in kaart brengen van welsprekende hersengebieden, zoals de primaire visuele, motorische, auditieve en somatosensorische cortex. Aanvankelijk voerde de patiënt een visuomotorische taak uit, gevolgd door auditieve en somatosensorische stimulaties. De eerste corticale respons op de visuele stimulatie trad op ~70 ms na het begin van de stimulus voor zowel MEG als HD-EEG (Figuur 5A). Figuur 5B rapporteert het topografische veld en potentiële kaarten van de corticale locaties die betrokken zijn bij de visuele stimulatie voor respectievelijk MEG en HD-EEG. Voor HD-EEG werd een verandering van polariteit waargenomen in de kanalen die de occipitale hersengebieden bestrijken, terwijl een complexere veldverdeling werd gevonden in dezelfde gebieden voor MEG (Figuur 5B). Bronlokalisatie met behulp van dSPM onthulde een focale corticale activiteit op dit tijdstip in de volgende hersengebieden van de Desikan-Killiany-atlas: (i) cuneus voor MSI; (ii) laterale occipitale cortex voor ESI; en iii) cuneus en laterale occipitale cortex voor EMSI (Figuur 5C). Tijdfrequentieanalyse van visuele corticale responsen onthulde een gebeurtenisgerelateerde synchronisatie (ERS) in de gammafrequentieband voor MSI (geschat bereik: 30-50 Hz), ESI (geschat bereik: 40-50 Hz) en EMSI (geschat bereik: 30-50 Hz) (Figuur 5D). Voor de motorisch opgewekte responsen werd onderdrukking van de mu-ritme-activiteit waargenomen over de contralaterale M1 tijdens het begin van de beweging (Figuur 6A). In Figuur 6B, rapporteerden we het topografieveld en de potentiaalkaarten van de hersengebieden die tijdens de motorische taak werden geactiveerd voor respectievelijk MEG en HD-EEG. MEG-veldkaarten toonden duidelijke veranderingen van magnetische instroom en uitstroom in de contralaterale centrale hersengebieden, wat kan duiden op een onderliggende focale generator in de contralaterale M1 (Figuur 6B). HD-EEG-potentiaalkaarten toonden een verandering van focale polariteit in dezelfde gebieden, met elektrische potentialen loodrecht op de magnetische velden (Figuur 6B). De pieken van maximale bronactivering werden waargenomen tijdens het uitvoeren van de taptaak op de contralaterale precentrale gyrus van de Desikan-Killiany-atlas voor respectievelijk MSI, ESI en EMSI, zoals weergegeven in Figuur 6C. Motorische corticale responsen die optraden tijdens de anticipatie op de komende klopbeweging toonden ERS in bèta- en gammabanden voor MSI (ongeveer bereik: 20-30 Hz) en EMSI (ongeveer bereik: 20-40 Hz) en gammaband voor ESI (ongeveer bereik: 30-50 Hz), in de literatuur aangeduid als mu rhythm suppression (Figuur 6D).^55,56 Auditief opgewekte velden en potentialen als reactie op auditieve stimulatie hadden een maximale positieve piek op ~80 ms en ~120 ms na de stimulus aanvangsafgifte voor respectievelijk MEG en HD-EEG (Figuur 7A). In Figuur 7B, rapporteerden we het topografische veld en potentiële kaarten van de corticale locaties die betrokken zijn bij de auditieve stimulatie voor respectievelijk MEG en HD-EEG. Bij zowel MEG als HD-EEG werd een duidelijke polariteitsverandering waargenomen met duidelijk gedefinieerde negatieve en positieve polen bij de sensoren die de linker temporale hersengebieden bestrijken; deze kaarten van het loodrechte magnetische veld en de elektrische potentiaal kunnen een onderliggende focale generator in V1 onthullen (Figuur 7B). Bij het uitvoeren van bronlokalisatie op de gemiddelde auditief opgewekte velden en potentialen, werd maximale corticale activering waargenomen aan de transversale temporale gyrus en het achterste deel van de superieure temporale gyrus van de Desikan-Killiany-atlas voor respectievelijk MSI, ESI en EMSI (Figuur 7C). Tijdfrequentieanalyse van auditief opgewekte reacties onthulde ERS in de gammaband voor MSI (ongeveer bereik: 40-60 Hz) en EMSI (ongeveer bereik: 35-50 Hz), en bèta- en gammafrequentiebanden (ongeveer bereik: 25-60 Hz) voor ESI (Figuur 7D). Ten slotte observeerden we de eerste corticale activiteit als reactie op de tactiele stimulatie op ~60 en ~50 ms na het begin van de stimulus voor respectievelijk MEG en HD-EEG (Figuur 8A). In Figuur 8B, rapporteerden we het topografieveld en de potentiaalkaarten van de hersengebieden die werden geactiveerd tijdens de somatosensorische stimulatie voor respectievelijk MEG en HD-EEG. MEG-veldkaarten toonden een duidelijke polariteitsverandering met duidelijke veranderingen van de magnetische flux bij sensoren die de contralaterale pariëtale gebieden bestrijken, terwijl HD-EEG-potentiaalkaarten een minder duidelijke verandering van polariteit vertoonden in dezelfde gebieden met een sterkere positieve pool dan de negatieve. Deze kaarten van het loodrechte magnetische veld en de elektrische potentiaal kunnen wijzen op een focale corticale generator in S1. Met behulp van dSPM op de gemiddelde somatosensorisch opgewekte responsen werd maximale corticale bronactiviteit op dit tijdstip waargenomen binnen de contralaterale postcentrale gyrus van de Desikan-Killiany-atlas voor respectievelijk MSI, ESI en EMSI (Figuur 8C). Als reactie op de tactiele stimuli wordt ERS in bèta- en gammafrequentiebanden voor MSI (geschat bereik: 15-40 Hz) en EMSI (geschat bereik: 20-40 Hz) en gammafrequentieband voor ESI (geschat bereik: 30-40 Hz) (Figuur 8D) werden ook waargenomen.

Figuur 1: Experimentele opstelling voor gelijktijdige MEG en HD-EEG bij CCHCS. (A) HD-EEG (256 kanalen) en MEG (306 sensoren) systemen met het portaal van de MEG ingesteld op een rugligging (90°, horizontale positie) voor een opname in rust-/slaaptoestand met behulp van het niet-magnetische MEG-compatibele bed. De technicus bereidt het onderwerp (een 9-jarig meisje) voor op de opname en zorgt voor veiligheid en comfort. (B) HD-EEG- en MEG-systemen die zijn ingesteld voor een opname in zittende positie met behulp van de niet-magnetische MEG-compatibele stoel. De technicus bereidt het onderwerp voor op de opname en zorgt tegelijkertijd voor de juiste positie van het onderwerp voor het scherm waar visuele prikkels worden geprojecteerd tijdens de visuomotorische taak. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Technische aspecten van het combineren van gegevens van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames met behulp van verschillende acquisitiesystemen. (A) Ruimtelijke uitlijning (co-registratie) van MEG- en HD-EEG-sensoren in hetzelfde coördinatensysteem (gedefinieerd door de hoofdcoördinaten van de proefpersoon) voor een representatief onderwerp (een 9-jarig meisje). De hoofdcoördinaten van de proefpersoon worden weergegeven door de volgende fiduciale punten: nasion (groen gekleurd) en links/rechts preauriculaire punten (respectievelijk rood en blauw gekleurd). De 306 MEG-sensoren (blauwgekleurd) - 102 magnetometers en 204 vlakke gradiometers - en de spoelen van de hoofdpositie-indicator (HPI) (magentakleurig) worden weergegeven; uitgelijnd in hetzelfde coördinatensysteem, worden de 256 HD-EEG-kanalen ook weergegeven (roze gekleurd). (B) Linkerpaneel: Lineaire drift (d.w.z. delta, weergegeven als een zwarte lijn) van gegevensmonsters die optreedt tussen MEG- en HD-EEG-systemen voor een representatief onderwerp (een 9-jarig meisje). Delta wordt gedefinieerd als de absolute waarde van het verschil tussen de tijden waarin dezelfde trigger naar zowel MEG- als EEG-systemen wordt gestuurd en in de loop van de tijd continu toeneemt: van lage (delta = 0 ms) tot hoge (delta = 197 ms) waarden. De correctie van de lineaire drift die wordt geschat met behulp van een polynoomfunctie die op de signalen moet worden toegepast, wordt weergegeven met een blauwe stippellijn. Gecorrigeerde drift (delta ~0 ms in de tijd) die een gesynchroniseerde tijd tussen MEG- en EEG-systemen vertegenwoordigt, wordt weergegeven met een rode stippellijn. Rechterpaneel: Grafische weergave van de geschatte tijdverschuiving (delta = 197 ms) voor de laatste trigger die naar zowel MEG- als EEG-systemen is verzonden, wordt weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Interictale epileptiforme ontladingen (IED's) op MEG- en HD-EEG-gegevens. (A) Tijdsgedeelte van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opname (10 s) van een 10-jarige vrouw (geval 1) met frequente IED's. Een subgroep van de 306 MEG-sensoren en 256 EEG-elektroden is geselecteerd voor visualisatiedoeleinden. Topografische veld- en potentiaalkaarten op de piek van een IED worden weergegeven als binnenpanelen voor respectievelijk MEG en HD-EEG. (B) Locatie van MEG- en HD-EEG-sensoren (geelgekleurd) die mede zijn geregistreerd op het 3D-hoofd en de corticale (blauwgekleurde) oppervlakken van de proefpersoon. Realistisch grenselementmethode (BEM) hoofdmodel bestaande uit drie lagen [d.w.z. hoofdhuid (grijs), buitenste schedel (geelgekleurd) en binnenste schedel (roze)] gereconstrueerd op basis van de preoperatieve MRI van de proefpersoon. (C) Resultaten van bronlokalisatieclusterheid uitgevoerd op IED's met behulp van equivalente stroomdipool (ECD) worden weergegeven op de preoperatieve MRI van de proefpersoon voor ESI, MSI, EMSI en ESI op iEEG (gouden standaard)⁵². Heatmaps van dipoolclustering met een goodness-of-fit >60% worden weergegeven van lagere (blauwe) tot hogere (rode) waarden. De aanvalszone gedefinieerd door ESI uitgevoerd op iEEG-gegevens werd beschouwd als de gouden standaard (oranje en groene cirkels). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Begin van de aanval op MEG- en HD-EEG-gegevens. (A) Tijdsgedeelte van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opname (10 s) van een 13-jarige man (geval 2) met het begin van de aanval (rode pijl). Een subgroep van de 306 MEG-sensoren en 256 EEG-elektroden is geselecteerd voor visualisatiedoeleinden. Topografische, veld- en potentiaalkaarten bij het begin van het ictal worden weergegeven als binnenpanelen voor respectievelijk MEG en HD-EEG. (B) Resultaten van bronlokalisatieclusterheid uitgevoerd bij het begin van de ictale gebeurtenis met behulp van de equivalente stroomdipool (ECD)-methode worden weergegeven op de preoperatieve MRI van de proefpersoon voor ESI, MSI, EMSI en ESI op iEEG (gouden standaard)⁵². Heatmaps van dipoolclustering met een goodness-of-fit >60% worden weergegeven van lagere (blauwe) tot hogere (rode) waarden. De aanvalszone gedefinieerd door ESI uitgevoerd op iEEG-gegevens werd beschouwd als gouden standaard (blauwe cirkel). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Visueel opgewekte velden en potentialen van MEG- en HD-EEG-gegevens. (A) Gemiddelde visueel opgewekte responsen van een 15-jarige vrouw voor MEG (bovenste paneel) en HD-EEG (onderste paneel) worden weergegeven voor het tijdsinterval tussen -100 ms en 300 ms. (B) Topografische veld- en potentiaalkaarten van de primaire visuele cortex worden weergegeven voor MEG en HD-EEG, respectievelijk. (C) Bronactiveringskaarten met maximale amplitudes van corticale activering in hersengebieden van de Desikan-Killiany-atlas (namelijk cuneus en laterale occipitale cortex) geschat met behulp van de dynamische statistische parametrische mapping (dSPM)-methode voor respectievelijk MSI, ESI en EMSI. Heatmaps van de bronactivering (dSPM genormaliseerde z-score) worden weergegeven. (D) Tijdfrequentiekaarten verkregen met behulp van Morlet-wavelet-tijdfrequentiedecompositie op de visueel opgewekte reacties in de primaire visuele cortex worden weergegeven voor het tijdvenster van -100 ms tot 300 ms. Heatmaps van het tijd-frequentievermogen, uitgedrukt in percentages op basis van de afwijking van de genormaliseerde gegevens van het gemiddelde over de basislijn [-200; 0] ms, worden weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Motorisch opgewekte velden en potentialen van MEG- en HD-EEG-gegevens. (A) Gemiddelde motorisch opgewekte responsen van een 15-jarige vrouw voor MEG (bovenste paneel) en HD-EEG (onderste paneel) worden weergegeven voor de linker index-taptaak in het tijdsinterval tussen -100 en 300 ms. Het elektromyografiesignaal (EMG) (middenpaneel) met het begin van de beweging (paarse pijl) wordt weergegeven voor een tijdsinterval tussen -100 ms en 300 ms; het signaal wordt gefilterd in de frequentieband 30-300 Hz (Notch-filter: 60 Hz). (B) Topografisch veld en potentiaalkaarten van de primaire motorische cortex worden weergegeven voor respectievelijk MEG en HD-EEG. (C) Bronactiveringskaarten met maximale amplitudes van corticale activering in de contralaterale precentrale gyrus van de Desikan-Killiany-atlas, geschat met behulp van de dynamische statistische parametrische mapping (dSPM)-methode voor respectievelijk MSI, ESI en EMSI. Heatmaps van de bronactivering (dSPM genormaliseerde z-score) worden weergegeven, samen met de centrale sulcus (zwarte lijn). (D) Tijdfrequentiekaarten verkregen met behulp van Morlet-wavelet-tijdfrequentie-decompositie op de door de motor opgewekte reacties in de primaire motorische cortex voor het tijdvenster van -300 ms tot 500 ms. Heatmaps van het tijd-frequentievermogen, uitgedrukt in percentages op basis van de afwijking van de genormaliseerde gegevens van het gemiddelde over de basislijn [-1500; -1000] ms, worden weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Auditief opgewekte velden en potentialen uit MEG- en HD-EEG-gegevens. (A) Gemiddelde auditief opgewekte responsen van een 15-jarige vrouw voor MEG (bovenste paneel) en HD-EEG (onderste paneel) worden weergegeven voor het tijdsinterval tussen -100 ms en 300 ms. (B) Topografieveld en potentiaalkaarten van de primaire auditieve cortex worden weergegeven voor respectievelijk de MEG en HD-EEG. (C) Bronactiveringskaarten met maximale amplitudes van corticale activering op de transversale temporale gyrus en het achterste deel van de superieure temporale gyrus van de Desikan-Killiany-atlas, geschat met behulp van de dynamische statistische parametrische mapping (dSPM)-methode voor respectievelijk MSI, ESI en EMSI. Heatmaps van de bronactivering (dSPM genormaliseerde z-score) worden weergegeven. (D) Tijdfrequentiekaarten verkregen met behulp van Morlet-wavelet-tijdfrequentiedecompositie op de auditief opgewekte reacties in de primaire auditieve cortex voor het tijdvenster van -100 tot 300 ms. Heatmaps van het tijd-frequentievermogen, uitgedrukt in percentages op basis van de afwijking van de genormaliseerde gegevens van het gemiddelde over de basislijn [-500; 0] ms, worden weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 8: Somatosensorisch opgewekte velden en potentialen van MEG- en HD-EEG-gegevens. (A) Gemiddelde somatosensorisch opgewekte responsen van een 15-jarige vrouw voor MEG (bovenste paneel) en HD-EEG (onderste paneel) worden weergegeven voor stimulatie van de linker cijfers in het tijdsinterval tussen -100 en 300 ms. (B) Topografische veld- en potentiaalkaarten van de primaire somatosensorische cortex worden weergegeven voor de MEG en HD-EEG, respectievelijk. (C) Bronactiveringskaarten met maximale amplitudes van corticale activering in de contralaterale postcentrale gyrus van de Desikan-Killiany-atlas, geschat met behulp van de dynamische statistische parametrische mapping (dSPM)-methode voor respectievelijk MSI, ESI en EMSI. Heatmaps van de bronactivering (dSPM genormaliseerde z-score) worden weergegeven, samen met de centrale sulcus (zwarte lijn). (D) Tijdfrequentiekaarten verkregen met behulp van Morlet-wavelet-tijdfrequentiedecompositie op de somatosensorisch opgewekte reacties in de primaire somatosensorische cortex voor het tijdvenster van -100 ms tot 300 ms. Heatmaps van het tijd-frequentievermogen, uitgedrukt in percentages op basis van de afwijking van de genormaliseerde gegevens van het gemiddelde over de basislijn [-100; 0] ms, worden weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

In deze studie illustreren we de experimentele opzet om gelijktijdige MEG en HD-EEG op te nemen bij kinderen met DRE terwijl ze rusten/slapen, een taak uitvoeren of stimuli ontvangen, en stellen we een methodologisch kader voor voor het lokaliseren van de irriterende zone, SOZ en welsprekende hersengebieden met behulp van EMSI, evenals individuele MSI en ESI. We bieden verder technische aanbevelingen voor het samenvoegen van MEG- en HD-EEG-gegevens van verschillende in de handel verkrijgbare producten die unieke kenmerken hebben. We presenteren gegevens van drie casussen om het klinische nut van EMSI bij de lokalisatie van epileptogene en welsprekende hersengebieden te verbeteren. De bevindingen hier geven aan dat EMSI-resultaten beter presteren dan die verkregen door beide modaliteiten alleen, hoogstwaarschijnlijk vanwege de toegevoegde waarde van de complementaire eigenschappen van MEG- en EEG-signalen in de gecombineerde oplossing en mogelijk vanwege het grotere aantal sensoren dat wordt gebruikt voor het registreren van de gegevens (>550 sensoren). In het bijzonder lokaliseerde EMSI niet-invasief de irriterende en SOZ's met concordante bevindingen als ESI op de iEEG-gouden standaard, wat de klinische observaties bevestigde.

De voorgestelde methodologie omvat de volgende cruciale stappen: (i) hoogwaardige registratie van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames (d.w.z. hoge SNR) met hoge ruimtelijke bemonstering van sensoren (>550 sensoren) die de gehele hersenen bestrijken van interictale en ictale activiteiten, evenals visuele, motorische, auditieve en somatosensorisch opgewekte velden en potentialen, van kinderen met DRE (stappen 3.1-3.2); (ii) temporele synchronisatie en ruimtelijke co-registratie van MEG- en HD-EEG-signalen die zijn geregistreerd met verschillende acquisitiesystemen (stap 3.12); (iii) zorgvuldige voorverwerking en selectie van gegevensgedeelten die respectievelijk interictale activiteit bevatten (stappen 4.1.1-4.1.7), ictale aanvangsactiviteit (stappen 4.2.1-4.2.7) en gebeurtenisgerelateerde reacties (stappen 4.3.1-4.3.6); en (iv) nauwkeurige bronlokalisatie van de irriterende zone, SOZ en spraaksprekende hersengebieden van belang met behulp van betrouwbare bronlokalisatiemethoden (bijv. ECD's met clustering en dSPM) (stappen 4.1.8-4.1.9, 4.2.8-4.2.9 en 4.3.7-4.3.9, respectievelijk).

De meest kritische stap bij het uitvoeren van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames is het ruimtelijk (uitlijning tussen coördinatenruimten) en tijdelijk (correctie van de lineaire klokdrift) synchroniseren van de gegevens die door de twee acquisitiesystemen zijn geregistreerd. Een dergelijke synchronisatie is cruciaal om de juiste identificatie te garanderen van interictale, ictale en visuele/motorische/auditieve/tactiele gebeurtenissen die tegelijkertijd optreden in de MEG- en HD-EEG-signalen. Fouten in de selectie van tijdstippen van deze gebeurtenissen kunnen de bronlokalisatieresultaten beïnvloeden en gebieden van de hersenen identificeren die niet noodzakelijkerwijs betrokken zijn bij het genereren van deze gebeurtenissen.

MEG-systemen bieden vaak compatibele 32-, 64- en 128-kanaals EEG-systemen die in het product zijn ingebouwd voor het uitvoeren van gelijktijdige MEG- en EEG-metingen. In deze gevallen is het niet nodig om de gegevens tijdelijk te synchroniseren door gemeenschappelijke triggersignalen te verzenden. Evenzo zijn de meeste EEG-systemen tegenwoordig compatibel met alle MEG-systemen. Ondanks deze vooruitgang in hardware, voeren slechts enkele epilepsiecentra gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames uit als onderdeel van de preoperatieve evaluatie. Hier hebben we geprofiteerd van een dergelijke integreerbaarheid en hebben we de 306-kanaals MEG- en 256-kanaals EEG-systemen gecombineerd om tegelijkertijd de hersenactiviteit te registreren met >550 sensoren die het hoofd van de proefpersoon bestrijken. Tot nu toe zijn er maar weinig software beschikbaar voor geavanceerde analyse van MEG-, HD-EEG- en iEEG-gegevens (bijv. Brainstorm, CURRY, EEGLab, FieldTrip, MNE of NUTMEG). Toekomstige studies zijn daarom nodig om de voorgestelde methodologie te valideren met nieuwe software voor neuroimaging-analyse. Ten slotte verhoogde de combinatie van MSI en ESI in een unieke oplossing (EMSI) de computationele complexiteit van de data-analyse.

De beschreven methode heeft een aantal beperkingen die in toekomstige studies moeten worden aangepakt. We hebben handmatig IED's geselecteerd die voorkomen op zowel MEG- als HD-EEG-gegevens van twee representatieve patiënten, terwijl we interictale pieken negeerden die optraden in slechts één van de twee signalen (MEG of EEG). Handmatige selectie van spikes kan een tijdrovende en subjectieve benadering zijn die kan worden vereenvoudigd met behulp van geautomatiseerde benaderingen voor het detecteren van IED's die de afgelopen decennia zijn ontwikkeld^57,58,59. Visuele inspectie wordt echter altijd aanbevolen voor een zorgvuldige analyse en verfijnde detectie van elke IED. Verder hebben we de SOZ gebruikt als approximator van de EZ. Toch voorspelt de SOZ niet altijd chirurgische uitkomsten^60,61,62,63. Toekomstige studies kunnen daarom de chirurgische uitkomst gebruiken als grondwaarheid voor een nauwkeurigere afbakening van de EZ^{13,14,15,16,17,19,20}. Hoewel aanvallen met succes kunnen worden vastgelegd met behulp van gelijktijdige MEG en EEG en gelokaliseerd met behulp van geschikte bronlokalisatietechnieken^44,64, is het betrekkelijk zeldzaam om dergelijke ictale voorvallen in de klinische praktijk te registreren, vooral van poliklinische patiënten die ASM's gebruiken. Dit is voornamelijk te wijten aan de beperkte duur van MEG-opnames en de overmatige lichaamsbewegingen die optreden tijdens aanvallen (bijv. het hoofd van de patiënt gleed uit de dewar), die biologische artefacten kunnen veroorzaken die de bevindingen van de bronlokalisatie ernstig kunnen beïnvloeden. In een recente recensie, Stefan et al. rapporteerde het optreden van aanvallen tijdens MEG-opnames bij 7%-24% van de patiënten, met een gemiddelde opnametijd van 30 minuten tot 5,7 uur in verschillende onderzoeken⁶⁵. Bij CCMC hadden 18 van de 89 (20,2%) patiënten ictale gebeurtenissen vastgelegd tijdens gelijktijdige MEG- en HD-EEG-opnames die in de afgelopen ~2 jaar waren uitgevoerd. Slechts 8 van de 18 (44,4%) patiënten werden echter met succes geanalyseerd. In gevallen waarin interictale MEG-opnames normale of niet-overtuigende bevindingen laten zien, kan ictale MEG of HD-EEG worden gebruikt om de EZ met hoge precisie te lokaliseren. Er moet echter worden voldaan aan de technische en logistieke vereisten voor deze opnamen. Bovendien werden de representatieve gegevens voor de lokalisatie van de welsprekende cortex via EMSI niet vergeleken met gouden standaarden voor lokalisatie van deze functionele hersengebieden, zoals niet-invasieve fMRI of intraoperatieve elektrocorticale stimulatie. Verder onderzoek kan daarom EMSI en fMRI integreren in de richting van een multimodaal niet-invasief beeldvormingsinstrument om de lokalisatienauwkeurigheid van deze welsprekende hersengebieden bij kinderen met DRE te verbeteren. Dit werk kan ook worden uitgebreid om andere functionele hersengebieden te lokaliseren, zoals de taalsprekende regio's. Lokalisatie van taalfuncties is van cruciaal belang tijdens de preoperatieve evaluatie van patiënten met DRE om hun chirurgische kandidatuur te bepalen, de omvang van chirurgische resectie te plannen en permanente postoperatieve functionele tekorten te voorkomen⁶⁶. Verschillende niet-invasieve onderzoeken hebben aangetoond dat het in kaart brengen van talen met behulp van MEG concordante resultaten kan opleveren, vergelijkbaar met de invasieve Wada-test, die vaak wordt beschouwd als de gouden standaard voor het identificeren van het dominante taalhalfrond^67,68,69,70. Een recente studie heeft een multimodale benadering voorgesteld waarbij de combinatie van verschillende technieken (d.w.z. het in kaart brengen van corticale stimulatie, elektrocorticografie met hoog gamma, fMRI en transcraniële magnetische stimulatie) wederzijdse, bevestigende en complementaire informatie kan bieden voor preoperatieve taalkartering⁷¹. Ondanks deze voordelen is het in kaart brengen van taalgebieden nog steeds een uitdaging bij pediatrische patiënten die vanwege hun leeftijd cognitieve, intellectuele en taalbarrières hebben. Daarom moeten er in de nabije toekomst meer leeftijdsspecifieke taken en kindvriendelijke opstellingen worden ontwikkeld. In dit werk hebben we MEG- en HD-EEG-gegevens geanalyseerd met behulp van software die niet is gecertificeerd voor klinische doeleinden. Hoewel is bewezen dat deze hulpmiddelen waardevol en effectief zijn, brengen ze aansprakelijkheidskwesties met zich mee waarmee rekening moet worden gehouden bij het rapporteren van preoperatieve evaluatiebevindingen voor klinisch gebruik. Hier beschrijven we procedures voor HD-EEG-opnames met alleen op spons gebaseerde EEG-elektrodesystemen. Alternatieve systemen met behulp van op gel gebaseerde EEG-elektroden worden veel gebruikt in zowel klinische als onderzoeksomgevingen. Hoewel ze hogere SNR EEG-opnames bieden, vereisten ze een langere voorbereidingstijd (~40-60 min) en zijn ze dus minder geschikt voor pediatrisch gebruik. Als alternatief gebruiken verschillende laboratoria EEG-systemen op basis van gel met een lage dichtheid tijdens de MEG-opnames, wat voordelig is in termen van voorbereidingstijd (vergeleken met HD-EEG-systemen), maar ze bieden een aanzienlijk lagere ruimtelijke resolutie vanwege het verminderde aantal elektroden dat de hele hoofdhuid bedekt^12,16,72,73.

Op dit moment wordt de lokalisatie van de epileptogene hersengebieden bij patiënten met epilepsie nog voornamelijk bereikt met iEEG-monitoring. Bovendien is de methodologie voor de precieze lokalisatie van welsprekende hersengebieden slecht gedefinieerd en zijn de experimentopstellingen die momenteel in MEG-laboratoria worden gebruikt ongeschikt voor pediatrische patiënten, terwijl het gebruik van HD-EEG voor dit doel zeer beperkt is. Nauwkeurige lokalisatie van deze gebieden kan de preoperatieve evaluatie vergemakkelijken en de chirurgische planning voor resectie of plaatsing van iEEG-elektroden verbeteren. Tot nu toe hebben verschillende studies de bijdrage van ESI of MSI onderzocht in de preoperatieve evaluatie van patiënten met DRE en focale epilepsie voor de identificatie van de EZ 12,13,14,15,16,17,18,19 en welsprekende gebieden van de somatosensorische cortex ⁴¹respectievelijk. Er zijn maar weinig onderzoeken die betere bronlokalisatieresultaten en uitkomstvoorspellingsprestaties hebben aangetoond met behulp van EMSI in vergelijking met MSI of ESI alleen 13,31,42. Ondanks deze bevindingen wordt de registratie van MEG en EEG zelden gelijktijdig uitgevoerd en worden MSI en ESI geïmplementeerd in slechts enkele epilepsiecentra wereldwijd. Voor zover wij weten, is dit de eerste studie die suggesties geeft voor het verzamelen en analyseren van gelijktijdige MEG- en HD-EEG-gegevens, evenals het uitvoeren van EMSI bij pediatrische epilepsie voor de niet-invasieve identificatie van de irriterende zone, SOZ, en welsprekende hersengebieden, namelijk primaire visuele, motorische, auditieve en somatosensorische cortex.

Hier voerden we EMSI uit op interictale pieken en ictale gebeurtenissen gedetecteerd op gelijktijdige niet-invasieve gegevens van twee patiënten met DRE (gevallen 1 en 2) en bereikten we een bronlokalisatiefout van respectievelijk ~9 mm en ~12 mm van de SOZ, in lijn met eerdere onderzoeken⁴². Indrukwekkend is dat een dergelijke methode een lokalisatienauwkeurigheid bereikte die vergelijkbaar is met de intracraniële bevindingen (d.w.z. ESI op iEEG-gegevens), met geclusterde dipolen gelokaliseerd in het hersengebied die door de klinische observaties als epileptogeen werden aangeduid (Figuur 3C en Figuur 4B). Met behulp van niet-invasieve gegevens van een derde representatieve patiënt met DRE (casus 3), voerden we ook EMSI uit op visuele, motorische, auditieve en somatosensorisch opgewekte activiteiten en vonden we prominente bronactiveringspatronen in de overeenkomstige welsprekende hersengebieden (d.w.z. visuele, motorische, auditieve en somatosensorische cortex) (Figuur 5C, Figuur 6C, Figuur 7C en Figuur 8C).

Onze resultaten zijn afgeleid van de samensmelting van aanvullende informatie die is vastgelegd uit MEG- en EEG-modaliteiten die de lokalisatienauwkeurigheid kunnen verbeteren. Het is bekend dat EEG alle intracraniale stromen reflecteert, terwijl MEG meestal gevoelig is voor tangentiële bronnen en blind is voor diepe hersenbronnen^29,74. Zoals in deze studie is aangetoond, kan het combineren van MEG en EEG daarom de beperkingen van elke modaliteit overwinnen, superieure lokalisatieresultaten opleveren en epileptogene en welsprekende hersengebieden identificeren die ESI of MSI mogelijk hebben gemist als ze alleen werden gebruikt. Bovendien presenteren we een alternatieve niet-invasieve benadering voor het in kaart brengen van welsprekende hersengebieden met behulp van EMSI bij patiënten die geen fMRI hebben ondergaan tijdens hun preoperatieve evaluatie.

De lokalisatie van epileptogene en welsprekende hersengebieden met behulp van niet-invasieve technieken, zoals gelijktijdige MEG en EEG, is een essentiële stap tijdens de preoperatieve evaluatie van kinderen met DRE voor volledige verwijdering of ontkoppeling van de EZ met behoud van welsprekende corticale gebieden. De voorgestelde methodologie biedt een gedetailleerde beschrijving van de verwerving en analyse van gelijktijdige MEG- en EEG-gegevens die de toepassing ervan ondersteunen, niet alleen bij de preoperatieve epilepsie-evaluatie, maar ook in cognitieve neurowetenschappen voor het onderzoeken van fysiologische functies van de gezonde hersenen bij zowel typisch ontwikkelende kinderen als gezonde volwassenen, evenals morfologische en functionele hersenveranderingen geassocieerd met epilepsie of andere neurologische aandoeningen. Toekomstige studies die epileptogene hersennetwerken onderzoeken, kunnen ook beoordelen of netwerkhubs (d.w.z. sterk verbonden hersengebieden) die niet-invasief worden geschat met behulp van EMSI op gelijktijdige MEG- en HD-EEG-gegevens, de EZ nauwkeuriger kunnen lokaliseren bij kinderen met DRE dan die geschat met alleen MSI en/of ESI 75,76,77. Bovendien kan het niet-invasief in kaart brengen van spatiotemporele voortplantingen van pieken en rimpelingen (d.w.z. hoogfrequente oscillaties, >80 Hz), geschat door EMSI, helpen om de pathofysiologische mechanismen van de voortplanting van epileptiforme activiteit beter te begrijpen en op niet-invasieve wijze de aanvangsgenerator van deze voortplantingen te beoordelen, die een nauwkeurige biomarker is van de EZ^78,79. Het gepresenteerde protocol kan helpen om de complementariteit van MEG- en EEG-systemen verder te onderzoeken door de gevoeligheid van MEG- en EEG-sensorarrays voor bronnen van verschillende oriëntaties te onderzoeken. Een dergelijke analyse kan inzicht geven in de elektrofysiologische eigenschappen van de hersenen tijdens het gelijktijdig uitvoeren van MEG en HD-EEG.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
AIRSTIM unit	SD Instruments	N/A	Het SDI AIRSTIM-systeem is een alternatieve ongeconditioneerde stimulus voor shock
Baby Shampoo	Johnson's	N/A	Baby Shampoo is net zo zacht voor de ogen als puur water en is speciaal ontworpen om het delicate haar en de hoofdhuid van baby's voorzichtig te reinigen.
Control III desinfecterende reinigingsoplossing	Maril Products, Inc.	http://www.controlthree.com/	Desinfecterende en kiemdodende oplossing geformuleerd voor ziekenhuizen
Elekta Neuromag	TRIUX	NM24132A	Uitgebreid bio-elektromagnetisch meetsysteem gekenmerkt door een 306-kanaals neuromagnetometer voor functionele hersenstudies
FASTRAK	Polhemus technology	NS-7806	Met behulp van AC-elektromagnetische technologie levert FASTRAK nauwkeurige positie- en oriëntatiedata, vrijwel zonder latentie. Met een enkele magnetische bron levert FASTRAK data voor maximaal vier sensoren. De bron zendt een elektromagnetisch veld uit, sensoren binnen het bereik worden gevolgd in volledige 6DOF (6 vrijheidsgraden). De installatie is eenvoudig en intuïtief, zonder dat gebruikerskalibratie vereist is.
Genuine Grass Herbruikbare Cup EEG Elektroden	Natus Medical, Inc.	N/A	Elke Genuine Grass EEG-elektrode ondergaat rigoureuze mechanische en elektrische tests om een lange levensduur te garanderen voor onovertroffen opnamehelderheid en betrouwbaarheid.
Geodesic Sensor Net	Electrical Geodesics, Inc.	S-MAN-200-GSNR-001	32 tot 256 elektroden om op het menselijk hoofd te plaatsen om dicht-array elektro-encefalografiegegevens te verkrijgen
GeoScan Sensor Digitalisatie Systeem	Electrical Geodesics, Inc.	8100550-03	Handscanner en software voor 3D elektrode positieregistratie
Natus Xltek NeuroWorks	Natus Medical, Inc.	https://natus.com/	Het Natus NeuroWorks-platform vereenvoudigt het proces van het verzamelen, bewaken en beheren van gegevens voor routine EEG-testen, ambulante EEG, langdurige bewaking, ICU-bewaking en onderzoeksstudies.
Natus NeuroWorks EEG Software	Natus Medical, Inc.	https://natus.com/neuro/neuroworks-eeg-software/	NeuroWorks EEG-software vereenvoudigt het proces van het verzamelen, bewaken, trenden en beheren van EEG-testgegevens, waardoor zorgverleners tijd kunnen besparen en zich kunnen concentreren op het leveren van de beste zorg.
ROSA ONE Brain	Zimmer Biomet	https://www.zimmerbiomet.com/nl/producten-en-oplossingen/zb-edge/robotica/rosa-brain.html	ROSA ONE Brain is een robotoplossing om chirurgen te helpen bij het plannen en uitvoeren van complexe neurochirurgische ingrepen via een kleine booropening in de schedel.
Ten20 Conductive Paste	Weaver and company	N/A	Ten20 bevat de juiste balans tussen hechting en geleidbaarheid, waardoor de elektroden op hun plaats blijven terwijl de overdracht van elektrische signalen mogelijk is.