Name: A Multimodal Imaging- e baseada Estimulação método de avaliação de conectividade relacionadas com o cérebro Excitabilidade em doentes com epilepsia (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Aprenda a avaliar a hiperexcitabilidade cortical em pacientes com epilepsia usando conectividade funcional em repouso, TMS guiada por RM e EEG simultâneo. Este método identifica redes epileptogênicas e auxilia no diagnóstico.

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Os autores gostariam de agradecer a Emily L. Thorn, B.A., por sua ajuda com a Seção de estimativa de fonte de atividade elétrica evocada. O MMS foi apoiado por um prêmio KL2 / Catalyst Medical Research Investigator Training da Harvard Catalyst / The Harvard Clinical and Translational Science Center (Centro Nacional de Recursos de Pesquisa e Centro Nacional para o Avanço das Ciências Translacionais, Prêmio dos Institutos Nacionais de Saúde KL2 TR001100). O CJC foi apoiado por uma doação do National Institutes of Health (5K12NS066225). A APL foi apoiada em parte por doações da Fundação Sidney R. Baer Jr., dos Institutos Nacionais de Saúde (R01 HD069776, R01 NS073601, R21 MH099196, R21 NS082870, R21 NS085491, R21 HD07616) e Harvard Catalyst / The Harvard Clinical and Translational Science Center (NCRR e NCATS, NIH UL1 RR025758). O BSC foi apoiado pelo Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (R01 NS073601).

MMS, SWG, CJC e BSC não têm nada a divulgar. A APL atua nos conselhos consultivos científicos da Nexstim, Neuronix, Starlab Neuroscience, Neuroelectrics e Neosync, e está listada como inventora em várias patentes emitidas e pendentes sobre a integração em tempo real da estimulação magnética transcraniana (TMS) com eletroencefalografia (EEG) e ressonância magnética (MRI).

Descansando em estado conectividade funcional MRI foi usado para identificar a conectividade de rede no cérebro humano, e para identificar alterações de conectividade que ocorrem em diferentes estados de doença 26,31,32. No entanto, como conectividade funcional fMRI se baseia na identificação correlações no sinal BOLD e, como alterações de oxigenação do sangue têm uma relação não-trivial com a atividade neural subjacente, o significado causal e relevância fisiológica desses achados conectividade fMRI não é cl...

A estimulação magnética transcraniana (TMS) é um meio de forma não invasiva estimular regiões do córtex através da indução eletromagnética. Em TMS, uma grande mas limitada espacialmente fluxo magnético é usado para induzir um campo eléctrico numa área cortical alvo, e assim modular a actividade do tecido neural subjacente. TMS para o motor do córtex resultado em potenciais evocados motores que podem ser medidos perifericamente através de eletromiografia (EMG). Quando aplicado em pares ou em tripletos de impulsos, TMS pode ser usado para avaliar a actividade de circuitos GABAérgicos e glutaminérgicos intracortical 1-3 específicos, e assim avaliar o equilíbrio de excitação e de inibição in vivo em pacientes humanos. Na epilepsia, especificamente, estudos de TMS têm mostrado que a hiperexcitabilidade cortical está presente em pacientes com epilepsia 4,5, e pode normalizar com a terapia bem sucedida droga anti-epiléptico e, assim, prever a resposta à medicação 6. Além disso, medidas de TMS de ex corticalcitability mostrar valores intermediários em pacientes com uma única apreensão 7 e em irmãos de pacientes com ambas as epilepsias focais idiopáticas generalizadas e adquiridas 8. Estas descobertas sugerem que as medidas TMS de excitabilidade cortical pode permitir-nos identificar endofenótipos para a epilepsia. No entanto, a sensibilidade e especificidade destas medidas são limitadas, provavelmente porque TMS-EMG só poderá ser avaliado com a estimulação de motoras circuitos corticais, e muitos pacientes com epilepsia têm focos de apreensão fora do córtex motor. Electroencefalográfica (EEG) fornece uma oportunidade para medir directamente a resposta cerebral a TMS, e pode ser utilizado para avaliar a reactividade cerebral através de grandes áreas do neocórtex. Estudos integrando TMS com EEG (TMS-EEG) mostraram que TMS produz ondas de atividade, que se repercutem em todo o córtex 9,10 e que são reprodutíveis e confiáveis 11-13. Ao avaliar a propagação da atividade evocadaem diferentes estados comportamentais e em diferentes tarefas, TMS-EEG foi utilizado para sondar a conectividade causalmente eficaz dinâmica de redes cerebrais humanos 10,14-16. Medidas TMS-EEG mostraram alterações significativas em doenças que vão desde a esquizofrenia 17 a TDAH 18, e em distúrbios de consciência tais como estado vegetativo persistente 19. Além disso, vários grupos identificaram correlatos EEG do pulso emparelhado métricas TMS-EMG que são anormais em pacientes com epilepsia 20,21. De particular relevância, estudos anteriores também sugeriram que a actividade de EEG anormal evocadas por estimulação é observado em pacientes com epilepsia 22-25. Outra forma de avaliar os circuitos cerebrais é através de descanso estado conectividade funcional MRI (rs-fcMRI), uma técnica que avalia as correlações ao longo do tempo no nível de oxigenação do sangue sinal dependente (BOLD) de diferentes regiões do cérebro 26. estudos que utilizamRS-fcMRI demonstraram que o cérebro humano está organizada em diferentes redes de regiões que interagem 26-29, doenças neuropsiquiátricas que podem ocorrer dentro de grandes redes neurais específicas distribuídos identificados pela RS-fcMRI 30, e que as redes cerebrais identificados através RS- fcMRI são frequentemente anormal em estados de doenças neuropsiquiátricas 31,32. Em termos de aplicações clínicas potenciais, rs-fcMRI tem várias vantagens sobre baseada em tarefas de aplicação fMRI convencional 33, incluindo uma menor dependência em matéria de cooperação assunto e preocupação com o desempenho variável. Consequentemente, tem havido recentemente uma explosão de estudos explorando alterações RS-fcMRI em diferentes estados de doença. No entanto, uma das limitações do RS-fcMRI é a dificuldade em determinar se e como correlações (ou anticorrelations) no sinal negrito referem-se às interacções electrofisiológicos que formam a base da comunicação neuronal. Um problema relacionado é que é often claro se os RS-fcMRI mudanças observadas em vários estados de doença têm um significado fisiológico. Em particular no que diz respeito a epilepsia, não está claro se anormalidades no rs-fcMRI são unicamente devido a transientes epileptiformes interictais, ou existem independentemente de tais anormalidades eletrofisiológicas; simultânea EEG-fMRI é necessária para ajudar a avaliar entre estas possibilidades 34. Como TMS pode ser usado para produzir alterações transitórias ou sustentados nas ativações de diferentes regiões corticais, estudos TMS fornecer um meio de avaliar causalmente o significado de diferentes padrões de conectividade fMRI de descanso do estado. Uma abordagem é a utilização de RS-fcMRI para orientar os esforços de estimulação terapêuticos em diferentes estados de doença; que poderia ser esperado que a TMS dirigida às regiões que estão funcionalmente ligados a domínios que se sabe estarem envolvidos em vários estados de doença é mais provável que seja terapeuticamente eficaz do que o TMS dirigida às regiões sem tais functioconectividade nal, e na verdade vários estudos descobriram evidências preliminares para este 35,36. Outra abordagem seria envolver o uso de TMS-EEG para avaliar causalmente o significado fisiológico de padrões fcMRI diferente de descanso do estado. Especificamente, pode-se testar a hipótese de que as regiões que mostram conectividade funcional anormal num estado de doença específico deverá mostrar uma resposta diferente à estimulação nos pacientes do que em indivíduos saudáveis, e que essas anormalidades fisiológicas estão presentes especificamente (ou principalmente) com a estimulação do anormalmente região ligada. Para ilustrar o acima, nós fornecemos um exemplo de um estudo recente em que rs-fcMRI, TMS e EEG foram combinados para explorar hiperexcitabilidade cortical em pacientes com epilepsia devido ao desenvolvimento anomalia cerebral heterotopia nodular periventricular (PNH) 37. Os pacientes com HPN presente clinicamente com epilepsia adolescent- ou adulto-início, deficiência de leitura e inte normaislligence, e têm nódulos anormais de matéria cinzenta adjacentes aos ventrículos laterais em neuroimagem 38,39. Estudos anteriores demonstraram que estes nódulos periventriculares de matéria cinzenta heterotópica são estruturalmente e funcionalmente ligada a focos discretos no neocórtex 40,41, e que as convulsões epilépticas podem ser provenientes de regiões neocorticais, a matéria cinzenta heterotópica, ou ambos, simultaneamente, 42, sugerindo que epileptogï¿½ese esses pacientes é um fenômeno circuito. Usando descanso estado fc-MRI para orientar TMS-EEG, demonstramos que pacientes com epilepsia ativa devido a PNH tem evidência de hiperexcitabilidade cortical, e que esta hiperexcitabilidade parece ser limitada às regiões com conectividade funcional anormal para os nódulos profundos. O protocolo é realizado em duas sessões separadas. Durante a primeira sessão, sequências de contraste de MRI sangue-oxigenação estrutural e de descanso estado de nível-dependentes (negrito) são adquiridos(Para pacientes), ou apenas a sequências de ressonância magnética estrutural (para os controles saudáveis). Entre as primeira e segunda sessões, a análise funcional conectividade-estado de repouso é utilizado para definir os alvos corticais para os pacientes, e coordena a MNI são obtidos para estes alvos. Os alvos corticais equivalentes (com base no MNI coordenadas) são, então, identificados para cada assunto de controle saudável. Na segunda sessão, os dados são obtidos TMS-EEG. No exemplo dado neste documento, análises de ressonância magnética funcional de suporte e conectividade foram realizadas utilizando um conjunto de ferramentas de software in-house e do software RM 43,44. Neuro-navegado TMS foi realizada com um estimulador magnética transcraniana com tempo real MRI neuronavegação. EEG foi gravado com um sistema TMS compatível com 60 canais, que utiliza um circuito sample-and-hold para evitar a saturação do amplificador pelo TMS. Os dados de EEG foram analisados usando scripts personalizados e o EEGLAB caixa de ferramentas 45 (versão 12.0.2.4b) em execução no MATLAB R2012b.

<table><tbody><tr>Scanner <td></td><td></td><td></td>de <td>ressonância magnética</td></tr><tr><td>3T Software</td><td></td><td></td><td></td>de conectividade funcional de ressonância magnética</tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td> de visualização de imagens de ressonância magnética <td>MRICron</td></tr><tr><td>Estimulador magnético transcraniano</td><td>Nexstim</td><td>eXimia Stimulator</td><td>Pode usar estimuladores de outros fornecedores, e.g., Magventure, Magstim Sistema de</td></tr><tr><td>neuronavegação para ressonância magnética</td><td>Nexstim</td><td>NBS v3.2.1</td><td>Sistema alternativo de neuronavegação por ressonância magnética, e.g., Brainsight, Localite</td></tr><tr><td>Sistema de EEG compatível com TMS</td><td>Nexstim</td><td>Eximia EEG</td><td>Alternativas: Produtos cerebrais, Synamps, ANT</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>R2012b</td><td>Alternativas: Software</td></tr><tr><td></td> Octave EEGLab <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Minimum Norm Estimate (MNE)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Surfista</td><td></td><td></td><td></td> Livre</tr></tbody></table>

a multimodal imaging- e baseada estimulação método de avaliação de conectividade relacionadas com o cérebro excitabilidade em doentes com epilepsia

A Multimodal Imaging- and Stimulation-based Method of Evaluating Connectivity-related Brain Excitability in Patients with Epilepsy

A ressonância magnética de conectividade funcional em estado de repouso (rs-fcMRI) é uma técnica que identifica a conectividade entre diferentes regiões do cérebro com base em correlações ao longo do tempo no sinal dependente do nível de oxigenação do sangue. rs-fcMRI tem sido aplicado extensivamente para identificar anormalidades na conectividade cerebral em diferentes doenças neurológicas e psiquiátricas. No entanto, a relação entre as anormalidades da conectividade rs-fcMRI, a eletrofisiologia cerebral e o estado da doença é desconhecida, em parte porque o significado causal das alterações na conectividade funcional na fisiopatologia da doença não foi estabelecido. A Estimulação Magnética Transcraniana (EMT) é uma técnica que usa indução eletromagnética para produzir de forma não invasiva mudanças focais na atividade cortical. Quando combinado com eletroencefalografia (EEG), o TMS pode ser usado para avaliar a resposta do cérebro a perturbações externas. Aqui, fornecemos um protocolo para combinar rs-fcMRI, TMS e EEG para avaliar o significado fisiológico das alterações na conectividade funcional em pacientes com doença neuropsiquiátrica. Fornecemos resultados representativos de um estudo publicado anteriormente no qual rs-fcMRI foi usado para identificar regiões com conectividade anormal em pacientes com epilepsia devido a uma malformação do desenvolvimento cortical, heterotopia nodular periventricular (HPN). A estimulação em pacientes com epilepsia resultou em atividade anormal de EEG evocada por EMT em relação à estimulação dos mesmos locais em pacientes de controle saudáveis pareados, com um aumento anormal no componente tardio do potencial evocado por EMT, consistente com hiperexcitabilidade cortical. Essa anormalidade foi específica para regiões com conectividade funcional anormal em estado de repouso. A análise da fonte elétrica em um indivíduo com convulsões previamente registradas demonstrou que a origem da atividade anormal evocada por EMT co-localizava com a zona de início da convulsão, sugerindo a presença de um circuito epileptogênico. Esses resultados demonstram como rs-fcMRI, TMS e EEG podem ser utilizados juntos para identificar e compreender o significado fisiológico da conectividade cerebral anormal em doenças humanas.

Descansando em estado conectividade funcional fMRI pode ser usado para identificar regiões do córtex que demonstram alta conectividade funcional com os heterotópicos periventriculares cinza nódulos matéria (Figura 1), e regiões de controle, sem essa conectividade. Para determinar se essa conectividade funcional anormal tem um significado fisiológico, a região cortical com a atividade de descanso estado correlacionada pode ser escolhido como o &quot;conectados&quot; locai...

A ressonância magnética de conectividade funcional em estado de repouso identificou anormalidades em pacientes com uma ampla gama de distúrbios neuropsiquiátricos, incluindo epilepsia devido a malformações do desenvolvimento cortical. A estimulação magnética transcraniana em combinação com EEG pode demonstrar que pacientes com epilepsia apresentam hiperexcitabilidade cortical em regiões com conectividade anormal.

A Multimodal Imaging- e baseada Estimulação método de avaliação de conectividade relacionadas com o cérebro Excitabilidade em doentes com epilepsia

Resting-state functional connectivity MRI (rs-fcMRI) is a technique that identifies connectivity between different brain regions based on correlations ...

O objetivo geral deste experimento é avaliar a hiperexcitabilidade cortical regional em pacientes com epilepsia, utilizando conectividade funcional em repouso, estimulação magnética transcraniana guiada por ressonância magnética e registro simultâneo de EEG. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área da epilepsia e neurofisiologia, como, por exemplo, se pacientes com epilepsia apresentam evidências de hiperexcitabilidade em regiões consideradas parte da rede epileptogênica. A principal vantagem dessa técnica é que ela pode ser usada para avaliar diferenças na excitabilidade cerebral em função da conectividade e para investigar a reatividade cortical em diversas regiões cerebrais distintas.Essa técnica tem implicações para o diagnóstico e tratamento da epilepsia, pois a hipereexcitabilidade cortical pode ser identificada mesmo quando o EEG de rotina é normal, e circuitos epileptogênicos podem ser alvo de tratamento terapêutico. A demonstração do procedimento será feita por Tamara Gedankian, assistente de pesquisa do meu laboratório. Antes dos testes, determine as duas regiões-alvo para estimulação magnética transcraniana sobrepondo o mapa de conectividade fun

a-multimodal-imaging-stimulation-based-method-evaluating-connectivity

Research

JoVE Journal

Medicine

Medicina

Neste vídeo, são investigados os efeitos da estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) em fatias cerebrais contendo o córtex cingulado anterior (ACC) e as regiões do tálamo, usando um arranjo de múltiplos eletrodos (MEA) para medir sinais elétricos. Ao fornecer pulsos elétricos e infundir drogas indutoras de convulsões, o estudo investiga a resposta do ACC às convulsões.

Monitorando o córtex cerebral com uma matriz de vários eletrodos em resposta a agentes indutores de convulsões

Fonte: Papadelis, C., , et al., Oscilações Interictais de Alta Frequência Detectadas com Magnetoencefalografia e Eletroencefalografia Simultâneas como Biomarcador de Epilepsia Pediátrica. J. Vis. Exp.{TAG_ 27}} (2016).  Este vídeo demonstra o método de uso de registros de eletroencefalografia (EEG) e magnetoencefalografia (MEG) para identificar descargas epileptiformes interictais (IEDs) e oscilações de alta frequência (HFOs) para localizar regiões propensas a convulsões no cérebro.

 Eletroencefalografia e magnetoencefalografia simultâneas para identificar regiões cerebrais propensas a convulsões 

Fonte: Shafi, M. M., et al. Um método multimodal baseado em imagem e estimulação para avaliar a excitabilidade cerebral relacionada à conectividade em pacientes com epilepsia. J. Vis. Exp. (2016)O vídeo demonstra o procedimento para usar a estimulação magnética transcraniana (EMT) e a eletroencefalografia (EEG) para avaliar a excitabilidade neuronal em pacientes com epilepsia. Ele detalha as etapas para alinhar a cabeça do paciente com uma varredura cerebral pré-gravada, posicionar a bobina TMS...

Avaliação da Hiperexcitabilidade Cerebral com Estimulação Magnética Transcraniana e Eletroencefalografia

Os pacientes implantados com eletrodos intracranianos oferecem uma oportunidade única para gravar dados neurológicos de várias áreas do cérebro, enquanto o paciente realiza tarefas comportamentais. Aqui, apresentamos um método de gravação de pacientes implantados que podem ser reprodutível em outras instituições com acesso a esta população de pacientes.

Executar tarefas comportamentais em indivíduos com intracranianos Eletrodos

Estereotáxica eletroencefalografia (EEG) é uma técnica cirúrgica utilizada na cirurgia de epilepsia para ajudar a localizar apreensão focos. Ele também oferece uma oportunidade única de investigar a função cerebral. Aqui descrevemos como EEG pode ser utilizado para investigar os processos cognitivos em sujeitos humanos.

Investigar a função do Deep Cortical e estruturas subcorticais Usando estereotáxica Eletroencefalografia: Lições da Cortex cingulado anterior

Nós descrevemos os passos para usar nosso software projetado sob encomenda para a integração, visualização e planejamento em cirurgia de epilepsia.

A Pipeline para 3D Multimodality Integração imagem e Planejamento assistida por computador em Cirurgia de Epilepsia

Ilustramos como executar gravação e elétrica de modulação da atividade epileptiforme 4-aminopiridina-induzida em fatias de cérebro de roedor usando matrizes de microeletrodos. Uma câmara de gravação personalizada mantém a viabilidade do tecido durante prolongadas sessões experimentais. Viver o mapeamento de eletrodo e seleção de pares estimulantes são executadas por uma interface de usuário gráfica personalizada.

Gravação e modulação da atividade epileptiforme em fatias de cérebro de roedor acoplado para matrizes de microeletrodos

Este artigo detalha procedimentos simultâneos de registro de eletroencefalograma e ressonância magnética funcional (EEG-fMRI) que podem ser usados em ambientes clínicos e de pesquisa. Procedimentos de processamento de EEG para remoção de artefatos de imagem para revisão clínica também estão incluídos. Este estudo enfoca o exemplo da epilepsia durante o período interictal.

Configuração de Equipamentos e Remoção de Artefatos para Eletroencefalograma Simultâneo e Ressonância Magnética Funcional para Revisão Clínica em Epilepsia

Descrevemos um protocolo para avaliação de curvas dose-resposta para estimulação extracraniana em termos de medidas de campo elétrico cerebral e um biomarcador relevante de fluxo sanguíneo cerebral. Como esse protocolo envolve a colocação invasiva de eletrodos no cérebro, a anestesia geral é necessária, com respiração espontânea preferida em vez de respiração controlada.

Colocação de eletrodos estimuladores extracranianos e mensuração do fluxo sanguíneo cerebral e campos elétricos intracranianos em camundongos anestesiados

A magnetoencefalografia (MEG) e a eletroencefalografia de alta densidade (HD-EEG) raramente são registradas simultaneamente, embora forneçam informações confirmatórias e complementares. Aqui, ilustramos a configuração experimental para registrar MEG e HD-EEG simultâneos e a metodologia para analisar esses dados com o objetivo de localizar áreas cerebrais epileptogênicas e eloquentes em crianças com epilepsia resistente a medicamentos.

Imagem de fonte eletromagnética na avaliação pré-cirúrgica de crianças com epilepsia resistente a medicamentos

Aqui, apresentamos um protocolo que descreve a metodologia para avaliar a excitabilidade do córtex motor primário e a modulação da excitabilidade usando estimulação magnética transcraniana (TMS) emparelhada com eletromiografia (EMG).

Avaliação da excitabilidade do córtex motor primário e modulação da excitabilidade emparelhando a estimulação magnética transcraniana com eletromiografia

Aprenda a avaliar a hiperexcitabilidade cortical em pacientes com epilepsia usando conectividade funcional em repouso, TMS guiada por RM e EEG simultâneo. Este método identifica redes epileptogênicas e auxilia no diagnóstico.

A Multimodal Imaging- e baseada Estimulação método de avaliação de conectividade relacionadas com o cérebro Excitabilidade em doentes com epilepsia (Vídeo) | JoVE Journal

A Multimodal Imaging- e baseada Estimulação método de avaliação de conectividade relacionadas com o cérebro Excitabilidade em doentes com epilepsia

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