Визуализация с помощью электромагнитного источника в дооперационной оценке детей с лекарственно-устойчивой эпилепсией

Краткое содержание

Магнитоэнцефалография (МЭГ) и электроэнцефалография высокой плотности (ЭЭГ высокой плотности) редко регистрируются одновременно, хотя они дают подтверждающую и дополняющую информацию. В данной статье мы проиллюстрируем экспериментальную установку для одновременной регистрации МЭГ и HD-ЭЭГ и методологию анализа этих данных с целью локализации эпилептогенных и красноречивых областей мозга у детей с лекарственно-устойчивой эпилепсией.

Аннотация

У детей с лекарственно-устойчивой эпилепсией (ДРЭ) свобода от припадков зависит от разграничения и резекции (или абляции/разъединения) эпилептогенной зоны (ЭЗ) с сохранением красноречивых областей мозга. Таким образом, разработка надежного и неинвазивного метода локализации, который предоставляет клинически полезную информацию для локализации ЭЗ, имеет решающее значение для достижения успешных хирургических результатов. Электрическая и магнитная визуализация (ESI и MSI) все чаще используется для предоперационной оценки этих пациентов, демонстрируя многообещающие результаты в разграничении эпилептогенных, а также красноречивых областей мозга. Более того, комбинация ESI и MSI в одном решении, а именно визуализация электромагнитного источника (EMSI), выполненная с одновременными записями электроэнцефалографии высокой плотности (HD-EEG) и магнитоэнцефалографии (MEG), показала более высокую точность локализации источника, чем любой из этих методов по отдельности. Несмотря на эти обнадеживающие результаты, такие методы выполняются только в нескольких центрах третичной эпилепсии, редко регистрируются одновременно и недостаточно используются в педиатрических когортах. В данном исследовании показана экспериментальная установка для одновременной регистрации данных МЭГ и HD-ЭЭГ, а также методологическая основа анализа этих данных с целью локализации зоны раздражения, зоны начала судорог и красноречивых областей мозга у детей с ДРЭ. В частности, экспериментальные установки представлены для (i) регистрации и локализации интериктальной и иктальной эпилептиформной активности во время сна и (ii) записи визуальных, моторных, слуховых и соматосенсорных вызванных реакций и картирования соответствующих красноречивых областей мозга (т.е. зрительных, моторных, слуховых и соматосенсорных) во время зрительно-моторной задачи, а также слуховой и соматосенсорной стимуляции. Далее подробно представлены этапы конвейера анализа данных для выполнения EMSI, а также отдельных ESI и MSI с использованием диполя эквивалентного тока (ECD) и динамического статистического параметрического отображения (dSPM).

Введение

Эпилепсия является одним из наиболее распространенных и инвалидизирующих неврологических расстройств, характеризующихся повторяющимися и неспровоцированными припадками, которые могут носить как очаговый, так и генерализованный характер. Несмотря на наличие нескольких эффективных фармакологических методов лечения (например, противосудорожных препаратов [ASM]), около 20-30% этих пациентов не могут контролировать свои приступы и страдают от лекарственно-устойчивой эпилепсии (DRE)¹. Для таких пациентов хирургия эпилепсии является наиболее эффективным методом лечения для устранения приступов; Успешная операция может быть достигнута путем полной резекции (или абляции/разъединения) эпилептогенной зоны (ЭЗ), определяемой как минимальная область, необходимая для возникновения судорог². Точное разграничение и резекция (или абляция/разъединение) ЭЗ с сохранением выразительной коры головного мозга являются решающими факторами в обеспечении свободы от судорог. Для установления кандидатуры хирурга мультидисциплинарная команда использует несколько неинвазивных диагностических инструментов для определения различных областей коры головного мозга (т.е. зоны раздражения, зоны начала судорог [SOZ], зоны функционального дефицита и эпилептогенного поражения), которые служат косвенными приближениями EZ³. Внеоперационное наблюдение с помощью внутричерепной ЭЭГ (ЭЭГ) требуется, когда ни один из этих методов однозначно не идентифицирует ЭЗ. Роль iEEG заключается в точном определении ЭЗ путем локализации SOZ (т.е. области мозга, где возникают клинические судороги) и картировании красноречивых областей мозга. Тем не менее, он имеет серьезные ограничения из-за своей инвазивности ^4,5,6, он предлагает ограниченный пространственный охват и нуждается в четкой гипотезе предоперационной локализации⁷. В результате фактический очаг и степень СОЗ могут быть упущены, что приведет к неудачной операции. Кроме того, его интерпретация требует регистрации множественных стереотипных клинических приступов в течение нескольких дней госпитализации, что увеличивает вероятность осложнений (например, инфекции и/или кровотечения)⁵. Следовательно, существует неудовлетворенная потребность в разработке надежных и неинвазивных методов локализации, которые могут предоставить клинически полезную информацию и в целом улучшить предоперационную оценку детей с DRE.

В последние десятилетия электрическая и магнитная визуализация (ESI и MSI) все чаще используется для предоперационной оценки пациентов с DRE для определения эпилептогенных, а также функциональных областей мозга. В частности, ESI и MSI позволяют реконструировать нейронные источники по неинвазивным записям, таким как ЭЭГ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ (HD-EEG) и магнитоэнцефалография (MEG), чтобы помочь в планировании хирургического вмешательства или установке электродов iEEG. ESI и MSI могут применяться для локализации либо межприступных эпилептиформных разрядов (ИЭР), таких как спайки и острые волны, так и иктальной (судорожной) активности. Кроме того, он может быть использован для локализации различных функциональных областей мозга, участвующих в сенсорных, моторных, слуховых и когнитивных функциях. Реконструкция электрофизиологических событий, таких как СВУ и судороги, позволяет идентифицировать зону раздражения (т.е. область мозга, где возникают СВУ) и СОЗ, соответственно, которые считаются действительным суррогатом локализации ЭЗ. Локализация красноречивой коры головного мозга (т.е. областей мозга, необходимых для определенных функций коры головного мозга)³ позволяет вместо этого составить карту расположения и протяженности красноречивых областей по отношению к запланированной резекции и, следовательно, заранее уменьшить потенциальные функциональные дефициты, которые можно ожидать от хирургического лечения эпилепсии^.. В нескольких исследованиях изучалась клиническая полезность ESI и/или MSI в предоперационной оценке эпилепсии, и они показали многообещающие результаты в определении EZ 12,13,14,15,16,17,18,19. Например, Mouthaan et ^al.14 провели обширный мета-анализ с использованием неинвазивных данных 11 проспективных и ретроспективных исследований эпилепсии и сообщили, что эти методы локализации источника могут в целом идентифицировать ЭЗ с высокой чувствительностью (82%) и низкой специфичностью (53%). Другие исследования также показали, что MSI и ESI могут правильно локализовать эпилептический очаг в пределах резецированной области у пациентов с эпилепсией, имеющих нормальную магнитно-резонансную томографию (МРТ)19,20,21. Эти результаты локализации особенно важны для тех пациентов, которые не имеют права на хирургическое вмешательство при эпилепсии из-за неубедительных клинических или визуализирующих результатов. Таким образом, ESI и MSI могут внести значительный вклад в предоперационное картирование эпилептогенных, а также функциональных областей мозга у пациентов с DRE.

Несмотря на эти обнадеживающие результаты, такие методы в настоящее время выполняются только в нескольких центрах третичной эпилепсии на регулярной основе и часто недостаточно используются в педиатрических популяциях. Более того, HD-ЭЭГ и МЭГ редко записываются одновременно, хотя они предоставляют как подтверждающую, так и дополняющую информацию. МЭГ чувствителен к обнаружению поверхностных источников с тангенциальной ориентацией, но слеп к радиально ориентированным источникам, расположенным в извилинах или более глубоких областях мозга 22,23,24,25,26. Кроме того, МЭГ обеспечивает лучшее пространственное разрешение (миллиметры) по сравнению с ЭЭГ 16,22,25. В отличие от сигналов ЭЭГ, сигналы МЭГ не имеют референсных обозначений и практически не подвержены влиянию различных проводимостей тканей мозга (т.е. мозговых оболочек, спинномозговой жидкости, черепа и кожи головы)^25,27, что обеспечивает неискаженные измерения магнитных полей, производимых мозгом. С другой стороны, ЭЭГ может обнаруживать источники любой ориентации, но она предлагает более низкое пространственное разрешение, чем МЭГ, и более восприимчива к артефактам^26,28. Из-за этой взаимодополняющей чувствительности к ориентации источника и глубине, примерно 30% эпилептиформной активности (например, СВУ) может быть зарегистрировано только на МЭГ, но не на ЭЭГ, и наоборот 26,29,30,31,32. В отличие от ЭЭГ, которая позволяет вести длительную запись, фиксация клинических приступов с помощью МЭГ является сложной задачей из-за ограниченного времени записи, которое обычно недостаточно для регистрации иктальных событий у большинства пациентов. Кроме того, артефакты, вызванные движениями головы, связанными с припадками, часто могут влиять на качество записей МЭГ 29,33,34,35. С другой стороны, запись МЭГ происходит быстрее и проще по сравнению с ЭЭГ, особенно у детей, так как нет необходимости прикреплять датчики к детской голове³⁵.

Достижения в области аппаратного обеспечения позволили одновременно записывать данные МЭГ и HD-ЭЭГ с большим количеством датчиков (более 550 датчиков), охватывающих всю голову. Более того, современные разработки в области технологий ЭЭГ позволили свести к минимуму время подготовки к HD-ЭЭГ до менее чем четверти часа³⁶. Это особенно важно для педиатрических популяций с проблемным поведением, которые не могут оставаться неподвижными в течение длительного времени. Кроме того, достижения в области программных технологий позволили объединить ESI и MSI в единое решение, а именно визуализацию электромагнитного источника (EMSI), выполняемую при одновременной записи HD-EEG и MEG. В нескольких теоретических и эмпирических исследованиях сообщалось о более высокой точности локализации источника с помощью EMSI, чем при использовании только любого из этих методов^: 13,30,31,37,38,39,40,41. Используя различные подходы к локализации источника для реконструкции активности в ответ на сенсорные стимулы, Sharon et al.³⁷ обнаружили, что EMSI имеет стабильно лучшие результаты локализации, чем ESI или MSI по отдельности, по сравнению с функциональной МРТ (фМРТ), которая служит неинвазивным эталоном точной точности локализации. Авторы предположили, что эта улучшенная локализация связана с увеличенным числом датчиков для решения обратного решения и различными особенностями чувствительности двух^{модальностей} визуализации. Аналогичным образом, Yoshinaga et al.³¹ провел дипольный анализ одновременных данных ЭЭГ и МЭГ у пациентов с трудноизлечимой эпилепсией, связанной с локализацией, и показал, что EMSI предоставляет информацию, которую невозможно получить только при использовании только одного метода, и привел к успешной локализации для хирургии эпилепсии у одного из проанализированных пациентов. В проспективном слепом исследовании Duez et al.^{На фиг.13} показано, что при ЭМСИ достигнуто значительно более высокое отношение шансов (т.е. вероятность избавления от судорог) по сравнению с ЭСИ и МСИ, точность локализации ≥52% и соответствие ≥53% и ≥36% с раздражающим и СОЗ соответственно. Более позднее исследование, проведенное нашей группой⁴², показало, что EMSI обеспечивает превосходные оценки локализации и лучшую эффективность прогнозирования исходов, чем ESI или MSI в отдельности, с ошибками локализации от резекции и SOZ ~8 мм и ~15 мм соответственно. Несмотря на эти многообещающие результаты, существует нехватка исследований, которые обеспечивали бы методологическую основу в отношении EMSI у детей с DRE.

В данном исследовании показана экспериментальная установка для выполнения одновременной записи МЭГ и HD-ЭЭГ, а также методологическая основа анализа этих данных с целью локализации зоны раздражения, СОЗ и красноречивых областей мозга у детей с ДРЭ. В частности, экспериментальные установки представлены для (i) регистрации и локализации интериктальной и иктальной эпилептиформной активности во время сна и (ii) записи визуальных, моторных, слуховых и соматосенсорных вызванных реакций и картирования соответствующих красноречивых областей мозга (т.е. визуальных, моторных, слуховых и соматосенсорных) во время зрительно-моторной задачи, а также слуховой и соматосенсорной стимуляции. Далее подробно представлены этапы конвейера анализа данных для выполнения EMSI, а также отдельных ESI и MSI с использованием диполя эквивалентного тока (ECD) и динамического статистического параметрического отображения (dSPM).

Протокол

Примененные здесь экспериментальные процедуры были одобрены Региональным институциональным наблюдательным советом Северного Техаса (2019-166; Главный исследователь: Христос Пападелис). В следующем разделе будет описан экспериментальный протокол для неинвазивной локализации источника ИЭУ, иктального начала и событийно-вызванных реакций (т.е. визуальных, моторных, слуховых и соматосенсорных) с использованием одновременных записей МЭГ и HD-ЭЭГ с последующей последующими съемками в нашей лаборатории. Международная федерация клинической нейрофизиологии^{(International} Federation of Clinical Neurophysiology) и Американское общество клинической нейрофизиологии (American Clinical Neurophysiology Society⁴⁴ ) разработали «минимальные стандарты» для рутинной клинической регистрации и анализа спонтанных данных МЭГ и ЭЭГ. Описанные здесь процедуры записи HD-ЭЭГ применимы только к электродным системам на основе губки. Общий процесс подготовки по каждому предмету занимает около 2-3 часов, включая фактические записи ~1,5 часа.

1. Подготовка системы MEG

1. Перед прибытием объекта проведите запись МЭГ в пустой комнате в течение нескольких минут, чтобы зафиксировать уровень фонового шума и магнитных артефактов, а также убедиться, что все датчики МЭГ работают правильно.
2. Используя программу настройки МЭГ-сенсоров, убедитесь, что среднее значение белого шума всех МЭГ-сенсоров находится в диапазоне от 2 до 5 fT/√Гц (fT/cm√Гц для градиентиметров).

2. Подготовка предмета

1. Убедитесь, что объект чувствует себя комфортно в окружающей среде. В случае маленьких детей позвольте им исследовать комнату записи (включая комнату с магнитным экраном [MSR]) и увидеть испытательное оборудование, которое будет использоваться для сбора данных.
   1. Просмотрите и предоставьте испытуемым инструкции с помощью формы согласия на скрининг. При необходимости объясните маленьким детям процедуру с помощью специальных слов, игрушек и игр, разработанных для каждой возрастной группы. Спросите субъекта (или его родителей), был ли у него припадок в течение последних ~2 часов перед визитом.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Форма согласия на скрининг включает в себя описание теста, а также его безопасность, причину проведения тестирования и общее описание исследования.
2. Удалите с объекта все металлические и/или магнитные материалы и обеспечьте его соответствующей больничной одеждой (например, больничными халатами, халатами). Кроме того, попросите субъекта снять обувь, чтобы предотвратить попадание магнитной пыли в MSR. Если другие ферромагнитные элементы, такие как стоматологические изделия или имплантированные медицинские устройства, не могут быть удалены, используйте размагничиватель (т. е. размагничиватель) для удаления остаточных магнитных артефактов, которые могут вызывать либо помехи, либо высокий уровень шума во время записи МЭГ. Убедившись, что все источники магнитного шума удалены, попросите испытуемого сесть и устроиться поудобнее на деревянном стуле, где будут применяться следующие измерительные процедуры.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Размагничиватель не должен наноситься непосредственно на имплантированные электронные устройства (например, кардиостимуляторы, устройства нейромодуляции).
3. Измерьте окружность головы испытуемого, чтобы выбрать подходящий размер сетки ЭЭГ (обычно от 32-34 см до 58-61 см). Используя сантиметровую сторону измерительной ленты, измерьте окружность головы, удерживая ленту от наза испытуемого до ~1 см над инионом, а затем обратно к нему.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Насион – это краниометрическая точка между глазами, тогда как инион – это кончик наружного затылочного бугора.
   1. Выберите правильный размер сетки, который соответствует окружности головы субъекта, и замочите ее не менее чем на 5 минут (максимум 10 минут) в жидком смешанном растворе, состоящем из 1 литра теплой водопроводной воды, 1 столовой ложки электролитов (например, хлорида калия) и 1 столовой ложки детского шампуня. Во время этого процесса замачивания убедитесь, что сетка вывернута наизнанку губками наружу, а застежки полностью ослаблены, чтобы полностью погрузить датчики внутрь пластикового ведра, содержащего раствор.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы усилитель сети не приближался к раствору и всегда оставался сухим, оберните полотенцем вилку выбранной сети и, если это предпочтительно, положите его на стул или опору рядом с раковиной, где находится пластиковое ведро.
4. Поместите пять магнитных катушек, служащих в качестве катушек индикатора положения головы (HPI), в известных местах непосредственно на коже головы субъекта с помощью микропористой бумажной ленты: по одной с каждой стороны лба возле линии роста волос, по одной на каждой сосцевидной кости и одну на макушке головы.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Катушки HPI определяют положение головки относительно сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств (SQUID), размещенных внутри системы MEG, излучая известные магнитные поля, которые могут быть локализованы во время сканирования. Количество катушек HPI зависит от системы MEG, но обычно колеблется в пределах 3-5 катушек HPI.
5. Установите дополнительные электроды с помощью ленты для измерения частоты сердечных сокращений (электрокардиография, ЭКГ), движений глаз или морганий (электроокулография, ЭОГ) и мышечной активности (электромиография, ЭМГ); Размещение этих электродов также позволяет контролировать состояние здоровья субъекта.
   1. Поместите два электрода ЭКГ на правую и левую сторону грудной клетки ниже ключиц соответственно, чтобы записать сердцебиение субъекта, и два электрода ЭОГ на верхней и нижней стороне правого глаза, соответственно, чтобы записать вертикальные движения глаз или моргание.
      1. Чтобы измерить мышечную активность во время зрительно-моторной задачи, дополнительно протрите пальцы испытуемого спиртовыми салфетками для лучшего сцепления ленты с кожей и наклейте в общей сложности две пары неодноразовых чашечных электродов на каждую руку: одну на первую дорсальную межкостную (FDI) и одну на abductor pollicis brevis (APB).
      2. Перед тем, как приклеить все эти электроды, поместите проводящую пасту внутрь электродной чашки до тех пор, пока она не будет слегка переполнена, чтобы уменьшить сопротивление кожи и обеспечить оптимальное сочетание адгезии и проводимости.
   2. Для тактильной стимуляции прикрепите тонкие эластичные мембраны непосредственно к дистальным ладонным частям трех пальцев (т.е. большого пальца [D1], среднего пальца [D3] и мизинца [D5]) обеих рук. Надувайте мембраны импульсами сжатого воздуха через жесткие пластиковые трубки с помощью устройства для стимуляции воздушной затяжкой. Выпускайте импульсы сжатого воздуха с интервалом между стимулами 1,5 ± 0,5 с в псевдослучайном порядке. Отрегулируйте давление тактильного стимулятора до 50 фунтов на квадратный дюйм.
6. Пока испытуемый все еще сидит на деревянном стуле вдали от любого металлического объекта, определите трехмерное (3D) положение координатных анатомических ориентиров, пяти катушек HPI и других точек формы головы с помощью дигитайзера. Во время процесса оцифровки головы попросите испытуемого удобно сесть, смотреть прямо перед собой и оставаться практически неподвижным, так как небольшие движения могут повлиять на точность локализации.
   1. Поместите приемник опорного сигнала через пластиковые очки (т.е. очки с прикрепленным с одной стороны эталонным кубом) на голову объекта и отрегулируйте застежки, чтобы обеспечить фиксированную систему отсчета для объекта, которая должна оставаться относительно неподвижной в течение всего измерения.
   2. С помощью первичного приемника щупа определите координатные анатомические ориентиры (т.е. нос и левые/правые преаурикулярные точки) и положение катушек HPI, а также равномерно отоберите дополнительные точки скальпа (не менее 100, предпочтительно близкие к ~500) для улучшения высококачественной реконструкции поверхности головы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Реперные анатомические ориентиры определяют систему координат объекта. Дигитайзер генерирует координаты датчика в 3D-пространстве с помощью одного передатчика (обычно установленного позади объекта на спинке деревянного стула) и двух приемников (т.е. стилуса и эталонных приемников).
   3. После завершения оцифровки поместите приемник стилуса на расстоянии ~15 см от объекта и передатчика и оцифруйте случайную точку, чтобы завершить процесс оцифровки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот заключительный этап процесса оцифровки может отличаться от других коммерческих продуктов.
7. Перед применением сетки для ЭЭГ попросите субъекта сесть на стул рядом с усилителем ЭЭГ и положите полотенца на грудь и плечи, чтобы впитать возможные капли из-за применения сетки. Выньте сетку ЭЭГ из пластикового ведра, поверните ее губками внутрь и аккуратно оберните вокруг полотенца, чтобы впитать перемешанный раствор в избытке.
   1. Сидя на стуле и получив указание держать глаза закрытыми во время этого шага, поместите обе руки внутрь сетки и разведите ее пальцами, и, наконец, положите ее на голову испытуемого.
   2. Не изменяя положения катушек HPI, отрегулируйте натянутую сетку на голове субъекта с помощью пальцев, чтобы убедиться, что референсный и назионный каналы правильно расположены в центре кожи головы и между глазами субъекта, соответственно, и, наконец, застегните подбородочный ремень, как только сетка окажется в правильном положении.
8. Используя импедансометр ЭЭГ, убедитесь, что все импедансы скальп-электродов находятся в диапазоне 0-50 кОм (рекомендуются значения ˂5 кОм), чтобы предотвратить искажения сигнала. Чтобы уменьшить импеданс электродов кожи головы, убедитесь, что каждый электрод имеет хороший механический и электрический контакт с кожей головы, используя либо деревянный ватный тампон для удаления волосков субъекта между электродом и кожей головы, либо одноразовую пластиковую пипетку для переноса большего количества проводящего смешанного раствора в губки электродов, если это необходимо.
   1. Когда все импедансы в идеале достигнут 50 кОм, отключите усилитель и подготовьте объект к оцифровке электродов ЭЭГ.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Выполняйте оцифровку электродов ЭЭГ за пределами MSR и обеспечьте достаточно места вокруг объекта для управления процессом сканирования.
9. Определите 3D-положения электродов ЭЭГ с помощью ручного оптического сканера. Во время этого процесса попросите испытуемого сесть поудобнее и смотреть прямо перед собой, если не указано иное.
   1. Во-первых, откройте программное обеспечение оптического сканера, выберите шаблон датчика, который соответствует расположению датчика ЭЭГ, используемому во время записи, а затем начните процесс сканирования.
   2. Во время сканирования держите сканер на определенном расстоянии от сетки ЭЭГ (обычно ~45 см) так, чтобы его сканирующие отверстия были перпендикулярны поверхности датчиков, и медленно перемещайте его вокруг головы субъекта, следуя дугообразным полосам сверху (центр головы) вниз (последние датчики выстраиваются вдоль шеи), чтобы зафиксировать физическое расположение всех датчиков.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оптический сканер оцифровывает расположение электродов ЭЭГ на голове объекта и преобразует их в файл 3D-координат; обычно он характеризуется двумя оптическими датчиками, которые излучают инфракрасные (ИК) источники света. Каждое отсканированное местоположение обычно отображается в облаке 3D-датчиков. Облако 3D-датчиков обеспечивает обратную связь для сканирования, измерения и выравнивания положений датчиков, в то время как 2D-карта датчиков обеспечивает обратную связь для маркировки этих положений датчиков. Процесс сканирования положения электродов ЭЭГ занимает в общей сложности 5-10 минут, включая зондирование реперных точек. Однако время сканирования иногда может зависеть от производительности оптического сканера при определении положения электродов.
10. После того, как все электроды ЭЭГ будут отсканированы (не менее 95%), прозондируйте реперные точки (т. е. национ и левую/правую преаурикулярные точки) и четыре датчика выравнивания (т. е. передний, левый и правый узлы, а также узел REF) с помощью беспроводного оптического зонда, чтобы выровнять облако 3D-датчиков по выбранному шаблону датчика.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Датчики юстировки нумеруются в зависимости от конфигурации сетки датчика ЭЭГ.
    1. Чтобы исследовать реперные точки, поместите наконечник оптического зонда на кожу объекта в центре координатной точки, убедившись, что сканирующие апертуры сканера направлены на отражающие диски датчика. Аналогичным образом поместите наконечник оптического щупа в центр интересующего датчика юстировки для зонда юстировочных датчиков.
11. После того, как все датчики будут отсканированы и прозондированы, проверьте их положение и метки в облаке 3D-датчиков и карте 2D-датчиков относительно фактической сети ЭЭГ, чтобы проверить и, в конечном итоге, исправить возможные ошибки; Если в процессе сканирования не произошло ошибок, экспортируйте 3D-координату .txt файл и преобразуйте его в нужный формат.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Координаты 3D-электродов обычно хранятся в .txt формате и могут быть преобразованы с помощью программного обеспечения оптического сканера в несколько форматов (например, .xml, .sfp, .elp или .nsi).
12. После завершения процесса оцифровки электродов ЭЭГ (шаги 2.9-2.11) подготовьте субъекта к переносу внутрь MSR для выполнения данных о состоянии покоя/сна (шаг 2.13), зрительно-моторной задачи (шаг 2.14), слуховой стимуляции (шаг 2.15) и соматосенсорной стимуляции (шаг 2.16).
13. Для получения данных о состоянии покоя/сна установите портал системы MEG в положение лежа на спине (Рисунок 1A) и расположите немагнитную и совместимую кровать таким образом, чтобы съемный подголовник был совмещен с отверстием в форме шлема в нижней части дьюара. Отрегулировав станину в правильное положение, установите тормозной кран станины в положение «выключено». Постелите простыню или одеяло на кровать и небольшую подушку из пенопласта на съемный подголовник для фиксации головы и комфорта во время записи.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Дьюар представляет собой криогенный контейнер для хранения, наполненный жидким гелием, в котором массивы датчиков пространственно расположены внизу через отверстие в форме шлема, предназначенное для окружения головы субъекта. Шлем подходит до 59-61 см окружности головы. Портал представляет собой механическую систему, поддерживающую дьюар, которая позволяет изменять его высоту и угол в зависимости от положения измерения (т.е. сидя или лежа на спине).
    1. Перенесите объект внутрь MSR и помогите ему сесть на край кровати и лечь на нее. Положите несколько одеял на тело субъекта, чтобы согреть его во время записи, обеспечив легкий доступ к кабелям электродов, и слегка застегните ремни безопасности (или поднимите перила, если они есть), объяснив испытуемому, что этот шаг предназначен для того, чтобы он не мог выкатиться из кровати во время сна. При необходимости подложите дополнительное свернутое полотенце под шею, чтобы обеспечить поддержку шеи и плеч объекта.
    2. Разблокируйте тормозной кран кровати, чтобы осторожно переместить голову объекта, которая находится на съемном подголовнике под отверстием дьюара в форме шлема, пока она не коснется внутренней части шлема. Чтобы увеличить соотношение сигнал/шум (SNR), поднесите голову объекта как можно ближе к шлему.
    3. Подключите катушки HPI, электроды ЭКГ и ЭОГ к соответствующим панелям системы MEG, подключите сеть ЭЭГ к усилительному блоку внутри MSR и проверьте измерения координат головы с рабочей станции сбора данных за пределами MSR, чтобы оценить, правильно ли расположена голова субъекта под дьюаром.
    4. С согласия субъекта уменьшите интенсивность света внутри MSR, чтобы стимулировать расслабление и сон. Когда объект почувствует себя расслабленным и комфортным, попросите его отдохнуть с закрытыми глазами или поспать во время записи. Убедите субъекта в том, что он/она будет наблюдаться на мониторе за пределами MSR с помощью радиочастотно-экранированной цветной камеры, установленной на стене MSR в течение всей записи.
14. Для задачи на визуомоторику установите портал системы MEG в вертикальное положение (рис. 1B) и расположите кресло MEG так, чтобы голова объекта находилась под порталом, рядом с отверстием в форме шлема в нижней части дьюара. После регулировки кресла в правильное положение установите тормозной кран кресла в выключенное положение («0»).
    1. Перенесите объект внутри MSR. Помогите ему сесть на немагнитный и совместимый стул и найти удобное и расслабленное положение. Положите несколько одеял на тело субъекта, чтобы согреть его во время записи, обеспечив легкий доступ к кабелям электродов, и поместите съемный стол так, чтобы субъект мог положить на него руки во время выполнения задания. При необходимости подложите полотенце под колени субъекта, чтобы помочь сохранить сидячее положение, и не соскальзывайте вниз.
       ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку испытуемый может расслабиться во время зрительно-моторной задачи и, следовательно, занять более низкое положение, чем исходное, осторожно поднимайте стул в конце каждой сессии с помощью педали подъема (если таковая имеется) или положите полотенца или одеяла на стул так, чтобы голова испытуемого снова коснулась внутренней части шлема. При необходимости положите дополнительные полотенца или одеяла за голову объекта не только для большего комфорта, но и для того, чтобы помочь объекту держать голову максимально прямо. Визуомоторная стимуляция может выполняться в качестве альтернативы в положении лежа на спине, чтобы избежать перемещения дьюара в середине сеанса записи.
    2. Как только субъект окажется в правильном положении, подключите катушки HPI, ЭЛЕКТРОДЫ ЭКГ, ЭОГ, FDI и APB на правой панели аппарата MEG, подключите сетку ЭЭГ к блоку усилителя внутри MSR и небольшими движениями поднимите кресло с помощью педали подъема (если она есть) или положите дополнительные полотенца или одеяла на стул до тех пор, пока голова испытуемого слегка не коснется внутренней части шлема (проверьте измерения координаты руководителя с рабочей станции сбора данных за пределами MSR).
    3. Поместите проекционный экран, на который визуальные стимулы будут проецироваться через зеркальную систему проектора, расположенную за пределами MSR, перед объектом (рис. 1B), и объясните зрительно-моторную задачу, которую необходимо выполнять во время записи. В частности, проинструктируйте испытуемого постукивать указательным пальцем по столу только тогда, когда на экране появляется визуальный стимул (например, изображение) соответственно для правой и левой руки. Убедитесь, что испытуемый понимает задачу или чувствует себя комфортно, выполняя ее в одиночку; При необходимости потренируйтесь с заданием вместе с предметом несколько раз, чтобы помочь ему освоиться с ним.
       ПРИМЕЧАНИЕ: Если сеанс зрительной стимуляции проводится в положении лежа на спине, зеркало размещается на расстоянии над лицом субъекта для отражения визуальных стимулов от проектора.
    4. Прежде чем закрыть дверь MSR, спросите субъекта, комфортно ли он чувствует себя в одиночестве в комнате; в случае, если он этого не сделает, либо один человек из команды, либо его/ее родители останутся внутри MSR во время сессий записи. Более того, убедите субъекта в том, что он/она будет наблюдаться на мониторе за пределами MSR в течение всей записи.
15. Для слуховой стимуляции используйте установку, описанную в шаге 2.14, с проекционным экраном перед сидящим субъектом. Помогите испытуемому надеть наушники (или наушники), через которые подаются звуковые триггеры (например, модулированные чириканьевые звуки).
    1. Попросите испытуемого зафиксировать стимулы (например, зеленая точка на черном фоне), проецируемые на экран, во время прослушивания звуковых триггеров. При необходимости проведите тренинг, чтобы помочь испытуемому лучше понять процедуру. Перед закрытием дверцы MSR повторите описанные выше процедуры безопасности.
16. Для соматосенсорной стимуляции используйте установку, описанную в шаге 2.14. Спросите испытуемого, какое видео (или фильм) он хочет посмотреть на экране проектора перед ним.
    1. Проинструктируйте испытуемого расслабиться с открытыми глазами, смотреть выбранное видео, оставаться как можно более неподвижным и игнорировать тактильные раздражители, поступающие к его пальцам во время записи. Объясните испытуемому, что он будет ощущать нежные постукивания по коже на кончиках пальцев, соответственно, для каждой руки. Если субъект чувствует себя некомфортно, проведите тренировку, чтобы успокоить его.
       ПРИМЕЧАНИЕ: Фиксация глаз на визуальной цели является хорошо зарекомендовавшим себя методом минимизации биологических артефактов, которые могут повлиять на качество записи и отвлечь объект от тактильных стимулов, доставляемых во время сбора данных.

3. Сбор данных

ПРИМЕЧАНИЕ: Одновременный сбор данных МЭГ и ЭЭГ выполняется в отделении МЭГ в Детском медицинском центре Кука (CCMC). Более подробную информацию о клиническом применении МЭГ у детей с эпилепсией можно найти в других разделах ^8,27,45.

1. Запись сигналов МЭГ с помощью системы МЭГ с цельной головкой (покрытие сенсора: 1 220^см2), характеризующейся 306 каналами, сгруппированными в 102 идентичных тройных сенсорных элемента с одним магнитометром и двумя ортогональными планарными градиентометрами. Установите частоту дискретизации не менее 1 кГц.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Магнитометры с одной катушкой измеряют компоненту магнитного поля, перпендикулярную поверхности шлема MEG. Планарные градиентометры состоят из конфигурации катушки «восьмерка», характеризующейся парами магнитометров, размещенных на небольшом расстоянии друг от друга, и измеряют разницу в магнитном поле между их местами (т.е. разницу между двумя петлями «восьмерки»), также называемую пространственным градиентом. По сравнению с магнитометрами, планарные градиентометры менее чувствительны к глубоким источникам мозга, но более надежны в обнаружении поверхностных источников за счет подавления шума окружающей среды. Эти 306 каналов погружаются и охлаждаются в жидком гелии при температуре -296 °C (4,2 К), превращаясь в сверхпроводники.
2. Одновременная запись сигналов ЭЭГ с помощью немагнитной 256-канальной сетки ЭЭГ с электродными датчиками Ag/AgCl, равномерно расположенными на коже головы, щеках и задней части шеи. Установите частоту дискретизации не менее 1 кГц.
3. Закройте дверцу MSR, чтобы начать запись. Через систему голосовой связи общайтесь с субъектом, проверяя, комфортно ли он чувствует себя в одиночестве внутри MSR. Постоянно следите за объектом съемки на видео и, в экстренной ситуации, немедленно входите в MSR.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В случае, если он/она не чувствует себя комфортно или массивная дверь MSR пугает его/ее, либо один человек из команды или его/ее родители могут оставаться внутри MSR во время сессий записи, сидя на деревянном стуле рядом с объектом; Перед входом в помещение убедитесь, что все металлические предметы удалены.
4. Перед каждой записью проинструктируйте субъекта через голосовое домофонное устройство, чтобы он оставался неподвижным в течение ~30 секунд перед началом выполнения задачи. Для зрительно-моторной задачи дополнительно сообщите через домофон, указательным пальцем (правым или левым) он будет использовать для первого сеанса записи.
   1. В течение этого периода, в течение которого испытуемый остается неподвижным, нажмите кнопку измерения в диалоговом окне измерения HPI в системе сбора данных MEG для измерения магнитного поля, создаваемого током, подаваемым на катушки HPI, и определения положения головки измерения относительно матрицы датчиков MEG; поэтому убедитесь, что объект находится в правильном положении (голова |z-координата| ˂ 75 мм) и запишите 3D-измерения для каждого сеанса.
   2. Если между головой субъекта и шлемом все еще есть пространство, либо снова войдите внутрь MSR и отрегулируйте высоту кресла с помощью педали возвышения (если она есть), положите полотенца или одеяла на стул, либо проинструктируйте субъекта по внутренней связи, как переместить голову ближе к шлему (если субъект сидит). и, наконец, снова проверьте положение измерения головы. В случае записи покоя/сна снова войдите в MSR и приблизьте кровать к шлему, уменьшив пространственный разрыв между головой и шлемом.
5. После того, как объект будет правильно расположен по отношению к шлему МЭГ и готов к началу, начните первый сеанс записи (продолжительность ~10 минут), следуя точному порядку (см. шаг 3.5.1) для точной синхронизации МЭГ и ЭЭГ (см. шаг 3.12).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для обеспечения высокого качества записи первый сеанс записи имеет решающее значение для захвата артефактов, присутствующих в данных из-за движений объекта или вызванных внешней средой. При необходимости снова войдите внутрь MSR, чтобы настроить возможные соединения каналов или положение субъекта на кресле MEG. Рекомендуется записывать любые необычные артефакты или события во время записей, которые при необходимости могут быть просмотрены позже.
   1. Нажмите кнопку записи в программном обеспечении для сбора данных ЭЭГ, чтобы начать запись ЭЭГ. Нажмите кнопку записи в программном обеспечении для сбора данных MEG, чтобы начать запись MEG. Наконец, нажмите кнопку запуска в программном обеспечении компьютера для стимуляции, чтобы отобразить визуальные стимулы или доставить слуховые стимулы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Компьютер для стимуляции, на котором работает программное обеспечение для визуальных (или слуховых) стимулов, подключен к зеркальной системе проектора за пределами MSR, которая может быть включена или выключена в зависимости от типа выполняемой записи. Во время записи в состоянии покоя/сна система отключается, так как субъект либо отдыхает, либо спит, но запуск программного обеспечения для визуальных стимулов на компьютере для стимуляции помогает рассчитать время каждого сеанса записи. Во время зрительно-моторной задачи, а также во время слуховой и соматосенсорной стимуляции система включается, позволяя испытуемому наблюдать за стимулами или видео, проецируемыми на экран, расположенный перед ним, во время работы программного обеспечения. Для данного исследования было отобрано в общей сложности (i) 107 стимулов (т.е. 85 изображений, наложенных на шахматный фон и 22 шахматного фона) с интервалом ~4 с между каждым стимулом для зрительно-моторной задачи; (ii) 200 модулированных чириканьевых звуков с интервалом между стимулами 3 с для слуховой стимуляции; и (iii) 200 тактильных стимулов для каждого пальца (т.е. D1, D3 и D5) в полуслучайной последовательности с интервалом между стимулами ~1,5 с для соматосенсорной стимуляции.
6. Чтобы остановить запись, нажмите кнопку «Стоп» в программном обеспечении для сбора данных MEG, а затем кнопку «Стоп» в программном обеспечении для сбора данных ЭЭГ. В конце каждого сеанса записи общайтесь с субъектом по внутренней связи, чтобы успокоить его/ее, и если подключение каналов или регулировка положения внутри MSR не требуются, продолжайте следующий сеанс.
   1. Для зрительно-моторной задачи выбирайте различные визуальные стимулы для каждого сеанса, чтобы поддерживать мотивацию и развлечение объекта во время записи.
7. Для зрительно-моторных данных или данных о состоянии покоя/сна запишите в общей сложности ~1 час одновременной записи МЭГ и ЭЭГ, характеризующихся 5-6 сеансами. Тем не менее, количество сеансов может варьироваться для каждого предмета. Далее запишите в общей сложности ~20 минут (1-2 сеанса по ~10 минут каждый) и ~14 минут (1-2 сеанса по ~7 минут каждый) одновременной записи МЭГ и ЭЭГ для данных слуховой и соматосенсорной стимуляции соответственно.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В данном исследовании данные МЭГ и ЭЭГ автоматически сохраняются в конце записей в форматах .fif и .mff соответственно в ИТ-системе хранения CCMC.
8. Когда запись закончится, введите MSR, чтобы помочь испытуемому встать со стула или кровати, и попросите его/ее сесть на стул за пределами MSR, чтобы снять сетку ЭЭГ и электроды.
   1. Попросите испытуемого закрыть глаза до тех пор, пока не будет указано иное, и помогите ему снять сетку для ЭЭГ, полностью ослабив ремни на подбородке и осторожно вытащив сетку двумя руками (от лба к затылку субъекта) до тех пор, пока она полностью не будет снята. Во время этого шага убедитесь, что вы не тянете объект за волосы, снимая сетку. Кроме того, помогите пациенту аккуратно удалить оставшиеся электроды (т.е. ЭКГ, ЭОГ и ЭМГ в случае зрительно-моторной нагрузки), ранее прикрепленные к его коже.
9. После того, как сетка ЭЭГ и электроды будут удалены, сообщите пациенту (и его родителям) о том, что все процедуры наконец-то завершены.
10. После того, как объект покинет комнату, тщательно очистите оптический сканер (как описано в руководстве пользователя) и храните его в защитном чехле.
    1. Очистите и продезинфицируйте поверхности любого оборудования, используемого во время записи (например, стульев, кроватей, столов) с помощью одобренных больницей салфеток с перекисью водорода или дезинфицирующего спрея и бумажных полотенец, положите использованные одеяла и полотенца в контейнер, предоставленный больницей, и выбросьте все использованные куски ленты.
    2. Храните измерительные инструменты в шкафу для хранения и очищайте внутреннюю часть электродных чашек, заполненных проводящей пастой, деревянными ватными тампонами под проточной водой из-под крана.
    3. Чтобы промыть сетку ЭЭГ, наполните пластиковое ведро в раковине чистой теплой водой из-под крана и повторите следующие действия в общей сложности четыре раза.
       1. Погрузите ЭЭГ-сетку в воду и осторожно помешивайте ЭЭГ-сетку в течение 10-20 с (или опустите ее внутрь и снаружи ведра ~25 раз).
       2. Слейте воду из ведра, и наполните ведро чистой и теплой водой из-под крана.
    4. Чтобы продезинфицировать сетку ЭЭГ, наполните пластиковое ведро в раковине дезинфицирующим раствором, состоящим из 2 литров теплой воды из-под крана и 1 столовой ложки дезинфицирующего средства, и замочите в нем сетку ЭЭГ на 10 минут. Промойте ведро от дезинфицирующего раствора и выполните процесс ополаскивания и слива три раза, чтобы удалить остатки раствора из сетки ЭЭГ.
    5. Для процесса ополаскивания или дезинфекции извлеките погруженную в воду сетку ЭЭГ из ведра, высушите ее, удалив лишнюю воду с помощью чистого сухого полотенца, и храните, повесив рядом с раковиной.
11. Чтобы подавить внутренние и внешние магнитные помехи и артефакты измерения/движения из данных MEG, примените метод временного расширения сигнального пространства (tSSS) к файлу MEG .fif.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Пространственно-временная фильтрация Максвелла (tSSS) идеально подходит для подавления источников помех, расположенных внутри или очень близко к массиву датчиков MEG, а именно внутренних помех.
12. При одновременной записи МЭГ и ЭЭГ пространственно выровняйте системы координат двух устройств сбора данных относительно анатомических ориентиров на голове испытуемого (рис. 2А) и скорректируйте линейный дрейф часов между сигналами, возникающий из-за возможных различий в частотах дискретизации (рис. 2В).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Во время записи сигналы МЭГ и ЭЭГ также могут подвергаться влиянию медленных сдвигов с течением времени из-за возможных задержек при нажатии кнопок «Старт» и «Конец», а также внутреннего дрейфа часов, который происходит, когда триггеры отправляются в программное обеспечение для сбора данных МЭГ и ЭЭГ. Для обеспечения точной синхронизации между этими сигналами был разработан собственный код на языке Python, который использует события запуска, отправленные на обе системы во время сбора данных, в качестве общего сигнала запуска. Код включает в себя три функции, доступные в программной библиотеке MNE-Python: две функции, которые считывают сигналы MEG и EEG, и одну функцию, которая извлекает из сигналов информацию о триггерных событиях, такую как названия каналов и временные метки (т.е. дата и время наступления события). Разница во времени между возникновением событий запуска в каждом сигнале (т. е. дельта) определяет линейный дрейф тактовых сигналов во времени (рис. 2B). Подробное описание разработанного кода приведено в следующих шагах (см. 3.12.1-3.12.4).
    1. Используйте разницу между первым событием запуска, происходящим на каждом сигнале, в качестве значения смещения (т. е. часть, которая должна быть обрезана от одного из двух сигналов) для выравнивания записей.
       ПРИМЕЧАНИЕ: Функции mne.io.read_raw_fif и mne.io.read_raw_egi преобразуют записи MEG и EEG в формат 2D-матрицы, в то время как функция mne.find_events извлекает информацию о событиях из необработанных сигналов.
    2. После того, как эти первые триггеры будут выровнены, вычислите коэффициент корреляции Пирсона, чтобы оценить степень корреляции между сигналами; Для обеспечения идеального выравнивания рекомендуются p-значения < 1 x ^10-6 .
       ПРИМЕЧАНИЕ: Функция Пирсона из библиотеки scipy оценивает коэффициент корреляции Пирсона между сигналами MEG и EEG и p-значение этой корреляции.
    3. Чтобы проверить точность корреляции, оцените скорость дрейфа между двумя сигналами, выполнив аппроксимацию полинома первой степени, и используйте результирующую степень несоответствия, представленную коэффициентом полиномиальной функции, для повторной выборки сигналов по оси x полиномиальной аппроксимации (рис. 2B).
       ПРИМЕЧАНИЕ: Функция polyfit из библиотеки numpy подгоняет сигналы MEG и EEG в полиномиальную функцию; Эта функция возвращает коэффициент, представляющий степень несоответствия между двумя сигналами. Функция mne.resample осуществляет пересчет сигналов MEG и EEG в соответствии с коэффициентом полиномиальной функции.
    4. После завершения повторной дискретизации сравните временные метки последнего события запуска, произошедшего для каждого сигнала, и удалите те временные окна, которые не являются общими для сигналов MEG и EEG. Наконец, объедините синхронизированные сигналы МЭГ и ЭЭГ для создания единой записи, характеризуемой датчиками МЭГ и ЭЭГ, которую можно использовать для дальнейшего анализа.
       ПРИМЕЧАНИЕ: Функция mne.add_channels объединяет два сигнала для создания одной записи.
13. В конце каждой ~1,5 ч записи используйте в общей сложности 5-6 (~10 мин каждая), 1-2 (~10 мин каждая) и 1-2 (~7 мин каждая) сессий синхронизированных записей МЭГ и ЭЭГ соответственно для данных зрительной (и покоя/сна), слуховой и соматосенсорной стимуляции для анализа данных.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В идеале, субъект должен выполнять постукивание правым пальцем для трех зрительно-моторных записей и постукивание левым пальцем для оставшихся трех зрительно-моторных записей.

4. Анализ данных

1. Картирование зоны раздражения
   1. Создание 3D-поверхностей коры головного мозга на основе МРТ пациента с помощью процесса реконструкции коры головного мозга FreeSurfer, который представляет собой инструмент нейровизуализации с открытым исходным кодом для обработки, анализа и визуализации МРТ-изображений человеческого мозга⁴⁶.
   2. Импортируйте реконструированную анатомию в Brainstorm, которое является приложением MATLAB с открытым исходным кодом, предназначенным для визуализации и обработки данных МЭГ и ЭЭГ⁴⁷, для визуализации результатов реконструкции коры головного мозга. В Brainstorm установите реперные точки (т. е. назион, левую/правую предушную, переднюю/заднюю спаечную и межполушарную) на импортированной МРТ, которые определяют исследуемую систему координат.
   3. Импортируйте одновременный сигнал MEG и HD-EEG в Brainstorm и зарегистрируйте датчики MEG и EEG на MRI с помощью процесса регистрации MRI, чтобы настроить их выравнивание по оцифрованным реперным точкам. При необходимости спроецируйте датчики ЭЭГ на поверхность коры головного мозга.
   4. Откройте одновременную запись МЭГ и HD-ЭЭГ и визуально осмотрите исходные данные, чтобы удалить поврежденные каналы. Кроме того, примените метод коррекции артефактов проекции сигнального пространства (SSP), доступный в Brainstorm , чтобы отсеять биологические артефакты (например, сердцебиение, моргание глаз) из записей.
   5. Примените режекторный (50 или 60 Гц, в зависимости от помех от линии питания) и полосовой (1-70 Гц) фильтры к одновременным данным МЭГ и HD-ЭЭГ.
   6. Выберите фрагменты данных, содержащие межприступную активность, характеризующуюся частыми срабатыванием СВУ, такими как пики и острые волны, и имеющие минимальные артефакты движения (если это возможно).
      ПРИМЕЧАНИЕ: СВУ представляют собой переходные сигналы, характеризующиеся временной эволюцией <70 мс, амплитудой >50 мкВ и острой формой, которую можно четко отличить от фоновой активности в полосе частот 1-70 Гц⁴⁸. На рисунке 3A представлен пример фрагментов одновременных сигналов MEG и HD-EEG с частыми IED, видимыми на обеих записях.
   7. Используя стандартную настройку отображения 10 с на страницу, отметьте отрицательный пик каждого IED, который имеет место как на МЭГ, так и на ЭЭГ (рисунок 3A), а также на каждой модальности в отдельности. Перед маркировкой каждого ИЭУ проверьте поле топографии и потенциальные карты для МЭГ и ЭЭГ соответственно.
      Примечание: Распределение напряжения дополнительных временных точек во время фазы нарастания каждого СВУ, а не его пика, также должно быть проверено на предмет возможного распространения эпилептической^{активности.} Более подробную информацию о том, как отмечать события межприступных всплесков с помощью Brainstorm , можно найти в другом месте (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Epilepsy).
   8. Рассчитайте реалистичную модель головы, определенную как трехслойная геометрическая модель (т. е. скальп, внутренний и внешний череп) (рис. 3B), с помощью программного обеспечения OpenMEEG BEM (метод симметричных граничных элементов), доступного в Brainstorm. Используйте объем МРТ в качестве исходного пространства (сетка исходных точек с пространственным разрешением 5 мм).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение OpenMEEG BEM использует метод симметричных граничных элементов для вычисления реалистичной прямой модели, характеризующейся скальпом (т.е. интерфейсом воздух-скальп), внешним черепом (т.е. интерфейсом скальп-череп) и внутренним черепом (интерфейсом череп-мозг). В качестве альтернативного решения можно использовать метод конечных элементов (МКЭ) для решения прямой задачи, поскольку он позволяет реалистично представить объемный проводник головки в зависимости от предмета. Значения проводимости тканей головы часто предполагаются из литературы и могут варьироваться в зависимости от возраста испытуемого:⁵⁰ лет. Чтобы решить прямую модель с помощью FEM, рассчитайте реалистичную модель головы, определенную как трех- или пятислойную геометрическую модель (т. е. белое вещество, серое вещество, спинномозговая жидкость, череп и кожа), используя программное обеспечение DUNEuro FEM, доступное в Brainstorm 47,50,51. Более подробную информацию об оценке форвардной модели с помощью КЭМ можно найти в другом месте (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro).
   9. Локализовать базовые генераторы выбранных интериктальных спайков методом неограниченной ECD на массиве МЭГ, ЭЭГ и комбинированных МЭГ и ЭЭГ сенсоров по отдельности. Чтобы локализовать эти дипольные источники, вычислите ковариацию шума из записей МЭГ в пустой комнате или установите ее в качестве матрицы идентичности.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Рассмотрите возможность выполнения локализации источника на усредненных ИЭУ с аналогичными распределениями напряжения в качестве альтернативного подхода в случае, если отношение сигнал/шум ИЭУ низкое¹².
   10. Выполните метод сканирования диполей, доступный в Brainstorm , на пике каждого ранее отмеченного ИЭУ, чтобы выбрать наиболее значимые исходные диполи по всему объему мозга. Выберите только исходные диполи с хорошим прилеганием >60% и оцените их кластерность, определенную для каждого диполя как количество диполей, расположенных на расстоянии 15 мм от его центра (рис. 3C).
       ПРИМЕЧАНИЕ: Более подробную информацию о кластерности ECD можно найти в другом месте⁵².
2. Картографирование СОЗ
   1. Сгенерируйте 3D-поверхности коры головного мозга на основе МРТ пациента с помощью процесса реконструкции коры головного мозга FreeSurfer⁴⁶.
   2. Импортируйте реконструированную анатомию в Brainstorm⁴⁷ , чтобы визуализировать результаты реконструкции коры головного мозга. Задайте реперные точки на импортированной МРТ, определяющие систему координат объекта.
   3. Импортируйте одновременный сигнал MEG и HD-EEG (содержащий иктальное событие) в Brainstorm и зарегистрируйте датчики MEG и EEG на MRI с помощью процесса регистрации MRI, чтобы настроить их выравнивание по оцифрованным реперным точкам. При необходимости спроецируйте датчики ЭЭГ на поверхность коры головного мозга.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если у субъекта был припадок во время записи, просмотрите записи, сделанные во время записи, чтобы оценить, во время какого сеанса было зарегистрировано событие иктала.
   4. Откройте одновременную запись МЭГ и HD-ЭЭГ и визуально осмотрите исходные данные, чтобы удалить поврежденные каналы. Примените технику коррекции артефактов SSP, доступную в Brainstorm⁴⁷ , чтобы отсеять биологические артефакты (например, сердцебиение, моргание глаз) из записи.
   5. Применяйте режекторные (50 или 60 Гц, в зависимости от помех от линии питания) и полосовые (1-70 Гц) фильтры к одновременным данным MEG и HD-EEG.
   6. По записям определите начало припадка и его окончание (если отмечено) и отметьте эти события на сигнале, чтобы определить правильную порцию данных, содержащую иктальные эпилептиформные разряды. Примеры начала судорог показаны на рисунке 4 для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если у субъекта случается приступ во время получения МЭГ, медицинский персонал обязан немедленно оказать ему помощь и оказать неотложную помощь. Таким образом, длительность порций данных с иктальными событиями может быть короткой.
   7. Используя стандартную настройку отображения 10 с на страницу, отметьте отрицательный пик каждого всплеска эпилептиформных разрядов (например, повторяющихся спайков, острых волн или спайк-волновых комплексов), происходящих во время иктального события на МЭГ и ЭЭГ, а также на каждой модальности в отдельности. Перед каждой отметкой пика проверяйте топографическое поле и карты потенциалов для МЭГ и ЭЭГ соответственно (рис. 4A).
      Примечание: Судороги классифицируются как генерализованные или фокальные в зависимости от того, где начинается их начало. Хотя припадок зависит от синдрома эпилепсии, он представляет собой явление продолжительностью не менее 10 с, характеризующееся повторяющимися электрическими разрядами, которые могут варьироваться по частоте, амплитуде и морфологии.
   8. Вычислите трехслойную (т. е. скальп, внутренний и внешний череп) реалистичную модель головы для датчиков MEG и ЭЭГ с помощью программного обеспечения OpenMEEG BEM, доступного в Brainstorm. Используйте объем МРТ в качестве исходного пространства (сетка исходных точек с пространственным разрешением 5 мм).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы рассчитать прямую модель с помощью FEM, рассчитайте реалистичную модель головы, определяемую как трех-пятислойная геометрическая модель (т.е. белое вещество, серое вещество, спинномозговая жидкость, череп и кожа), используя программное обеспечение DUNEuro FEM, доступное в Brainstorm 47,50,51. Более подробную информацию об оценке форвардной модели с помощью КЭМ можно найти в другом месте (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro).
   9. Локализовать базовые генераторы выбранных иктальных разрядов методом неограниченной ECD на массиве датчиков МЭГ, ЭЭГ и комбинированных МЭГ и ЭЭГ по отдельности. Чтобы локализовать эти дипольные источники, вычислите ковариацию шума из записей МЭГ в пустой комнате или установите ее в качестве матрицы идентичности.
   10. Выполните метод сканирования диполей, доступный в Brainstorm , на пике каждой ранее отмеченной иктальной осциллограммы, чтобы выбрать наиболее значимые исходные диполи по всему объему мозга. Выберите только исходные диполи с хорошей посадкой >60% и оцените их кластерность (расстояние диполей от центра каждого диполя составляет 15 мм)⁵².
3. Картирование красноречивой коры головного мозга
   1. Описанные выше шаги 4.2.1-4.2.3 выполнять с использованием сигналов, регистрируемых во время зрительно-моторной задачи, а также при слуховой и соматосенсорной стимуляции.
   2. Откройте одновременные записи MEG и HD-EEG и визуально проверьте исходные данные, чтобы удалить поврежденные каналы. Отдельно для каждого сеанса применяйте технику коррекции артефактов SSP, доступную в Brainstorm⁴⁷ , чтобы отсеять биологические артефакты (например, сердцебиение, моргание глаз) из записей. Кроме того, отбрасывайте или помечайте как «Плохой интервал» все те сегменты данных, загрязненные артефактами, которые не могут быть использованы для дальнейшего анализа.
   3. Применяйте режекторные (50 или 60 Гц, в зависимости от помех от линии питания) и полосовые (1-100 Гц) фильтры к одновременным данным МЭГ и HD-ЭЭГ.
   4. Для картирования моторной коры откройте сигналы ЭМГ, записанные с электродов FDI и APB, и вручную отметьте событие постукивания, выполненное испытуемым, отдельно для правой и левой руки, выбрав первый пик мышечной активации, отличный от исходного уровня на паре-электроде FDI. Выполняйте этот шаг отдельно для каждого сеанса с помощью Brainstorm⁴⁷.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте вкладку «Фильтр » для визуализации только в Brainstorm и выберите диапазоны частот (например, высокочастотные: 30 Гц; низкочастотные: 300 Гц; низкочастотные: 60 Гц), которые могут помочь правильно отметить пики активности ЭМГ при постукивании. Названия событий должны быть одинаковыми для всех сеансов; Например, события, когда субъект выполнял касание пальцем правой (или левой) стороны, могут называться «Tap_right» (или «Tap_left»). Этот шаг позволяет нам выполнить уникальный анализ одного и того же типа события, которое произошло во всех сессиях.
   5. Из каждого сеанса импортируйте события, происходящие на свободных от артефактов сегментах, выбрав следующие параметры: визуальные стимулы: временное окно [-200; +500] мс, включая базовое значение [-200; 0] мс до начала стимула; события постукивания: [-1500; +1000] мс временное окно, включая исходный уровень [-1500; -1000] мс до начала визуального стимула; модулированные звуки ЧМЦ: [-500; +1000] мс временное окно, включая исходный уровень [-500; 0] мс до начала стимула; и тактильные стимулы: [-100; +500] мс временное окно, включая исходный уровень [-100; 0] мс до начала стимула.
   6. После того, как события конкретной задачи были импортированы из всех сеансов, примените средний эталонный монтаж для увеличения отношения сигнал/шум на данных ЭЭГ и оцените среднее значение по стимулам для получения вызванных событиями полей и потенциалов. В случае двигательных задач (т.е. постукивания) и тактильной стимуляции этот последний шаг выполняется для правой и левой руки соответственно.
      ПРИМЕЧАНИЕ: На панелях А и В на рисунках 5, 6, 7 и 8 показаны примеры визуальных, моторных, слуховых и соматосенсорных реакций, соответственно, для МЭГ и ЭЭГ и их относительных карт топографии и потенциала. Общее количество стимулов для конкретного задания строго зависит от количества выполненных сеансов; В случае двигательной задачи это число также зависит от правильно выполненной задачи постукивания.
   7. Для визуальных, моторных, слуховых или соматосенсорных вызванных полей и потенциалов вычислите трехслойную (т. е. скальп, внутренний череп и внешний череп) реалистичную модель головы для МЭГ и ЭЭГ-сенсоров с помощью программного обеспечения OpenMEEG BEM, доступного в Brainstorm. Используйте 3D-поверхность коры головного мозга в качестве исходного пространства.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы рассчитать прямую модель с помощью FEM, рассчитайте реалистичную модель головы, определяемую как трех-пятислойная геометрическая модель (т.е. белое вещество, серое вещество, спинномозговая жидкость, череп и кожа), используя программное обеспечение DUNEuro FEM, доступное в Brainstorm 47,50,51. Более подробную информацию об оценке форвардной модели с помощью КЭМ можно найти в другом месте (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/Duneuro).
   8. Для каждого событийно-вызванного поля и потенциалов вычислите корковые источники усредненных событий с помощью dSPM, реализованного в наборе инструментов Brainstorm для МЭГ, ЭЭГ и объединенного массива МЭГ и ЭЭГ по отдельности. Установите матрицу ковариации шума, используя базовый период до стимулирования, специфичный для каждой задачи (см. шаг 4.3.5).
   9. В зависимости от поставленной задачи извлеките максимум корковых источников, наблюдаемых в соответствующей области мозга [первичная зрительная кора (V1), первичная моторная кора (M1), первичная слуховая кора (A1) или первичная соматосенсорная кора (S1)], которые могут быть определены либо с помощью атласа, либо с помощью реконструкции виртуального сенсора (т.е. области интереса, ROI) в этом месте (рисунок 5C, Рисунок 6C, Рисунок 7C и Рисунок 8C).
   10. Выполните частотно-временное разложение вейвлета Морле на вызванном событиями поле и потенциальные источники в соответствующей области мозга (V1, M1, A1 или S1) с помощью линейной шкалы (диапазон частот: 1:1:100 Гц).
       Примечание: Для оценки вызванных колебаний, которые имеют временную и фазовую синхронизацию с началом стимула, сигнал МЭГ/ЭЭГ первоначально усредняется по событиям, а затем подвергается частотно-временному анализу ^53,54.
   11. Выполните стандартизацию исходных карт коры головного мозга с помощью метода возмущений, связанных с событиями, доступного в Brainstorm , чтобы нормализовать их относительно базовой линии (см. шаг 4.3.5), отдельно для каждого события (рисунок 5D, рисунок 6D, рисунок 7D и рисунок 8D).
       ПРИМЕЧАНИЕ: Стандартизация исходных карт с использованием возмущений, связанных с событиями, является мерой нормализации для частотно-временных карт мощности, которая оценивает отклонение от среднего значения по сравнению с базовым уровнем в процентах. Более подробную информацию об этом процессе стандартизации можно найти в другом месте (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Tutorials/TimeFrequency#Normalized_time-frequency_maps).
4. Ратификация
   1. Получение внеоперационной записи ЭЭГ путем имплантации субдуральных решеток и/или глубинных электродов. Количество, тип и расположение внутричерепных электродов определяются мультидисциплинарной командой по эпилепсии на основе клинической гипотезы, полученной в результате суммирования информации, полученной в ходе неинвазивных диагностических тестов предоперационной оценки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В рамках предоперационной оценки внеоперационная ЭЭГ регистрируется в течение нескольких дней с помощью цифровой системы ЭЭГ с частотой дискретизации 1024 Гц.
   2. Определите SOZ в соответствии с определением эксперта-эпилептолога на основе клинической информации, доступной для каждого субъекта.
      ПРИМЕЧАНИЕ: СОЗ определяется как область мозга, показывающая первый однозначный иктальный электрографический разряд, который отличается от фоновой активности, которая может происходить либо до, либо одновременно с клинически определенным началом иктала. Все каналы, участвующие в этом иктальном электрографическом разряде, рассматриваются как контакты SOZ, даже если они захватывают припадки, происходящие из разных областей мозга.
   3. Во время иктального события, зарегистрированного на iEEG, отметьте пик каждого всплеска эпилептиформных разрядов, происходящего на каждом внутричерепном электроде, и выполните локализацию источника этих иктальных событий с использованием метода ECD, как описано ранее в шагах 4.1.7-4.1.10.
   4. Сравните результаты локализации iEEG с клинически определенным SOZ как золотым стандартом для исходных результатов локализации.

Результаты

Педиатрические пациенты с DRE были набраны из клиники эпилепсии в Институте здоровья разума Джейн и Джона Джастина, Система детского здравоохранения Кука (CCHCS). Здесь представлены данные трех репрезентативных пациентов: (i) 10-летняя девочка, (ii) 13-летний мальчик и (iii) 10-летняя девочка.

Случай 1: В больницу поступила 10-летняя девочка с приступами, начавшимися в возрасте трех лет. Пациентка страдала от ежедневных судорог даже после введения 8 АСМ. Первоначальные приступы характеризовались отклонением глаз (неясная сторона) и остановкой поведения. Позже у пациента наблюдались ежедневные судороги продолжительностью ~30 с, характеризующиеся иктальным надуванием губ (знак «chapeau de gendarme»), отклонением головы влево и двусторонним тоническим окоченением рук (преобладание вправо). Долгосрочная видеоЭЭГ выявила два кластера асимметричных тонических припадков с отклонением головы влево, за которыми последовала левая рука. Также наблюдались три тонических припадка во время сна, с частыми сериями генерализованных быстрых полиспайков и медленных волн с периодическим открытием глаз, взглядом вверх и поднятием левой или правой руки. Эти полиспайки и волны медленного сна были в основном заметны из левой средней височной доли. МРТ головного мозга выявила следующие мультифокальные дисплазии: (i) левая теменная доля (постцентральная извилина), фокальная корковая дисплазия (ФКД) с трансмантным признаком (ФКД II типа), (ii) ФКД правого теменочно-затылочного перехода и (iii) ФКД левого височного полюса. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) показала гипометаболизм в левой теменной доле, левой височной доле и правом теменно-затылочном переходе, соответствующих очагам аномалии сигнала (т.е. ФКИ) на МРТ-исследовании. У пациента была диагностирована трудноизлечимая эпилепсия со стереотипной семиологией шапо, за которой последовала тоническая ригидность руки, что предполагает возможное мезиальное лобное или островное/височное начало. Было рекомендовано обширное исследование двусторонней стерео-ЭЭГ (сЭЭГ) с нацеливанием на лобную долю, поясную извилу, островковую долю и области дисплазии. Во время iEEG-мониторинга у пациента наблюдались типичные судороги с «шапкой жандарма» с последующим тоническим подъемом/сгибанием правой или левой верхней конечности, характеризующиеся диффузным началом ЭЭГ, максимально над двусторонней передней островковой долей. Мультифокальные СВУ в основном наблюдались в правой и левой передней височной доле и дорсолатеральной лобной коре, включая двустороннюю островковую долю. ЭСИ, выполненная на основании записи ЭЭГ, подтвердила локализацию СОЗ, которая была клинически определена двусторонне в левой и правой дорсолатеральной лобной коре и передней островковой доле.

В рамках предоперационного обследования была выполнена локализация источника по одновременным данным МЭГ и HD-ЭЭГ. Записи МЭГ и HD-ЭЭГ показали частые ИЭУ в обеих лобно-височных областях. На рисунке 3A показан репрезентативный пример СВУ по данным МЭГ и ГП-ЭЭГ; Топографическое поле и потенциальное картирование из обеих модальностей указали на возможный основной источник в правой лобно-височной области. ESI показала рассеянное скопление диполей, охватывающее области правой и левой лобно-височной и теменной долей. MSI показала фокальный кластер диполей в правой лобно-височной доле, расположенный рядом с правой островковой долей. EMSI показала фокальные кластеры диполей в двусторонних лобно-височных областях, в соответствии с ESI, выполненной по золотому стандарту iEEG, что подтвердило клинические наблюдения (рис. 3C). Эти диполи, оцененные с помощью EMSI, показали среднее расстояние от СОЗ, определенной iEEG, 9,81 мм (медиана: 11,18; стандарт: 2,37).

Случай 2: 13-летний мальчик с трудноизлечимой эпилепсией был госпитализирован с приступами, начавшимися в возрасте девяти лет. Приступы начинались с ауры с последующим отклонением головы/глаза влево с сохранением сознания временами и очаговым клонусом головы влево, длились ~30 с и происходили несколько раз в неделю. Ни один из назначенных АСМ не позволил остановить приступы. С помощью длительной видео-ЭЭГ мы наблюдали правые задние височные всплески и частые всплесковые волны в правом полушарии с вовлечением средней височной, лобно-височной, височно-теменной и центрально-теменной коры. У пациента было шесть электроклинических припадков, характеризующихся изменением поведения, отклонением головы/глаза влево с разгибанием левой руки, а иногда и клонической активностью левой руки, и три припадка с вторичной двусторонней судорожной активностью. Максимальное начало было в правой средней височной доле с эволюцией в правой лобно-височной доле. При МРТ головного мозга выявлен обширный порок развития коры головного мозга в правом полушарии головного мозга (с преобладанием перисильвии) и незначительная потеря объема в правом полушарии головного мозга с ex vacuo расширением правого бокового желудочка. У пациента диагностирована трудноизлечимая эпилепсия с началом в правом полушарии, способствующая височному и перисильвиеву началу в области диффузной корковой мальформации. Стерео-ЭЭГ была выполнена для определения степени вовлечения, при этом электроды были размещены в правой височной коре, околосильвии, островке и теменной части затылка. Во время мониторирования iEEG было зафиксировано несколько электроклинических фокальных судорог с максимальным началом в широкой области правой лобно-височной доли. ЭСИ, проведенная на основе данных ЭЭГ, локализовала эти приступы в более очаговой области, включающей как правую височную (около правой средней височной извилины), так и околосильвую области.

В рамках предоперационной оценки были проведены одновременные МЭГ и ГД-ЭЭГ, во время которых пациент испытал два припадка: один во время сидения на деревянном стуле в процессе оцифровки и один во время фактической записи, начало которого было видно как на МЭГ, так и на ГД-ЭЭГ (рис. 4А). Топографическое поле и карты потенциалов в момент начала иктала показали, что основной генератор начала судорог может находиться в правой средней височной доле, как показано на рисунке 4А. Локализация источника иктального события показала разные результаты для ESI и MSI: ESI показала диполи, локализованные в правой лобно-височной и центротемпоральной долях, в то время как MSI показала диполи с высокой кластерностью в основном в правой височной доле (рис. 4B), с дополнительными рассеянными диполями в лобно-височной коре. Комбинируя эти решения, EMSI выявила локализацию иктального начала в височной доле, согласующуюся с золотым стандартом ESI на iEEG (рис. 4B). В частности, EMSI представила результаты локализации со средним расстоянием от SOZ, определенным по данным мониторинга iEEG, 12,21 мм (медиана: 13,62; std: 2,37).

Случай 3: 15-летняя девочка с идиопатической эпилепсией, связанной с локализацией, поступила с приступами, начавшимися в возрасте 13 лет, но, возможно, и в 8-9 лет, когда у нее были диагностированы тики из-за повторяющихся, стереотипных движений шеи. У пациента наблюдались кратковременные наклоны головы влево, которые иногда прогрессировали до фокальных дискогнитивных припадков с гипермоторным поведением (т.е. генерализованных тонико-клонических припадков), а также ночных судорожных припадков. Было введено несколько АСМ без достижения полного контроля над приступами. При длительном видео-ЭЭГ-мониторировании у пациента наблюдались фокальные электроклинические судороги с вторичной генерализацией с началом в левой задней височной доле, многочисленные кратковременные фокальные моторные припадки с наклоном головы влево и малозаметный электрографический припадок с началом в левой центротемренной коре. МРТ головного мозга не выявила острой внутричерепной аномалии и мальформации Киари I. Позитронно-эмиссионная томография – компьютерная томография (ПЭТ-КТ) головы дала отрицательный результат. Были рекомендованы дополнительные исследования, такие как иктальная однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), одновременная МЭГ и HD-ЭЭГ, рентгенография шейного отдела позвоночника, магнитно-резонансная ангиография (МРА) головы и шеи и, в конечном итоге, исследование ЭЭГ левого полушария.

В рамках обследования пациент участвовал в одновременной записи МЭГ и HD-ЭЭГ для картирования красноречивых областей мозга, таких как первичная зрительная, моторная, слуховая и соматосенсорная кора. Первоначально пациент выполнял зрительно-моторную задачу, за которой следовали слуховая и соматосенсорная стимуляция. Первая корковая реакция на визуальную стимуляцию произошла через ~70 мс после появления стимула как для МЭГ, так и для HD-ЭЭГ (Рисунок 5А). Рисунок 5B сообщает о поле топографии и потенциальных картах мест коры головного мозга, участвующих в визуальной стимуляции для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно. Для HD-ЭЭГ наблюдалось изменение полярности в каналах, охватывающих затылочные области мозга, в то время как для МЭГ было обнаружено более сложное распределение поля в тех же областях (Рисунок 5B). Локализация источника с помощью dSPM выявила фокальную активность коры головного мозга в этот момент времени в следующих областях мозга атласа Десикана-Киллиани: (i) кунеус для MSI; (ii) латеральная затылочная кора для ESI; и (iii) кунеус и латеральная затылочная кора для ЭМСИ (Рисунок 5C). Частотно-временной анализ зрительных реакций коры головного мозга выявил связанную с событиями синхронизацию (ERS) в гамма-диапазоне частот для MSI (приблизительный диапазон: 30-50 Гц), ESI (приблизительный диапазон: 40-50 Гц) и EMSI (приблизительный диапазон: 30-50 Гц) (Рисунок 5D). Что касается мотор-индуцированных реакций, то во время начала движения наблюдалось подавление активности мю-ритма над контралатеральным M1 (Рисунок 6А). В Рисунок 6B, мы сообщили о поле топографии и потенциальных картах областей мозга, активированных во время двигательной задачи для МЭГ и HD-EEG соответственно. Карты поля МЭГ показали явные изменения магнитного притока и оттока в контралатеральных центральных областях мозга, что может указывать на наличие основного фокального генератора в контралатеральной М1 (Рисунок 6B). Карты потенциалов HD-EEG показали изменение фокальной полярности в тех же областях, при этом электрические потенциалы были перпендикулярны магнитным полям (Рисунок 6B). Пики максимальной активации источника наблюдались при выполнении задачи простукивания на контралатеральной прецентральной извилине атласа Десикана-Киллиани для MSI, ESI и EMSI соответственно, как показано на рисунках Рисунок 6С. Моторные реакции коры головного мозга, происходящие в ожидании предстоящего таппингового движения, показали ERS в бета- и гамма-диапазонах для MSI (приблизительный диапазон: 20-30 Гц) и EMSI (приблизительный диапазон: 20-40 Гц) и гамма-диапазоне для ESI (приблизительный диапазон: 30-50 Гц), именуемых в литературе как mu rhythm suppression (Рисунок 6D).^55,56 Слухово-вызванные поля и потенциалы в ответ на слуховую стимуляцию имели максимальный положительный пик на ~80 мс и ~120 мс после доставки стимула для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно (Рисунок 7А). В Рисунок 7B, мы сообщили о топографическом поле и потенциальных картах корковых участков, участвующих в слуховой стимуляции для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно. Как при МЭГ, так и при ГПД-ЭЭГ наблюдалось очевидное изменение полярности с четко выраженными отрицательными и положительными полюсами на датчиках, охватывающих левые височные области мозга; эти перпендикулярные карты магнитного поля и электрического потенциала могут выявить лежащий в основе фокальный генератор в V1 (Рисунок 7B). При локализации источника на усредненных слухово-вызванных полях и потенциалах максимальная корковая активация наблюдалась на поперечной височной извилине и задней части верхней височной извилины атласа Десикана-Киллиани для MSI, ESI и EMSI соответственно (Рисунок 7С). Частотно-временной анализ слухово-вызванных реакций выявил ERS в гамма-диапазоне для MSI (приблизительный диапазон: 40-60 Гц) и EMSI (приблизительный диапазон: 35-50 Гц), а также в диапазонах бета- и гамма-частот (приблизительный диапазон: 25-60 Гц) для ESI (Рисунок 7D). Наконец, мы наблюдали первую активность коры головного мозга в ответ на тактильную стимуляцию через ~60 и ~50 мс после начала стимула для МЭГ и ГЧ-ЭЭГ соответственно (Рисунок 8А). В Рисунок 8B, мы сообщили о поле топографии и потенциальных картах областей мозга, активированных во время соматосенсорной стимуляции для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно. Карты полей МЭГ показали четкую смену полярности с отчетливыми изменениями магнитного потока на датчиках, охватывающих контралатеральные теменные области, в то время как карты потенциалов HD-ЭЭГ показали менее заметное изменение полярности в тех же областях с более сильным положительным полюсом, чем отрицательный. Эти перпендикулярные карты магнитного поля и электрического потенциала могут указывать на фокальный корковый генератор в S1. При использовании dSPM по усредненным соматосенсорно-вызванным реакциям, максимальная активность коркового источника в этот момент времени наблюдалась в контралатеральной постцентральной извилине атласа Десикана-Киллиани для MSI, ESI и EMSI соответственно (Рисунок 8C). В ответ на тактильные стимулы ERS в бета- и гамма-диапазонах частот для MSI (приблизительный диапазон: 15-40 Гц) и EMSI (приблизительный диапазон: 20-40 Гц), а также в гамма-диапазоне частот для ESI (приблизительный диапазон: 30-40 Гц) (Рисунок 8D) также наблюдались.

Рисунок 1: Экспериментальная установка для одновременной МЭГ и HD-ЭЭГ в системах CCHCS. (A) HD-EEG (256 каналов) и МЭГ (306 датчиков) с установленным порталом МЭГ в положение лежа на спине (90°, горизонтальное положение) для регистрации состояния покоя/сна с использованием немагнитной МЭГ-совместимой кровати. Техник готовит объект съемки (9-летнюю девочку) к записи, обеспечивая при этом безопасность и комфорт. (B) Системы HD-EEG и MEG настроены на запись в сидячем положении с использованием немагнитного МЭГ-совместимого кресла. Техник подготавливает объект к записи, обеспечивая при этом правильное положение объекта перед экраном, на который будут проецироваться визуальные стимулы во время зрительно-моторной задачи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Технические аспекты объединения данных одновременных записей МЭГ и HD-ЭЭГ с использованием разных систем сбора. (А) Пространственное выравнивание (совместная регистрация) датчиков МЭГ и HD-ЭЭГ в одну и ту же систему координат (определяемую координатами головы субъекта) для репрезентативного субъекта (9-летней девочки). Координаты головы объекта представлены следующими реперными точками: назионом (зеленого цвета) и левой/правой преаурикулярной точкой (красным и синим цветом соответственно). Отображаются 306 МЭГ датчиков (синего цвета) - 102 магнитометра и 204 планарных градиентометра - и катушки индикатора положения головы (HPI) (пурпурного цвета); выровненные в одну и ту же систему координат, также отображаются 256 каналов HD-EEG (розового цвета). (B) Левая панель: Линейный дрейф (т.е. дельта, отображается черной линией) выборок данных, происходящих между системами MEG и HD-EEG для репрезентативного субъекта (9-летней девочки). Дельта определяется как абсолютное значение разницы между моментами времени, в течение которых один и тот же триггер посылается в системы МЭГ и ЭЭГ, и постоянно увеличивается с течением времени: от низких (дельта = 0 мс) до высоких (дельта = 197 мс) значений. Коррекция линейного дрейфа, оцененная с помощью полиномиальной функции, применяемой к сигналам, отображается синей пунктирной линией. Скорректированный дрейф (дельта ~0 мс во времени), представляющий собой синхронизированное время между системами МЭГ и ЭЭГ, отображается красной пунктирной линией. Правая панель: Отображается графическое представление сдвига времени (дельта = 197 мс), рассчитанного для последнего триггера, отправленного в системы MEG и EEG. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Межприступные эпилептиформные разряды (ИЭУ) на данных МЭГ и HD-ЭЭГ. (A) Временная часть одновременной записи МЭГ и HD-ЭЭГ (10 с) у 10-летней девочки (Случай 1) с частыми СВУ. Для целей визуализации была выбрана подгруппа из 306 МЭГ-сенсоров и 256 электродов ЭЭГ. Топографическое поле и карты потенциалов на пике ИЭУ отображаются в виде внутренних панелей для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно. (B) Расположение датчиков МЭГ и HD-ЭЭГ (желтого цвета), зарегистрированных одновременно на 3D-поверхности головы и коры головного мозга (синего цвета). Реалистичная модель головы методом граничных элементов (BEM), состоящая из трех слоев [т.е. скальпа (серого цвета), внешнего черепа (желтого цвета) и внутреннего черепа (розового цвета)], реконструированной на основе предоперационной МРТ субъекта. (C) Результаты кластеризации локализации источника, выполненные на ИЭУ с использованием диполя эквивалентного тока (ECD), отображаются на предоперационной МРТ субъекта для ESI, MSI, EMSI и ESI на iEEG (золотой стандарт)⁵². Тепловые карты кластерности диполей с хорошей подгонкой >60% отображаются от более низких (синий) до высоких (красный) значений. Зона начала судорог, определенная с помощью ЭСИ, выполненной по данным ЭЭГ, считалась золотым стандартом (оранжевые и зеленые круги). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Начало судорог по данным МЭГ и HD-ЭЭГ. (A) Временная часть одновременной записи МЭГ и HD-ЭЭГ (10 с) у 13-летнего мальчика (Случай 2) с началом припадка (красная стрелка). Для целей визуализации была выбрана подгруппа из 306 МЭГ-сенсоров и 256 электродов ЭЭГ. Карты топографического поля и потенциалов в начале иктала отображаются в виде внутренних панелей для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно. (B) Результаты кластеризации локализации источника, выполненные в начале иктального события с использованием метода эквивалентного диполя тока (ECD), показаны на предоперационной МРТ субъекта для ESI, MSI, EMSI и ESI на iEEG (золотой стандарт)⁵². Тепловые карты кластерности диполей с хорошей подгонкой >60% отображаются от более низких (синий) до высоких (красный) значений. Зона начала судорог, определенная с помощью ЭСИ, выполненной по данным iEEG, считалась золотым стандартом (синий круг). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: Визуально-вызванные поля и потенциалы из данных МЭГ и HD-ЭЭГ. (A) Усредненные визуально-вызванные ответы 15-летней девочки на МЭГ (верхняя панель) и HD-ЭЭГ (нижняя панель) отображаются за интервал времени от -100 мс до 300 мс. (B) Топографическое поле и потенциальные карты первичной зрительной коры отображаются для МЭГ и HD-ЭЭГ, соответственно. (C) Карты активации источника с максимальными амплитудами активации коры головного мозга в областях мозга атласа Десикана-Киллиани (а именно, кунея и латеральной затылочной коры), оцененные с помощью метода динамического статистического параметрического картирования (dSPM) для MSI, ESI и EMSI соответственно. Отображаются тепловые карты активации источника (нормализованный z-score dSPM). (D) Частотно-временные карты, полученные с помощью вейвлет-вейвлет-декомпозиции Морле на зрительно-вызванные реакции в первичной зрительной коре, отображаются для временного окна от -100 мс до 300 мс. Отображаются тепловые карты частотно-временной мощности, выраженные в процентах на основе отклонения нормализованных данных от среднего значения по базовому уровню [-200; 0] мс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Моторно-вызванные поля и потенциалы по данным МЭГ и HD-ЭЭГ. (A) Усредненные моторно-вызванные ответы 15-летней девочки на МЭГ (верхняя панель) и HD-ЭЭГ (нижняя панель) отображаются для задачи на постукивание по левому индексу в интервале времени от -100 до 300 мс. Сигнал электромиографии (ЭМГ) (средняя панель) с началом движения (фиолетовая стрелка) отображается на интервале времени от -100 мс до 300 мс; сигнал фильтруется в полосе частот 30-300 Гц (Режекторный фильтр: 60 Гц). (B) Карты топографии и потенциалов первичной моторной коры отображаются для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно. (C) Карты активации источника с максимальными амплитудами активации коры головного мозга на контралатеральной прецентральной извилине атласа Десикана-Киллиани, оцененные с помощью метода динамического статистического параметрического картирования (dSPM) для MSI, ESI и EMSI, соответственно. Отображаются тепловые карты активации источника (нормализованная z-оценка dSPM) вместе с центральной бороздой (черная линия). (D) Частотно-временные карты, полученные с помощью вейвлет-вейвлет-частотного разложения Морле на моторно-вызванные реакции в первичной моторной коре для временного окна от -300 мс до 500 мс. Отображаются тепловые карты частотно-временной мощности, выраженные в процентах на основе отклонения нормализованных данных от среднего значения по сравнению с базовым уровнем [-1500; -1000] мс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 7: Слуховые поля и потенциалы по данным МЭГ и HD-ЭЭГ. (A) Усредненные слуховые реакции 15-летней девочки на МЭГ (верхняя панель) и HD-EEG (нижняя панель) отображаются для интервала времени от -100 мс до 300 мс. (B) Поле топографии и потенциальные карты первичной слуховой коры отображаются для МЭГ и HD-ЭЭГ соответственно. (C) Карты активации источника с максимальными амплитудами активации коры головного мозга на поперечной височной извилине и задней части верхней височной извилины атласа Десикана-Киллиани, оцененные с использованием метода динамического статистического параметрического картирования (dSPM) для MSI, ESI и EMSI, соответственно. Отображаются тепловые карты активации источника (нормализованный z-score dSPM). (D) Частотно-временные карты, полученные с помощью вейвлет-вейвлет-декомпозиции Морле на слухово-индуцированные реакции в первичной слуховой коре для временного окна от -100 до 300 мс. Отображаются тепловые карты частотно-временной мощности, выраженные в процентах на основе отклонения нормализованных данных от среднего значения по сравнению с базовым уровнем [-500; 0] мс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 8: Соматосенсорно-вызванные поля и потенциалы по данным МЭГ и HD-ЭЭГ. (A) Усредненные соматосенсорно-вызванные ответы 15-летней девушки на МЭГ (верхняя панель) и HD-ЭЭГ (нижняя панель) отображаются для стимуляции левых пальцев в интервале времени от -100 до 300 мс. (B) Топографическое поле и потенциальные карты первичной соматосенсорной коры отображаются для МЭГ и HD-ЭЭГ, соответственно. (C) Карты активации источника с максимальными амплитудами активации коры головного мозга на контралатеральной постцентральной извилине атласа Десикана-Киллиани, оцененные с использованием метода динамического статистического параметрического картирования (dSPM) для MSI, ESI и EMSI, соответственно. Отображаются тепловые карты активации источника (нормализованная z-оценка dSPM) вместе с центральной бороздой (черная линия). (D) Частотно-временные карты, полученные с помощью вейвлет-вейвлет-частотного разложения Морле на соматосенсорно-вызванные реакции в первичной соматосенсорной коре для временного окна от -100 мс до 300 мс. Отображаются тепловые карты частотно-временной мощности, выраженные в процентах на основе отклонения нормализованных данных от среднего значения по сравнению с базовым уровнем [-100; 0] мс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Обсуждение

В данном исследовании мы иллюстрируем экспериментальную установку для регистрации одновременных МЭГ и HD-ЭЭГ у детей с ДРЭ в состоянии покоя/сна, выполнения задания или приема стимулов, а также предлагаем методическую основу для локализации раздражающей зоны, СОЗ и красноречивых областей мозга с помощью ЭМСИ, а также отдельных МСИ и ЭСИ. Кроме того, мы предоставляем технические рекомендации по объединению данных МЭГ и HD-EEG из различных коммерчески доступных продуктов, обладающих уникальными характеристиками. Мы представляем данные трех случаев, чтобы повысить клиническую полезность ЭМСИ в локализации эпилептогенных и красноречивых областей мозга. Полученные результаты указывают на то, что результаты EMSI превосходят результаты, полученные только с помощью любого из методов, скорее всего, из-за аддитивного значения комплементарных свойств сигналов MEG и EEG в комбинированном решении и, возможно, из-за увеличения количества датчиков, используемых для записи данных (>550 датчиков). В частности, при ЭМСИ неинвазивно локализовали раздражающие и СОЗ с соответствующими результатами в виде ЭСИ по золотому стандарту iEEG, что подтвердило клинические наблюдения.

Предлагаемая методика включает в себя следующие важнейшие этапы: (i) высококачественный сбор одновременных записей МЭГ и HD-ЭЭГ (т.е. с высоким отношением сигнал/шум) с высокой пространственной дискретизацией сенсоров (>550 сенсоров), охватывающих весь мозг интериктальной и иктальной активности, а также зрительных, моторных, слухо- и соматосенсорно-вызванных полей и потенциалов, у детей с ДРЭ (шаги 3.1-3.2); (ii) временная синхронизация и пространственная совместная регистрация сигналов MEG и HD-EEG, зарегистрированных с помощью различных систем регистрации (шаг 3.12); (iii) тщательная предварительная обработка и отбор порций данных, содержащих интериктальную активность (этапы 4.1.1-4.1.7), активность начала иктала (этапы 4.2.1-4.2.7) и реакции, связанные с событиями (этапы 4.3.1-4.3.6), соответственно; и (iv) точная локализация источника раздражающей зоны, СОЗ и красноречивых областей мозга, представляющих интерес, с использованием надежных методов локализации источника (например, ECD с кластеризацией и dSPM) (шаги 4.1.8-4.1.9, 4.2.8-4.2.9 и 4.3.7-4.3.9 соответственно).

Наиболее важным этапом при выполнении одновременной записи МЭГ и HD-ЭЭГ является пространственная (выравнивание между координатными пространствами) и временная (коррекция линейного дрейфа часов) синхронизация данных, записанных двумя системами сбора данных. Такая синхронизация имеет решающее значение для обеспечения правильной идентификации интериктальных, иктальных и визуальных/моторных/слуховых/тактильных событий, которые одновременно происходят в сигналах МЭГ и HD-ЭЭГ. Ошибки в выборе временных точек этих событий могут повлиять на результаты локализации источника и выявить области мозга, которые не обязательно участвуют в генерации этих событий.

Системы МЭГ часто предлагают совместимые 32-, 64- и 128-канальные системы ЭЭГ, встроенные в продукт, для выполнения одновременных измерений МЭГ и ЭЭГ. В этих случаях нет необходимости во временной синхронизации данных путем отправки общих триггерных сигналов. Точно так же большинство систем ЭЭГ в настоящее время совместимы со всеми системами МЭГ. Несмотря на эти достижения в области аппаратного обеспечения, лишь немногие центры эпилепсии проводят одновременную запись МЭГ и HD-ЭЭГ в рамках предоперационной оценки. Здесь мы воспользовались такой интегрируемостью и объединили 306-канальные МЭГ и 256-канальные системы ЭЭГ для одновременной записи активности мозга с помощью > 550 датчиков, охватывающих голову испытуемого. До сих пор доступно мало программного обеспечения для расширенного анализа данных МЭГ, HD-EEG и iEEG (например, Brainstorm, CURRY, EEGLab, FieldTrip, MNE или NUTMEG). Поэтому необходимы дальнейшие исследования для валидации предложенной методологии с помощью нового программного обеспечения для нейровизуализационного анализа. Наконец, объединение MSI и ESI в уникальное решение (EMSI) увеличило вычислительную сложность анализа данных.

Описанный метод имеет несколько ограничений, которые следует учесть в будущих исследованиях. Мы вручную отобрали ИЭУ, встречающиеся на данных МЭГ и ГП-ЭЭГ двух репрезентативных пациентов, игнорируя интериктальные всплески, которые наблюдались только в одном из двух сигналов (МЭГ или ЭЭГ). Ручной выбор спайков может быть трудоемким и субъективным подходом, который можно упростить с помощью автоматизированных подходов к обнаружению СВУ, разработанных в последние десятилетия^57,58,59. Тем не менее, всегда рекомендуется визуальный осмотр для тщательного анализа и точного обнаружения каждого СВУ. Кроме того, мы использовали SOZ в качестве аппроксиматора EZ. Тем не менее, SOZ не всегда предсказывает результаты хирургического вмешательства^60,61,62,63. Таким образом, будущие исследования могут использовать результаты хирургического вмешательства в качестве основы для более точного определения границ ЭЗ^{13,14,15,16,17,19,20}. Хотя приступы могут быть успешно зафиксированы с помощью одновременных МЭГ и ЭЭГ и локализованы с использованием соответствующих методов локализации источника^44,64, в клинической практике относительно редко регистрируются такие иктальные события, особенно у амбулаторных пациентов, получающих АСМ. В основном это связано с ограниченной продолжительностью записей МЭГ и чрезмерными движениями тела, происходящими во время припадков (например, голова пациента выскользнула из дьюара), что может привести к появлению биологических артефактов, которые могут серьезно повлиять на результаты локализации источника. В недавнем обзоре Стефан и др.. сообщали о возникновении судорог во время регистрации МЭГ у 7%-24% пациентов, со средним временем регистрации от 30 минут до 5,7 ч в различных исследованиях⁶⁵. В CCMC у 18 из 89 (20,2%) пациентов были зафиксированы иктальные события во время одновременной записи МЭГ и HD-ЭЭГ в течение последних ~2 лет. Однако только 8 из 18 (44,4%) пациентов были успешно проанализированы. В случаях, когда интериктальные записи МЭГ показывают нормальные или неубедительные результаты, для локализации ЭЗ с высокой точностью можно использовать иктальную МЭГ или HD-ЭЭГ. Тем не менее, технические и логистические требования к этим записям должны быть учтены. Кроме того, репрезентативные данные по красноречивой локализации коры головного мозга с помощью EMSI не сравнивались с какими-либо золотыми стандартами локализации этих функциональных областей мозга, такими как неинвазивная фМРТ или интраоперационная электрокортикальная стимуляция. Таким образом, дальнейшие исследования могут объединить EMSI и фМРТ с мультимодальным неинвазивным инструментом визуализации для повышения точности локализации этих красноречивых областей мозга у детей с DRE. Эта работа также может быть расширена для локализации других функциональных областей мозга, таких как области, отвечающие за язык. Локализация речевых функций имеет решающее значение при предоперационном обследовании пациентов с DRE для определения их кандидатуры на хирургическое вмешательство, планирования объема хирургической резекции и предотвращения стойкого послеоперационного функционального дефицита⁶⁶. Несколько неинвазивных исследований показали, что языковое картирование с использованием МЭГ может обеспечить согласованные результаты, подобно инвазивному тесту Вада, который часто рассматривается как золотой стандарт для определения доминирующего языкового полушария^67,68,69,70. В недавнем исследовании был предложен мультимодальный подход, в котором комбинация различных методов (т.е. картирование корковой стимуляции, электрокортикография с высоким гамма-излучением, фМРТ и транскраниальная магнитная стимуляция) может предоставить взаимную, подтверждающую и дополняющую информацию для предоперационного картирования языка⁷¹. Несмотря на эти преимущества, картирование языковых областей все еще является сложной задачей у педиатрических пациентов, которые имеют когнитивные, интеллектуальные и языковые барьеры из-за своего возраста. Таким образом, в ближайшем будущем должны быть разработаны более возрастные задачи и удобные для детей настройки. В данной работе мы проанализировали данные МЭГ и HD-ЭЭГ с помощью программного обеспечения, которое не сертифицировано для клинических целей. Несмотря на то, что эти инструменты доказали свою ценность и эффективность, они несут в себе ответственность, которую следует учитывать при составлении отчета о результатах предоперационной оценки для клинического использования. Здесь мы описываем процедуры записи HD-ЭЭГ с использованием только систем ЭЭГ-электродов на основе губки. Альтернативные системы с использованием электродов ЭЭГ на основе геля широко используются как в клинических, так и в исследовательских условиях. Несмотря на то, что они обеспечивают более высокие показатели ЭЭГ по сигнал-шум, они требуют более длительного времени подготовки (~40-60 минут) и, таким образом, менее пригодны для использования в педиатрии. В качестве альтернативы некоторые лаборатории используют системы ЭЭГ на основе геля низкой плотности во время регистрации МЭГ, которые имеют преимущество с точки зрения времени подготовки (по сравнению с системами HD-ЭЭГ), но предлагают значительно более низкое пространственное разрешение из-за меньшего количества электродов, покрывающих всю кожу головы^12,16,72,73.

В настоящее время локализация эпилептогенных участков мозга у пациентов с эпилепсией по-прежнему в основном достигается с помощью iEEG мониторинга. Кроме того, методология точной локализации красноречивых участков мозга слабо определена, а используемые в настоящее время в лабораториях МЭГ экспериментальные установки непригодны для педиатрических пациентов, в то время как использование HD-ЭЭГ для этой цели весьма ограничено. Точная локализация этих областей может облегчить предоперационную оценку и дополнить хирургическое планирование либо резекции, либо установки электродов iEEG. До сих пор в нескольких исследованиях изучался вклад ESI или MSI в предоперационную оценку пациентов с DRE и фокальной эпилепсией для идентификации EZ 12,13,14,15,16,17,18,19 и красноречивых областей соматосенсорной коры ⁴¹соответственно. Несколько исследований показали лучшие результаты локализации источника и прогнозирования исходов с использованием EMSI по сравнению с MSI или только ESI 13,31,42. Несмотря на эти результаты, запись МЭГ и ЭЭГ редко выполняется одновременно, а MSI и ESI применяются только в нескольких центрах эпилепсии во всем мире. Насколько нам известно, это первое исследование, в котором даются рекомендации по сбору и анализу одновременных данных МЭГ и HD-ЭЭГ, а также по проведению EMSI при детской эпилепсии для неинвазивной идентификации раздражающей зоны, SOZ и красноречивых областей мозга, а именно первичной зрительной, моторной, слуховой и соматосенсорной коры.

В данной работе мы выполнили EMSI на интериктальных спайках и иктальных событиях, обнаруженных на одновременных неинвазивных данных у двух пациентов с DRE (случаи 1 и 2), и достигли ошибки локализации источника ~9 мм и ~12 мм от SOZ, соответственно, в соответствии с предыдущими исследованиями⁴². Впечатляет, что такой метод достиг точности локализации, сравнимой с внутричерепными данными (т.е. ESI по данным iEEG), при этом кластерные диполи, локализованные в области мозга, были определены клиническими наблюдениями как эпилептогенные (рис. 3C и рис. 4B). Используя неинвазивные данные третьего пациента с DRE (Случай 3), мы также провели ЭМСИ для визуальной, моторной, слуховой и соматосенсорно-вызванной активности и обнаружили заметные паттерны активации источника в соответствующих красноречивых областях мозга (т.е. зрительной, моторной, слуховой и соматосенсорной коре) (Рисунок 5C, Рисунок 6C, Рисунок 7C и Рисунок 8C).

Наши результаты были получены в результате слияния дополнительной информации, полученной из модальностей МЭГ и ЭЭГ, что может повысить точность локализации. Хорошо известно, что ЭЭГ отражает все внутричерепные токи, в то время как МЭГ наиболее чувствительна к тангенциальным источникам и слепа к глубоким источникам мозга^29,74. Как показано в этом исследовании, сочетание МЭГ и ЭЭГ может, таким образом, преодолеть ограничения каждой модальности, обеспечить превосходные результаты локализации и идентифицировать эпилептогенные и красноречивые области мозга, которые ESI или MSI могли бы пропустить при использовании по отдельности. Кроме того, мы представляем альтернативный неинвазивный подход к картированию красноречивых областей мозга с использованием EMSI у тех пациентов, которые не проходили фМРТ во время предоперационной оценки.

Локализация эпилептогенных и выразительных участков мозга с помощью неинвазивных методов, таких как симультанная МЭГ и ЭЭГ, является важным этапом при предоперационной оценке детей с ДРЭ на предмет полного удаления или разъединения ЭЗ с сохранением красноречивых корковых областей. Предложенная методология предлагает подробное описание получения и анализа одновременных данных МЭГ и ЭЭГ, что поддерживает ее применение не только в предоперационной оценке эпилепсии, но и в когнитивных нейронауках для изучения физиологических функций здорового мозга как у типично развивающихся детей, так и у здоровых взрослых, а также морфологических и функциональных изменений мозга, связанных с эпилепсией или другими неврологическими расстройствами. Будущие исследования, изучающие эпилептогенные сети мозга, могут также оценить, могут ли сетевые концентраторы (т.е. высокосвязанные области мозга), оцененные неинвазивно с использованием EMSI на одновременных данных MEG и HD-EEG, более точно локализовать ЭЗ у детей с DRE, чем те, которые оценивались с использованием только MSI и/или ESI 75,76,77. Кроме того, неинвазивное картирование пространственно-временных распространений спайков и ряби (т.е. высокочастотных колебаний >80 Гц), оцененных с помощью EMSI, может помочь лучше понять патофизиологические механизмы распространения эпилептиформной активности и неинвазивно оценить генератор начала этих размножений, который является точным биомаркером EZ^78,79. Представленный протокол может помочь в дальнейшем исследовании комплементарности систем МЭГ и ЭЭГ путем изучения чувствительности сенсорных матриц МЭГ и ЭЭГ к источникам различной ориентации. Такой анализ может дать представление об электрофизиологических свойствах мозга при одновременном выполнении МЭГ и HD-ЭЭГ.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Установка AIRSTIM	SD Instruments	N/A	Система SDI AIRSTIM является альтернативным безусловным стимулом для шока
Детский шампунь	Johnson's	N/A	Baby Shampoo так же нежен для глаз, как чистая вода, и специально разработан для мягкого очищения ребенка. с нежными волосами и кожей головы.
Дезинфицирующее чистящее средство Control III	Maril Products, Inc.	http://www.controlthree.com/	Разработан дезинфицирующий и бактерицидный раствор для больниц
Elekta Neuromag	TRIUX	NM24132A	Комплексная биоэлектромагнитная измерительная система, характеризующаяся 306-канальным нейромагнитометром для функциональных исследований мозга
FASTRAK	Polhemus technology	NS-7806	Используя электромагнитную технологию переменного тока, FASTRAK предоставляет точные данные о местоположении и ориентации практически без задержек. Благодаря одному магнитному источнику FASTRAK передает данные от четырех датчиков. Источник излучает электромагнитное поле, датчики в пределах поля диапазона отслеживаются в полном объеме 6DOF (6 степеней свободы). Настройка проста и интуитивно понятна, не требует пользовательской калибровки.
Оригинальные многоразовые чашечные электроды для ЭЭГ	Natus Medical, Inc.	Н/Д	Каждый оригинальный электрод для ЭЭГ Grass проходит строгие механические и электрические испытания, чтобы обеспечить долгий срок службы и непревзойденную четкость записи и надежность.
Геодезическая сенсорная сеть	Electrical Geodesics, Inc.	S-MAN-200-GSNR-001	от 32 до 256 электродов для размещения на голове человека для получения данных электроэнцефалографии с плотной матрицей
Система оцифровки датчиков GeoScan	Electrical Geodesics, Inc.	8100550-03	Портативный сканер и программное обеспечение для 3D-регистрации положения электродов
Natus Xltek NeuroWorks	Natus Medical, Inc.	https://natus.com/	Платформа Natus NeuroWorks упрощает процесс сбора, мониторинга и управления данными для рутинного ЭЭГ-тестирования, амбулаторной ЭЭГ, долгосрочного мониторинга, мониторинга ОРИТ и научных исследований.
Программное обеспечение для ЭЭГ Natus NeuroWorks	Natus Medical, Inc.	Программное обеспечение https://natus.com/neuro/neuroworks-eeg-software/	NeuroWorks для ЭЭГ упрощает процесс сбора, мониторинга, отслеживания тенденций и управления данными ЭЭГ-тестирования, позволяя медицинским работникам экономить время и сосредоточиться на предоставлении наилучшего ухода.
ROSA ONE Brain	Zimmer Biomet	https://www.zimmerbiomet.com/en/products-and-solutions/zb-edge/robotics/rosa-brain.html	ROSA ONE Brain - это роботизированное решение, помогающее хирургам в планировании и выполнении сложных нейрохирургических процедур через небольшое отверстие в черепе.
Ten20 Conductive Paste	Weaver и компания	N/A	Ten20 обеспечивает правильный баланс адгезии и проводимости, что позволяет электродам оставаться на месте, обеспечивая при этом передачу электрических сигналов.