Analyse du réseau de foramen ovale électrodes Recordings en résistant aux médicaments épilepsies temporales patients

Abstract

Environ 30% des patients atteints d'épilepsie sont réfractaires aux médicaments antiépileptiques. Dans ces cas, la chirurgie est la seule alternative pour éliminer les saisies / de contrôle. Cependant, une minorité significative de patients continue de présenter des convulsions post-opératoires, même dans les cas où la source présumée de saisies a été correctement localisées et réséquées. Le protocole présenté ici combine une procédure clinique couramment utilisée au cours de l'évaluation pré-opératoire d'épilepsie du lobe temporal (ELT) patients avec une nouvelle technique pour l'analyse de réseau. Le procédé permet l'évaluation de l'évolution temporelle des paramètres du réseau mésiales. L'insertion bilatérale des électrodes foramen ovale (de FOE) dans la citerne ambiante enregistre simultanément l'activité électrocorticale dans plusieurs zones mésiales dans le lobe temporal. En outre, la méthodologie de réseau appliquée à la série chronologique enregistrée suit l'évolution temporelle des réseaux mésiales tant interictally et pendant lales saisies. De cette façon, le protocole présenté offre une façon unique de visualiser et de quantifier les mesures qui considère les relations entre plusieurs zones mésiales au lieu d'une seule région.

Introduction

L'épilepsie est une maladie invalidante qui touche 1 - 2% de la population mondiale. Dans la majorité des cas, les saisies - les caractéristiques de l'épilepsie - peuvent être complètement contrôlés ou éliminés avec des médicaments anti-épileptiques. Toutefois, environ 30% des brevets d'épilepsie sont réfractaires aux traitements médicamenteux. Dans le type le plus commun de l' épilepsie, l'épilepsie du lobe temporal (ELT) ^1, heureusement la chirurgie est une alternative valable pour améliorer l'état du patient. Les résultats des méta-analyses montrent que près des deux tiers des patients atteints de TLE résistantes aux médicaments sont dans les deux à trois premières années après la chirurgie d' exérèse ^2,3 sans crise, bien que cette proportion varie selon plusieurs facteurs, notamment, le type de hippocampique la sclérose en plaques ^2. Une étape cruciale pour le succès est la localisation précise de l'objet que l'on appelle épileptique, la zone corticale responsable de la génération de crises d'épilepsie, qui est généralement situé dans la mesial aire du lobe temporal. Cependant, même dans les cas où le foyer épileptique a été correctement identifiés et réséquées au cours de la chirurgie, une minorité significative de patients soit reste avec des crises post-opératoires ou doit être placé sous le strict traitement antiépileptique pour contrôler les crises. Par conséquent, une nouvelle perspective a émergé dans lequel l'attention est plus axée uniquement sur des zones isolées, les interactions au lieu corticales constituent maintenant la question fondamentale. Cette approche «réseau» est fondée sur le concept de connectome ^4, qui met l' accent sur les connexions neuronales entre les différents domaines plutôt que de mettre en évidence le rôle des structures compartimentées. Ce nouveau paradigme a été trouvé dans la théorie des graphes, un cadre mathématique consacré à l'étude des propriétés topologiques et statistiques de graphiques, l'outil approprié pour exprimer ses conclusions fondamentales. Dans cette perspective, le cerveau est considéré comme un ensemble de noeuds interconnectés par des liaisons

Parmi les nombreuses techniques neurophysiologiques invasives couramment employées dans la plupart des centres d'épilepsie dans le monde entier, le foramen ovale électrode (FOE) est particulièrement remarquable. FOE est une technique semi-invasive , car il n'y a pas besoin d'effectuer une craniotomie, ce qui réduit les complications liées à la ^{chirurgie-10.} En outre, l'emplacement de FOE dans la citerne ambiante ¹¹ les rend particulièrement pratique pour enregistrer l' activité mésiale à partir de plusieurs structures corticales impliquées dans la génération et la propagation de saisie, tels que le cortex entorhinal. Par conséquent, son utilisation depuisson apparence est très répandue dans l'évaluation préopératoire des patients TLE résistantes aux médicaments. Traditionnellement, cette technique est utilisée pour localiser l'activité irritative sous la forme de pointes intercritiques épileptogènes et coupants-ondes, et plus important encore, d'identifier avec précision la zone de mésiale début des crises.

La nouvelle définition proposée de la Commission sur la classification et la terminologie de la Ligue internationale contre l' épilepsie (LICE) suggère que les saisies proviennent à un certain point au sein notamment des réseaux ^12. De plus, plusieurs études ont démontré que les crises sont provoquées par une activité anormale du réseau plutôt que d'une zone pathologique isolée ^13-16. De toute évidence, cette nouvelle perspective nécessite une nouvelle analyse des informations précédemment acquises à l'aide de nouvelles méthodes numériques, tels que la méthodologie de réseau complexe. Bien que l'utilisation pratique de ces analyses est encore embryonnaire dans la pratique clinique, plusieurs études ont démontré leurvaleur ^13-17.

Le protocole décrit ci-dessous est la combinaison d'une pratique clinique en routine effectuée sur TLE patients épileptiques résistantes aux médicaments avec une nouvelle technique d'analyse de réseau. Le procédé permet l'évaluation de l'évolution temporelle des paramètres du réseau mésiales. L'insertion bilatérale de FOE dans la citerne ambiante enregistre simultanément l'activité électrocorticale dans plusieurs zones mésiales des lobes temporaux. Une approche de réseau appliquée à la série de temps d'enregistrement suit l'évolution temporelle des réseaux mésiales tant interictally et pendant les crises. De cette façon, le protocole présenté offre une façon unique de visualiser et de quantifier les mesures qui considère les relations entre plusieurs zones mésiales.

Protocol

Dans le protocole décrit ci-dessous, les étapes 1, 2 et 3 appartiennent à la fois les protocoles de recherche et cliniques, qui sont à la fois rigoureusement suivi de chaque candidat mésiale TLE pour la chirurgie de résection sélectionnée uniquement par des critères cliniques. Les étapes 4 et 5 appartiennent exclusivement au protocole de recherche. Les deux procédures sont en conformité avec les directives du Comité d'éthique de l'Hôpital de la Princesa.

1. Procédures de pré-implantation

1. Expliquer les procédures expérimentales pour le participant, précisant les points correspondent à la recherche et ceux qui sont applicables à la pratique clinique, remarquant que la procédure de recherche est en aucune modification de la procédure clinique façon. Portez une attention particulière à expliquer les risques potentiels de l'implantation chirurgicale d'électrodes. Obtenir un formulaire de consentement éclairé signé le participant.
2. Pour tous les candidats à la chirurgie de résection, effectuer neurologique préopératoire et exa neuropsychologiqueminations ^18.
   1. Évaluer le patient par intercritiques tomographie par ordinateur unique émission de photons (SPECT) avec ⁹⁹ Tc-HMPAO, l' imagerie par résonance magnétique (IRM) 1,5 T et la vidéo-électroencéphalographie (v-EEG) en utilisant 25 électrodes de cuir chevelu selon le 10 - système international 20 et Maudsley de protocole ^18.
   2. Pendant le séjour préchirurgical d'enregistrement EEG-v, se rétrécissent progressivement les antiépileptiques du deuxième jour au quatrième jour (soit environ un tiers de la dose par jour).

2. Procédures d'implantation (chirurgie)

1. Administrer des médicaments antiépileptiques pré-opératoire, et effectuer une intervention chirurgicale sous anesthésie générale (3 mg / kg de propofol bolus, suivie de 0,2 à 0,3 mg / kg de fentanyl et 0,5 mg / kg rocuronium).
2. Insérez deux ennemis six contacts avec 1 cm de distance de centre à centre bilatéral dans les citernes ambiantes en utilisant la technique de Kirschner ^19.
   1. Placer le patient on la table d'opération en position couchée, avec le cou doucement étendu à 15 degrés. Préparer la joue du patient avec une solution d'iode, à partir du site d'incision et indirecte vers l'extérieur, et le drapé de la zone entourant immédiatement le site d'incision.
   2. Piquer la peau avec une aiguille spinale de calibre 20 selon les points de repère de Hartel ^20: un point d'entrée d' environ 3 cm lateral du côté ipsilatéral de la commissure orale vers un point immédiatement inférieur à la pupille homolatérale dans le plan antéro-postérieur et un point situé à environ 2,5 cm en avant du méat auditif externe dans le plan latéral.
   3. Faire avancer l'aiguille vers la région du foramen ovale sous guidage fluoroscopique. Utilisez les vues latérales fournies par les images de fluoroscopie pour déterminer la position de la pointe de l'aiguille. Lorsque l'aiguille passe du foramen ovale, retirer le stylet, le remplacer par une électrode, et le faire avancer dans la citerne ambiante (figure 1A
3. Évaluer l' implantation correcte par imagerie radioscopique dans la salle d'opération ^21; ceci est important d'exclure la pénétration dans les trous de la base du crâne, comme le sillon inférieur orbital (situé en avant de la foramen ovale) et le foramen jugulaire (situé en arrière de celle-ci). Ce cathétérisme égaré pourrait potentiellement conduire à des blessures graves neurovasculaire ^22.
4. Une fois que les électrodes sont placées correctement dans les citernes ambiantes, fixez-les à la peau avec des rideaux. Réveillez-vous le patient, et lui conduire à la salle de réveil.

3. Acquisition de FOE Recordings

1. Retour du patient à la salle v-EEG pour un séjour d'environ 5,2 ± 2,4 jours (moyenne ± écart-type).
2. Placer les électrodes 19 selon le système international 20/10.
   1. Mesurer la distance entre le nasion (pont du nez) et l'inion (protubérance occipitale) en utilisant un ruban à mesurer, und marque avec un marqueur du point milieu (emplacement de l'électrode Cz). Mesurer et marquer le point 10% de la distance au-dessus du nasion (emplacement de l'électrode Fpz).
      1. Répétez la même procédure pour la inion (emplacement de l'électrode Oz), marquant la distance de 20% par rapport au Cz tant dans le nasion et Inion directions (emplacements des électrodes Fz et PZ, respectivement).
   2. Mesurer les distances entre les deux points de préauriculaires, et marquer les distances de 10% au-dessus des points préauriculaires gauche et droite (T3 et T4 électrodes, respectivement). Ensuite, marquer les distances 20% au-dessus deux T3 et T4 dans le sens Cz pour obtenir les emplacements de C3 et C4.
   3. Créer une circonférence en utilisant le ruban à mesurer pour relier le Fpz et Oz à 5% des distances supérieures à deux électrodes à FP1 (à gauche) et FP2 (à droite) à l'avant et à O1 (à gauche) et O2 (à droite) dans le dos.
   4. De la même circonférence, ajouter 10% de la distance vers le haut dans la direction de l'inion pour obtain la position de F7, ajouter 10% pour atteindre T3 (il doit être situé au-dessus de la ligne entre les points préauriculaires), et ajouter un autre 10% pour obtenir T5 (O1 électrode). Mark de chaque position de l'électrode et répéter la même procédure pour le droit (même) électrodes.
   5. Mesurer et marquer l'intersection (emplacement de l'électrode F3) à mi-chemin entre F7 et Fz et 20% de la distance vers le haut depuis Fp1 dans la direction de F3. Répétez ce processus dans chaque quadrant de la tête pour obtenir F4 (position avant droite), P3 (la position arrière gauche) et P4 (position de l'arrière-gauche).
   6. Nettoyer et sécher la peau. Placez une quantité modérée de collodion avec gel conducteur dans chaque tasse d'électrode, et positionner les électrodes dans les zones prepped. Sécher le collodion avec un sèche-cheveux.
3. Connectez toutes les électrodes (cuir chevelu et Foes) par des fils à la boîte d'électrode, qui est déjà connecté à un électroencéphalographiste. Veiller à ce que les signaux d'électrode sont bonnes, et vérifiez que les électrodes de cuir chevelu Impedanses sont de moins de 10 kQ utilisant le électroencéphalographiste.
4. Acquérir électroencéphalogramme du cuir chevelu numérique (EEG) des données et des données de FOE à 1.024 Hz en utilisant une vidéo électroencéphalographiste synchronisée (v-EEG), et filtrer les données en utilisant un filtre passe-bande dans la gamme de 0,5 à 100 Hz et un filtre Notch (50 Hz) avec le électroencéphalographiste.
5. supprimer progressivement les médicaments antiépileptiques de la deuxième à la quatrième journée (environ un tiers de la dose par jour) pour augmenter la probabilité de crises. Cette étape dépend de la prescription du médicament particulier de chaque patient.
6. Utilisez les deux paroxystique intercritique et les activités ictales à environ localiser les zones ictogène en identifiant les électrodes / canal où les éléments épileptogènes apparaissent ^23, y compris le complexe à ondes lentes, polypointes, courses de pointes rapides, vagues vives, complexes sharp-et-ondes lentes , lentes vives vagues, les pointes et les pointes et ondes lentes. Notez les temps de début des crises et à la fin, ainsi qu'und'autres signes cliniques y ou d'événements pertinents pour l'étude. Il y a un mappage un-à-un entre l'emplacement des électrodes dans la tête du patient et le modèle de la tête dans le logiciel EEG qui permet d'identifier anatomiquement où l'activité épileptogène apparaît.
7. Une fois l'étude terminée, retirez les DEF à l'unité v-EEG en les tirant doucement tandis que la bouche du patient reste entrouverte. Ne pas effectuer systématiquement l'imagerie après le retrait FOE, sauf lorsque les symptômes neurologiques apparaissent. Dans de tels cas, effectuer une tomodensitométrie (TDM) urgent.

4. FOE Signal Prétraitement

1. Exporter les données stockées sur le électroencéphalographiste à 200 Hz en format ASCII dans les époques appropriées pour l' analyse numérique d'environ 30 min de l' activité de saisie (déjà identifié par un neurophysiologiste d'experts) (figure 1C). Évitez les époques contenant des artefacts, tels que l'activité électrique saturée, l'activité musculaire, et eles déplacements de lectrode.
2. Ouvrez les fichiers exportés à l'aide d'un éditeur de flux UNIX, et de supprimer tous les caractères non-numériques à partir des fichiers de données exportées, ne laissant que l'horodatage et de tensions de canal. Enregistrer les fichiers modifiés pour une analyse plus poussée numérique.
   NOTE: A partir de maintenant, effectuer tous les calculs en utilisant les packages R à partir du référentiel de R ou codes maison (tableau 1).
3. En utilisant le logiciel R, installer les packages R nécessaires, et charger les fichiers de données modifiés dans l'environnement de R. Commandez tous les canaux, attribuant chacun à une colonne particulière du tableau qui contient toutes les données, ce qui élimine les canaux vides et les références à une référence ligne médiane moyenne (Fz + Cz + Pz) / 3.
   1. Utiliser la transformée de Fourier rapide algorithme (fonction R: fft) et tracer la variable résultant pour vérifier l'élimination efficace de la fréquence de ligne (environ 50 Hz). Utilisez le domaine fréquentiel pour filtrer d'autres fr parasitesequencies qui peuvent contaminer les signaux.
4. Convertir les données chargées à un objet de séries temporelles multivariées (mts) de 28 colonnes - 16 cuir chevelu et 12 DEF - en utilisant les ts de la fonction R. Divisez les mts objet dans les fenêtres ne se chevauchent pas temporelles de 5 secondes chacun (1.000 points de données à 200 Hz) pour réduire la taille du fichier et d' optimiser le temps de calcul.

5. Calculs de post-traitement (Complex Network Analysis)

NOTE: Calculer les mesures décrites ci-dessous dans chaque fenêtre temporelle, à partir de 5 min avant de début des crises (60 fenêtres) et se terminant à 5 minutes après début des crises (60 fenêtres), dans le but de visualiser l'évolution temporelle.

1. Calculer des mesures unidimensionnelles, puissance spectrale, excitabilité et entropie spectrale pour chaque colonne / canal individuel sans tenir compte des corrélations entre les différentes séries de temps.
   1. Calculer excitabilité (S) pour chaque vsérie de temps d'activité ension en utilisant un code maison selon l'équation proposée par Schindler ²⁴ (voir fichier supplémentaire). S> 2,5 est considéré comme épileptogène, un seuil déterminé empiriquement ^17,25,26.
   2. Pour chaque série de temps d'activité, le calcul de la densité spectrale de puissance en utilisant un code maison pour le Delta (> 0,5 Hz et <4 Hz), Theta (4-7 Hz), Alpha (7-14 Hz), Beta (14-30 Hz ) et Gamma (> 30).
   3. Calculer l'entropie de Shannon avec un code maison en utilisant la densité spectrale de puissance de chaque série temporelle au lieu de la série temporelle de probabilité correspondante. La moyenne des valeurs individuelles entropie spectrale (SE) obtenus pour chaque canal sur un ensemble d'électrodes. L'entropie de Shannon est expliqué dans le fichier supplémentaire.
      NOTE: Une diminution de la SE devrait être interprété comme une diminution du nombre de fréquences du spectre parce S'est l'entropie du spectre.
2. Mesures de réseau
   NE PASE: Cette section évalue les interactions entre les différentes séries de temps d'électrodes.
   1. Calculer la connectivité fonctionnelle entre chaque paire de séries temporelles de la tension dans chaque fenêtre temporelle en utilisant la valeur absolue du coefficient de corrélation croisée linéaire calculée à zéro retard (fonction R: ccf).
      REMARQUE: Pour éliminer les valeurs non représentatives de la synchronisation, d' établir un seuil basé sur des études antérieures ^17,25,26. Utilisez un seuil de 0,5 dans ce cas particulier.
   2. Installez le package de R igraph ^27. Créer un objet igraph de la matrice de contiguïté (fonction R: graph.adjacency). Utiliser la matrice de corrélation obtenue à l'étape précédente, en indiquant que le graphique est pondéré et non orienté.
   3. Dans chaque fenêtre temporelle calculer la longueur moyenne du trajet (APL) (R fonction average.path.length) pour l'ensemble du réseau (cuir chevelu + FOE), et pour chacun des quatre sous-réseaux: le cuir chevelu, le cuir chevelu gauche à droite, à gauche et FOE FOE droite. Dans eXactly de la même manière, calculer la densité des liens (DOL) (fonction R: graph.density), modularité (Mod) (fonction R: modularité) et le coefficient moyen de regroupement (ACC) (fonction R: transitivité).
   4. Répétez les étapes précédentes 5.2.1 à travers 5.2.3 en utilisant la synchronisation de phase (code R maison) comme une estimation de la connectivité fonctionnelle au lieu de la fonction de corrélation croisée.
3. Pour représenter les effets de taille dans les changements variables, calculer la différence moyenne standardisée (SMD) (fonction R du package MBESS: cms), entre le préictale et les étapes ictales ainsi qu'entre le préictale et les étapes postcritiques.
   1. Prendre le préictale comme la ligne de base, sélectionnez trente secondes (6 valeurs) cinq minutes avant la marque saisie de commencement, en tant que valeur préictale. Une fenêtre temporelle similaire de 30 s peut être choisi lors de la saisie afin de quantifier le changement, le respect à l'étape préictale, en utilisant le SMD.

Representative Results

La position finale de la FOE se trouve dans la citerne ambiante, comme on le voit dans la direction axiale et sagittale IRM (figure 1A panneaux supérieurs). Les contacts de l'activité électrique du record du FOE de plusieurs structures mésiales du lobe temporal (figure 1A du panneau inférieur). Après la chirurgie (Figure 1B du panneau de gauche), le patient est envoyé à la salle vidéo-EEG, où des électrodes de cuir chevelu sont placées selon les 10 - système 20 (figure 1B à droite). Pendant le séjour dans la salle de vidéo-EEG, le patient est surveillé en permanence, pour sauver d'autres enregistrements d'analyse du cuir chevelu et de FOE, que la vidéo bien et constantes vitales. A signaux typiques premières du cuir chevelu et FOE (Figure 1C) montrent l'apparition d'une saisie au FOE gauche et sa propagation sur le cuir chevelu et les contacts de FOE droite.

Représentation de l'activité épileptogène en utilisant leexcitabilité (S) (figure 2) correspondant aux enregistrements EEG bruts de la figure 1C, lors du passage de la préictale à l'ictus et des périodes postcritiques. apparition à la saisie est marquée par une ligne continue verticale et le temps (axe x) sont appelés à ce point. Une valeur de S (excitabilité)> 2,5 représentés activité irritative ou épileptogène ^17,25,26. excitabilité supérieur (couleurs rougeâtres) est apparu tout d'abord avec une intensité plus élevée sur les contacts de FOE gauche (LFOE). Ce résultat est concordant avec un lobe temporal mésial épilepsie gauche comme éclairé par un neurophysiologiste expert.

Dynamique temporelle de plusieurs mesures de réseau, ainsi que l'entropie spectrale (figure 3) lors du passage de la préictale aux étapes de post - critiques et ictales, correspondant à la même saisie affichée sur la figure 1C et 2. Saisie début est marqué par un solide vertiligne et le temps (axe x) cal sont appelés à ce point. Dans ce cas, le réseau a été construit sur l'ensemble des électrodes, y compris à la fois le cuir chevelu et FOE. Les valeurs de Dol et ACC étaient plus élevés pendant les crises, avec une diminution de l'APL et Mod, ce qui suggère une augmentation de la connectivité globale. Pendant cette période également, des niveaux inférieurs de S'ont été observés et maintenus après l'excitabilité (lignes verticales en pointillés) disparaît.

L'analyse des mesures du réseau du CAC, Dols et APL et de la SE pour chaque FOE (droite et gauche) (figure 4) lors de la transition de la préictale à l'ictus et stades postcritiques. apparition à la saisie est marquée par une ligne continue verticale et le temps (axe x) sont appelés à ce point. L'évolution de ces mesures correspondent à la même saisie des figures 1, 2 et 3. Le ipsilatéral (à gauche) ACC mésiales, Dols et APL a présenté des modifications antérieures et plus élevés que le contralavaleurs Teral, ce qui pourrait être expliqué par l'emplacement de la zone de saisie de l'apparition dans le lobe temporal gauche. Dans ce cas, Mod n'a pas pu être calculé, car aucune subdivisions étaient disponibles.

Une vidéo représentative de la connectivité fonctionnelle (figure 5) au cours de la même saisie de la figure 1, 2, 3 et 4 présente une variation critique juste après le début de la saisie (Heure 0). A ce point, la connectivité entre les électrodes augmente de manière spectaculaire, comme on peut le voir par une augmentation du nombre de liaisons et de l'épaisseur (intensité) de cette bords. Cette augmentation commence entre le FOE gauche au moment de 0,1 et 0,2, et se propage vers le côté controlatéral avant d'atteindre l'ensemble du réseau.

fft	4.3	(Stats package) Calcule la transformée de Fourier rapide Transform d'un signal.
ts	4.4	(Stats package) Crée un objet de séries temporelles multivariées (mts). La fréquence d'échantillonnage doit être fournie.
Excitabilité	5.1.1	fonction (maison) basée sur la fonction diff R. Calcule la valeur absolue de la pente du signal et normaliser la courte période de référence de déviation standard. Seuil devrait être fourni.
Densité de puissance spectrale et Spectral Entropy	5.1.2	Fonction (maison) sur la base des fonctions de spectre et de l' entropie R. Calculer le spectre de puissance normalisé et l'entropie de Shannon, le spectre de puissance normalisé
ccf	5.2.1	(Package de base) calcule la corrélation croisée linéaire de l'objet mts en utilisant la corrélation de Pearson à zéro lag, générant une matrice de corrélation. Les valeurs absolues doivent être calculATED.
graph.adjacency	5.2.2	(Package igraph) Crée un graphe d'igraph, l'objet de base utilisé par les fonctions suivantes IGRAPH
average.path.length	5.2.3	(Paquet igraph) détermine la longueur du trajet moyen du graphique, en calculant le nombre moyen d'étapes le long des chemins les plus courts à travers tous les noeuds du réseau.
graph.density	5.2.3	(Paquet igraph) calcule la densité des liens du graphe en calculant le rapport entre le nombre réel de liaisons et tous les liens possibles du réseau.
modularité	5.2.3	(Package igraph) Détermine la modularité du graphique, en calculant les groupes de noeuds sont plus connectés entre eux qu'avec d'autres noeuds du réseau
transitivité	5.2.3	(Paquet igraph) détermine le coefficient d'agrégation moyen du graphique, en calculant la proportion de noeuds voisins qui sont aussi voisins les uns des autres
synchronisation de phase	5.2.4	fonction (maison) sur la base de la fonction R fft qui calcule la cohérence de phase moyenne pour obtenir des valeurs entre zéro et un
smd	5.3	(Package MBESS) Détermine la norme différence moyenne -size Effets- en calculant la différence moyenne entre les groupes par rapport à la différence groupée

Tableau 1: fonctions R utilisées pour le traitement des données.

Figure 1: foramen ovale Electrodes. (A) Position finaleFOE dans la citerne ambiante. Panneaux supérieurs montrent axiale (à gauche) et sagittale (à droite) des images IRM affichant les contacts FOE emplacement (flèches blanches). Un spécimen humain (cadavériques) avec un FOE inséré (de panneau inférieur, contacts marqués avec des flèches blanches). (B) FOE et des électrodes de cuir chevelu configuration. Les patients se dirigent juste après l'opération d'insertion de FOE (panneau de gauche) et pendant le séjour vidéo-EEG (panneau de droite). (C) FOE et le cuir chevelu enregistrements. saisie partielle complexe à partir d'une gauche du patient TLE (5 min avant et après la saisie début). RFOE1-RFOE6 signifie droit FOE # 1 à # 6 et LFOE1-LFOE6 signifie gauche FOE # 1 à # 6. apparition à la saisie est marquée par une ligne verticale rouge et une tête de flèche blanche. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2: Représentation d'une crise partielle complexe d'un patient gauche TLE quantifiée par excitabilité. L'échelle de couleur quantifie le niveau d'excitabilité (S) pour chaque électrode. L'électrode de foramen droite ovale (RFOE) et foramen gauche électrode ovale (LFOE) représentent les contacts de la droite et foramen gauche électrodes ovale (axe y), respectivement. L'axe des x marque le temps (en min) par rapport à début des crises (ligne verticale épaisse) tel que déterminé par un neurophysiologiste expert. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3: Tout le réseau (cuir chevelu + FOE) Mesures du même patient et même la saisie de la figure 2. Le coefficient de clustering moyenne (ACC), la longueur du trajet moyen (APL), La densité des liens (Dols), modularité (Mod) et l'entropie spectrale (SE) pour l'ensemble du réseau (cuir chevelu + FOE) sont représentés. Les lignes verticales en pointillé représentent l'excitabilité (S). L'axe des x marque le temps par rapport à la saisie apparition (épaisse ligne continue verticale). Une moyenne mobile sur dix fenêtres consécutives est représenté par un solide ligne noire épaisse. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4: Mesures mésiale du même patient à partir de la figure 2 et 3. Le coefficient de clustering moyenne (ACC), la longueur du trajet moyen (APL), la densité des liens (Dols) et l' entropie spectrale (SE) à la fois pour la gauche et la droite foramen électrodes (ovale de Foes). Les lignes verticales en pointillés marquent l'excitabilité. L'axe des x marque le temps par rapport à sdébut eizure (épaisseur de trait plein vertical). Une moyenne mobile sur dix fenêtres consécutives est représenté par un solide ligne noire épaisse. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5: Dynamique du modèle de connectivité lors d' une crise partielle complexe. l'intensité des liens est représenté par l'épaisseur des bords. Les temps (chiffres inférieurs) sont liés à l'apparition de la saisie (heure 0). Chaque trame est 5 sec longtemps. Gauche et des électrodes de foramen ovale de droite (L1-L6 et R1-R6) sont représentés par des coraux et bleu cercles, respectivement. Gauche et des électrodes de cuir chevelu droite sont représentés par des cercles orange et cyan, respectivement. S'il vous plaît cliquez ici pour déléchargez ce film.

Discussion

Traditionnellement, l'épilepsie a été étudiée dans une approche orientée vers la zone, ce qui isole l'importance des zones particulières, essentiellement la zone apparition des crises, comme la cause unique de saisies. Très récemment, une approche de réseau vraie qui souligne l'importance des interactions entre les aires corticales a été favorisée par rapport à la zone orientée-perspective classique ^13-17,28. Cependant, le corps actuel de la preuve pour l'épilepsie comme une maladie de réseau est encore très fragmenté, et plus de recherche est nécessaire. Le présent travail vise à réanalyser les données fournies par les méthodes traditionnelles comme le FOE, selon l'approche de réseau complexe. Le protocole présenté ici décrit une étape par étape la procédure méthodologique pour réaliser un réseau complexe et analyse spectrale des enregistrements semi-invasives chez les patients TLE.

L'application de la technique décrite ci-dessus a démontré l'utilité de l'approche du réseau par rapport à la loc plus traditionnellelisés ou perspectives axées sur la zone. Dans des travaux récents ^17,29 , il a été démontré que, en utilisant la même procédure que celle décrite ici, un déséquilibre de la connectivité mésiale chez les patients réfractaires TLE est apparente. La connectivité mésiale est réduite dans le côté ipsilatéral à la fois pendant les intercritiques ²⁹ et ^17,29 ictales étapes. Ce résultat n'a pas pu être anticipé en regardant uniquement dans les zones où l'activité épileptogène se pose. Ce résultat surprenant en quelque sorte a également été décrit en utilisant les théories du réseau sur les signaux IRMf ^30,31. Par ailleurs, l'application de la technique combinée de la théorie des réseaux FOE + a démontré l'équivalence de l' activité au cours de saisies mésiale et sous l'effet d'un promoteur de l' activité épileptogène, car il est l'administration pharmacologique de ³² étomidate.

La technique décrite ici est capable de détecter le déséquilibre du réseau en mésial enregistrements courts intercritiques une durée d'au plus une or deux heures ^29. De cette façon, une réduction drastique du temps d'analyse et le patient séjour à l'hôpital pourrait être atteint. En outre, du point de vue thérapeutique, le déséquilibre existant chez les patients TLE pourrait être "résolu" en utilisant chroniquement implantés (par neurochirurgiens) appareils, autant que la façon dont il est fait dans la stimulation cérébrale profonde.

Pour obtenir des résultats optimaux en utilisant les informations fournies dans ce protocole, certaines questions devraient être examinées à l'avance. Tout d'abord, l'implantation des électrodes doit être effectuée par un neurochirurgien expérimenté parce que leur placement incorrect pourrait avoir des conséquences neurologiques graves et des enregistrements trompeurs. En outre, la sélection des époques appropriées pour une analyse plus approfondie repose entièrement sur l'interprétation du neurophysiologiste de l'EEG brut; Par conséquent, l'expérience dans l'analyse de l'EEG clinique est obligatoire. Le format des données des fichiers exportés du électroencéphalographe dépend partimarque culier; par conséquent, de bonnes compétences en programmation sont nécessaires pour adapter les scripts à différents formats de données. Enfin, pour assurer la fiabilité des données, des contrôles de qualité devraient être appliquées aux résultats. Surestimation et les faux positifs sont susceptibles d'apparaître lorsque vous travaillez avec un grand nombre de corrélations. Dans de tels cas, des méthodes statistiques afin d'améliorer la sensibilité doit être utilisée. À cet égard, il est important d'établir un seuil dans les corrélations pour rejeter les valeurs qui ne sont pas représentatifs d'une véritable synchronisation sous-jacente. Ainsi, dans ce protocole, une arête entre les noeuds i et j ne sera réputée exister si la valeur absolue de la corrélation entre ces noeuds est supérieur à 0,5, un critère précédemment employé ^17,26. D'autres seuils dans la gamme de 0,2 à 0,8 devraient être utilisées pour vérifier des résultats similaires et d'assurer une transition en douceur d'un seuil au seuil suivant. En plus de seuils, d'autres methodologies peut être utilisé pour obtenir des résultats fiables, telles que la correction Bonferroni ou de tests de données de substitution. En outre, lorsque l'on travaille avec des données EEG, il est important de garder à l'esprit que les réseaux du cerveau sont des systèmes complexes avec des dynamiques non-linéaires; Par conséquent, en plus de la corrélation linéaire, d' autres mesures de synchronisation non linéaires doivent être utilisées pour garantir la qualité des résultats, tels que l' information mutuelle ou une synchronisation de phase ^33.

Calcul de la connectivité directe à partir d'électrodes de cuir chevelu, car il est partiellement fait dans ce travail, entraîne certains risques. Le principal problème reste dans l'effet de la contamination due au volume conduction, toujours présent avec l'enregistrement du cuir chevelu. Une façon de surmonter ce problème est de travailler sur l'espace des sources, une alternative intéressante employée par de nombreuses recherches. Une autre approche exige l'utilisation de mesures de synchronisation qui minimise la contamination des effets d'amplitude. En utilisant la synchronisation de phase (également connue sous le nom de phase Lrrouillage Value) nous minimiser l'effet du volume de conduction, comme il a été démontré dans plusieurs ouvrages ^34.

Comme dans d'autres techniques neurophysiologiques invasives, les enregistrements de FOE ne peuvent pas être obtenus à partir de sujets témoins, ce qui limite considérablement l'utilisation de certains protocoles de recherche. Les données des enregistrements FOE fournissent des informations précieuses sur l' activité du lobe temporal mésial ^17,29,35, en particulier pendant la latéralisation du côté épileptogène chez les patients TLE ^33. Par rapport aux techniques invasives, la technique de FOE est non traumatique pour le cerveau et implique la manipulation relativement simple, et ses enregistrements sont de haute qualité sur de longues périodes de temps ^11. Par rapport à l'IRM, les enregistrements FOE offrent une meilleure résolution temporelle de l'activité électrocorticale. En outre, de nombreuses possibilités existent pour explorer des mesures autres que celles qui sont utilisées dans ce travail. Ces faits augmentent également la possibilité d'analyser plusieurs enregistrements biomédicauxen même temps. Ces avantages d'enregistrements FOE combinés avec le réseau complexe et analyse spectrale font de cette technique un outil puissant pour la recherche sur l'épilepsie avec des applications potentielles dans la pratique clinique.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Foramen Ovale Electrodes	AD-Tech, Racine, USA	FO06K-SP10X-000	Six-contact platinum
Electroencephalograph	XLTEK, Canada	XLT-EEG32T	Natus XLTEK
MRI machine	General Electric
SPEC machine	General Electric