Abstract
Omtrent 30% av epilepsipasienter er motstandsdyktige overfor antiepileptika. I disse tilfellene er kirurgi det eneste alternativ for å eliminere / kontroll beslag. Men et betydelig mindretall av pasientene fortsetter å vise postoperative anfall, selv i de tilfeller hvor den mistenkte kilden til beslag er riktig lokaliserte og resected. Protokollen presenteres her kombinerer en klinisk prosedyre rutinemessig benyttet under pre-operative evaluering av tinninglappen epilepsi (TLE) pasienter med en ny teknikk for nettverksanalyse. Metoden gjør det mulig for evaluering av endringen over mesiale nettverksparametere. Den bilaterale innsetting av foramen ovale elektroder (FOE) i omgivelses sisternen registrerer samtidig electrocortical aktivitet på flere mesiale områder i tinninglappen. Videre nettverk metodikk brukes på registrerte tidsserier sporer tidsmessige utviklingen av mesiale nettverk både interictally og underanfall. På denne måten fremlagt protokoll tilbyr en unik måte å visualisere og kvantifisere tiltak som vurderer forholdet mellom flere mesiale områder i stedet for et enkelt område.
Introduction
Epilepsi er en invalidiserende sykdom som rammer 1-2% av verdens befolkning. I de fleste tilfeller, beslag - kjennetegnene ved epilepsi - kan være helt kontrollert eller opphevet med antiepileptiske legemidler. Men ca 30% av epilepsi patenter er motstandsdyktig for medisinsk behandling. I den vanligste typen av epilepsi, tinninglappen epilepsi (TLE) 1, heldigvis kirurgi er et gyldig alternativ til å forbedre pasientens tilstand. Resultater fra meta-analyser viser at nesten to tredjedeler av multiresistent TLE pasienter er anfallsfrie i de første to til tre år etter at resective kirurgi 2,3, selv om denne andelen varierer på tvers av flere faktorer, spesielt, type hippocampus sklerose to. Et kritisk punkt for et vellykket resultat er det nøyaktig lokalisering av den såkalte epileptisk fokus, kortikale område ansvarlig for generering av anfall, som vanligvis ligger i Mesial området av tinninglappen. Men selv i de tilfeller hvor det epileptiske fokus er riktig identifisert og resected under operasjonen, en betydelig mindretall av pasientene enten er fortsatt med postoperative anfall eller må plasseres under streng antiepileptika behandling for å kontrollere anfall. Derfor har et nytt perspektiv dukket opp der oppmerksomhet er ikke lenger fokusert utelukkende på isolerte områder, i stedet kortikale interaksjoner nå utgjør den grunnleggende problemet. Denne "nettverk" tilnærming er forankret i connectome konsept 4, som fokuserer oppmerksomhet i nerveforbindelser mellom ulike områder i stedet for å fremheve rollen compartmentalized strukturer. Denne nye paradigmet ble funnet i grafteori, en matematisk rammeverk viet til studiet av topologiske og statistiske egenskaper grafer, til riktig verktøy uttrykke sine grunnleggende funn. Under dette perspektiv er hjernen anses som et sett av noder forbundet med hverandre ved koblinger Blant de mange invasive nevrofysiologiske teknikker rutinemessig benyttes i de fleste epilepsisentre rundt om i verden, foramen ovale elektrode (FOE) er særlig oppsiktsvekkende. FOE er en semi-invasiv teknikk, fordi det ikke er behov for å utføre en kraniotomi, noe som reduserer kirurgi-relaterte komplikasjoner 10. Dessuten er plasseringen av FOE i den omgivende cisterne 11 gjør dem særlig passende for opptak av mesial-aktivitet fra flere kortikale strukturer som er involvert i beslaget generering og forplantning, slik som entorhinal cortex. Derfor bruken sidensitt utseende er utbredt i presurgical evaluering av multiresistent TLE pasienter. Tradisjonelt er denne teknikken brukes til å finne irriterende aktivitet i form av interiktal epileptogene pigger og skarpe-bølger, og enda viktigere, å nøyaktig identifisere området mesial anfall utbruddet. Den nye definisjonen foreslått fra Kommisjonen om klassifisering og terminologi fra International League mot epilepsi (ILAE) tyder på at anfallene kommer på et tidspunkt innenfor bestemte nettverk 12. Videre har flere studier vist at beslag er forårsaket av unormal nettverksaktivitet heller enn en isolert patologisk området 13-16. Åpenbart, krever dette nye perspektivet reanalyse av tidligere ervervet informasjon ved hjelp av nye numeriske metoder, for eksempel komplekst nettverk metodikk. Selv om praktisk bruk av disse analysene er fortsatt begynnende i klinisk praksis, har flere undersøkelser vist sinverdi 13-17. Protokollen som er beskrevet nedenfor er en kombinasjon av en klinisk praksis gjennomføres rutinemessig på medikamentresistente TLE epilepsi med en ny teknikk for nettverksanalyse. Metoden gjør det mulig for evaluering av endringen over mesiale nettverksparametere. Den bilaterale innsetting av FOE i omgivelses sisternen registrerer samtidig electrocortical aktivitet på flere mesiale områder av temporallappene. Et nettverk tilnærming brukes til opptakstidsserier sporer tidsmessige utviklingen av mesiale nettverk både interictally og under anfall. På denne måten fremlagt protokoll tilbyr en unik måte å visualisere og kvantifisere tiltak som vurderer forholdet mellom flere mesiale områder.
Protocol
I protokollen som er beskrevet nedenfor, trinn 1, 2 og 3 tilhører både forskning og kliniske protokoller, som begge er strengt fulgt fra hver mesial TLE kandidat for reseksjon kirurgi valgt bare av kliniske kriterier. Trinn 4 og 5 tilhører utelukkende til forskningsprotokollen. Begge prosedyrer er i samsvar med retningslinjene for etisk komité i Hospital de la Princesa.
1. Pre-implantasjon Prosedyrer
- Forklare eksperimentelle prosedyrer til deltakeren, spesifisere hvilke punkter svarer til forskning og hvilke som er aktuelt for klinisk praksis, bemerket at forskningen prosedyren er på ingen måte å endre klinisk prosedyre. Vær spesielt oppmerksom på å forklare den potensielle risikoen for kirurgisk implantasjon av elektroder. Skaff en signert informert samtykke skjema deltakeren.
- For alle kandidater for reseksjon kirurgi, utfører presurgical nevrologisk og nevropsykologisk examinations 18.
- Vurdere pasienten ved interiktal enkelt foton emisjon computertomografi (SPECT) med 99 Tc-HmPAO, magnetisk resonans imaging (MRI) 1.5 T og video-elektroencefalografi (v-EEG) med 25 skalp elektroder i henhold til 10-20 internasjonale systemet og Maudsley s protokoll 18.
- Under presurgical v-EEG opptak opphold, progressivt taper de antiepileptika fra den andre dag til den fjerde dag (ca. en tredjedel av den dose per dag).
2. Implantasjon Prosedyrer (kirurgi)
- Administrere antiepileptika pre-operativt, og utføre kirurgi under generell anestesi (3 mg / kg propofol bolus, etterfulgt av 0,2 til 0,3 mg / kg fentanyl og 0,5 mg / kg rocuronium).
- Sett to seks-kontakt fiender med en cm senter-til-senter avstand bilateralt i omgivelses cisterner bruker Kirschner teknikk 19.
- Plasser pasienten on operasjonsbordet i liggende stilling, med halsen forsiktig utvides når 15 grader. Klargjør pasientens kinn med en jod-løsning, som starter på innsnitt området og sirkle utover, og drapere området umiddelbart rundt innsnitt området.
- Punktere huden med en 20-gauge spinal nål ifølge Hartel landemerker 20: et inngangspunkt ca 3 cm lateralt for ipsilaterale siden av oral commissure mot et punkt umiddelbart dårligere enn den ipsilaterale elev i anterior-posterior planet og et punkt ca. 2,5 cm anterior til den ytre øregang i sideplanet.
- Advance nålen mot regionen foramen ovale under fluoroskopisk veiledning. Bruk sidebilder som tilbys av gjennomlysning bildene for å bestemme posisjonen til nålespissen. Når nålen passerer foramen ovale, fjerne stylet, erstatte den med en elektrode, og dra det ut i omgivelses sisternen (figur 1A
- Vurdere riktig implantasjon av gjennomlysning bildebehandling i operasjonsstuen 21; Dette er viktig for å utelukke inntrengning i foramina av skallen base, slik som mindreverdig orbital rennen (lokalisert anteriort for foramen ovale) og vena foramen (plassert posterior til det). Slike feilplassert kanylering potensielt kan føre til alvorlige nevrovaskulær skade 22.
- Når elektrodene er riktig plassert i omgivelses sisterner, sikre dem mot huden med gardiner. Våkn opp pasienten, og lede ham eller henne til postoperativ avdeling.
3. Kjøp av FOE Recordings
- Returner pasienten til v-EEG rom for et opphold på ca 5,2 ± 2,4 dager (gjennomsnitt ± SD).
- Plasser 19 elektroder i henhold til den internasjonale 10-20 systemet.
- Mål avstanden mellom nasion (neseryggen) og inion (nakkeknøl) ved hjelp av et målebånd, end mark med en markør midtpunktet (plassering av Cz elektrode). Mål og markere det punkt 10% av den avstand over nasion (plassering av FPZ elektrode).
- Gjenta samme prosedyre for inion (plasseringen av Oz elektrode), markerer avstand 20% fra Cz i både nasion og inion retninger (steder av FZ og PZ elektroder, henholdsvis).
- Mål avstanden mellom begge preauricular poeng, og markere avstander 10% over venstre og høyre preauricular poeng (T3 og T4 elektroder, henholdsvis). Deretter markerer avstand 20% over både T3 og T4 i Cz retning for å få plasseringen av C3 og C4.
- Lag en omkrets ved hjelp av målebånd til å knytte FPZ og Oz på 5% av avstander over begge elektrodene på FP1 (til venstre) og FP2 (til høyre) i front og på O1 (til venstre) og O2 (til høyre) i ryggen.
- I den samme omkrets, tilsett 10% av avstanden oppover i retning inion til OBTain posisjon F7, legge til 10% for å nå T3 (det bør være plassert over linjen mellom preauricular poeng), og legge til en annen 10% for å oppnå T5 (O1 elektrode). Mark hver elektrode posisjon og gjenta samme prosedyre for retten (selv) elektroder.
- Mål og merk skjæringspunktet (F3 elektrode plassering) halvveis mellom F7 og Fz og 20% av avstanden oppover fra Fp1 i F3 retning. Gjenta denne prosessen i hver kvadrant av hodet for å oppnå F4 (front-høyre stilling), P3 (bakre venstre stilling) og P4 (bak til venstre stilling).
- Rengjør og tørke ut huden. Plasser en moderat mengde collodion med ledende gel i hver elektrode cup, og plassere elektrodene i prepped områder. Tørk collodion med en hårføner.
- Mål avstanden mellom nasion (neseryggen) og inion (nakkeknøl) ved hjelp av et målebånd, end mark med en markør midtpunktet (plassering av Cz elektrode). Mål og markere det punkt 10% av den avstand over nasion (plassering av FPZ elektrode).
- Koble alle elektrodene (hodebunnen og fiender) av ledningene til elektroden boksen, som allerede er koblet til en electroencephalographer. Kontroller at elektrode signalene er gode, og bekrefter at hodebunnen elektroder Impedanser er under 10 kÊ bruker electroencephalographer.
- Tilegne seg digital skalp elektroencefalogram (EEG) data og FOE data på 1024 Hz ved hjelp av en video synkronisert electroencephalographer (v-EEG), og filtrere data ved hjelp av et band-pass filter i området 0,5 til 100 Hz og en Notch filter (50 Hz) med electroencephalographer.
- Progressivt fjerne antiepileptika fra den andre til den fjerde dag (ca. en tredjedel av den dose per dag) for å øke sannsynligheten for anfall. Dette trinnet er avhengig av det spesielle medikament resept for hver pasient.
- Bruk både interiktal paroksysmal og ictal aktiviteter til ca lokalisere ictogenic områder ved å identifisere elektroder / kanal hvor epileptogene elementer vises 23, inkludert slow-wave kompleks, polyspikes, kjøringer av raske spisser, skarpe bølger, skarp-and-slow-wave kompleks , langsomme skarpe bølger, pigger og pigg og langsomme bølger. Registrere de tider av beslag utbruddet og slutt, samt eny andre kliniske tegn eller hendelser som er relevante for studiet. Det er en en-til-en mapping mellom elektrodene sted i pasientens hode og hodes modell i EEG-programvare som gjør det mulig å identifisere anatomisk der epileptogen aktivitet vises.
- Når undersøkelsen er ferdig, ta ut fiender på v-EEG enheten ved å trekke dem ut mens pasientens munn fortsatt halvåpne. Ikke systematisk utføre bildebehandling etter FOE fjerning, unntatt når nevrologiske symptomer. I slike tilfeller utføre et presser computertomografi (CT) scan.
4. FOE Signal Forbehandling
- Eksportere data som er lagret på electroencephalographer på 200 Hz i ASCII-format i epoker egnet for numerisk analyse på ca 30 min av anfall (allerede identifisert av en ekspert neurophysiologist) (figur 1C). Unngå epoker som inneholder gjenstander, for eksempel mettet elektrisk aktivitet, muskelaktivitet, og electrode forskyvninger.
- Åpne den eksporterte filer med UNIX stream redaktør, og fjerne alle ikke-numeriske tegn fra de eksporterte datafiler, slik at bare tidsstempler og kanal spenninger. Lagre endrede filer for videre numerisk analyse.
MERK: Fra nå utføre alle beregninger ved hjelp av R-pakker fra R depotet eller hjemmelagde koder (tabell 1). - Ved hjelp av R-programvare, installerer de nødvendige R pakker, og legg de modifiserte datafiler inn i R miljø. Bestill alle kanaler, tilordne hver til en bestemt kolonne i matrisen som inneholder alle data, eliminerer tomme kanaler og henviser dem til en gjennomsnittlig midtlinje referanse (Fz + Cz + Pz) / 3.
- Bruk Fast Fourier Transform algoritme (R-funksjon: FFT) og plotte den resulterende variabel for å kontrollere for effektiv fjerning av linjen frekvens (ca. 50 Hz). Bruk frekvensområdet å filtrere annen falsk frfrekvenser inn som kan forurense signalene.
- Konverter lastet data til en multivariat tidsserien objekt (MTS) av 28 søyler - 16 hodebunn og 12 fiender - ved hjelp av R funksjons ts. Del mts objekt inn i ikke-overlappende time vinduene i 5 sekunder hver (1000 datapunkter ved 200 Hz) for å redusere filstørrelsen og optimalisere beregning tid.
5. Post-prosessering Beregninger (Complex Network Analysis)
MERK: Beregn tiltakene beskrevet nedenfor i hvert time vindu, som starter på 5 min før anfall debut (60 vinduer) og endte på 5 minutter etter beslaget utbruddet (60 vinduer), med sikte på å visualisere det timelige utviklingen.
- Beregn univariate tiltak, spektral makt, oppstemthet og spektral entropi for hver enkelt kolonne / kanal uten å vurdere sammenhengen mellom ulike tidsserier.
- Beregn oppstemthet (S) for hver voltage aktivitet tidsserie ved hjelp av et hjemmelaget kode i henhold til ligningen foreslått av Schindler 24 (se supplerende fil). S> 2,5 er ansett epileptogen, en empirisk bestemt terskel 17,25,26.
- For hver aktivitet tidsserier, beregne spektrale effekttetthet ved hjelp av et hjemmelaget kode for Delta (> 0,5 Hz og <4 Hz), theta (4 - 7 Hz), Alpha (7-14 Hz), beta (14-30 Hz ) og Gamma (> 30).
- Beregn Shannon entropi med en hjemmelaget kode ved hjelp av kraften spektral tetthet av hver tidsserier i stedet for den tilsvarende sannsynligheten tidsserier. Gjennomsnittlig de enkelte spektral entropi (SE) verdier oppnådd for hver kanal over et sett med elektroder. Shannon entropi er forklart i tilleggsfilen.
MERK: En reduksjon i SE skal tolkes som en reduksjon i antall frekvenser i spekteret på grunn SE er entropien av spekteret.
- nettverkstiltak
IKKEE: Denne delen vurderer samspillet mellom ulike tidsserier av elektroder.- Beregn den funksjonelle forbindelse mellom hvert par av spenningstidsserien i hvert tidsmessige vinduet ved den absolutte verdi av den lineære kryss-korrelasjon koeffisient som ble beregnet ved null forsinkelse (R funksjon: CCF).
MERK: For å eliminere ikke-representative verdier for synkronisering, etablere en terskel basert på tidligere studier 17,25,26. Bruke en terskel på 0,5 i dette spesielle tilfelle. - Installer igraph R pakke 27. Opprett en igraph objekt fra nabomatrisen (R-funksjon: graph.adjacency). Bruk korrelasjonsmatrisen oppnådd i det foregående trinn, som angir at grafen vektes og ikke-styrt.
- I hvert time vindu beregne gjennomsnittlig veilengden (APL) (R funksjon average.path.length) for hele nettverket (skalp + FOE), og for hver av de fire under nettverk: venstre hodebunnen, rett skalp, venstre FOE og rett FOE. i exactly på samme måte, beregne tettheten av lenker (Dol) (R-funksjon: graph.density), modularitet (Mod) (R-funksjon: modularitet) og gjennomsnittlig clustering koeffisient (ACC) (R-funksjon: transitivity).
- Gjenta de forrige trinnene 5.2.1 gjennom 5.2.3 ved hjelp av fasesynkronisering (hjemmelaget R-kode) som et estimat på funksjonell tilkobling i stedet for krysskorrelasjonsfunksjonen.
- Beregn den funksjonelle forbindelse mellom hvert par av spenningstidsserien i hvert tidsmessige vinduet ved den absolutte verdi av den lineære kryss-korrelasjon koeffisient som ble beregnet ved null forsinkelse (R funksjon: CCF).
- Å representere størrelseseffekter i de variable endringer, beregne standardisert gjennomsnittlig forskjell (SMD) (R funksjon fra pakken MBESS: smd), mellom preictal og ictal etapper samt mellom preictal og postictal etapper.
- Tar preictal som grunnlinjen, velge tretti sekunder (6 verdier) fem minutter før anfall utbruddet, da den preictal verdi. En tilsvarende tidsmessig vindu av 30 s kan velges under anfallet for å kvantifisere den endring, i forhold til den preictal trinnet, ved hjelp av SMD.
Representative Results
Den endelige plasseringen av FOE er i den omgivende cisterne, som sett i den aksiale og sagittale MR (figur 1A øvre paneler). Kontaktene i FOE posten elektriske aktiviteten fra flere mesiale strukturer av tinninglappen (figur 1A nedre panel). Etter operasjonen (figur 1B venstre panel), er pasienten sendt til video-EEG, hvor hodebunnen elektrodene er plassert i henhold til 10-20 system (figur 1B høyre). Under oppholdet på video-EEG rom, pasienten overvåkes kontinuerlig, og sparer for videre analyse hodebunnen og FOE innspillinger, samt video og viktige konstanter. En typisk rå hodebunnen og FOE signaler (figur 1C) viser utseendet til en pågripelse på venstre FOE og spredning til hodebunnen og høyre FOE kontakter.
Representasjon av epileptogen aktivitet ved å brukeeksitabilitet (S) (figur 2) som svarer til de rå EEG opptak fra figur 1C, under overgangen fra preictal til ictal og postictal perioder. Anfall utbruddet er merket med en solid vertikal linje og tids (x-aksen) er henvist til dette punktet. En verdi på S (oppstemthet)> 2,5 representert irritative eller epileptogen aktivitet 17,25,26. Høyere oppstemthet (rødlige farger) dukket først med høyere intensitet til venstre FOE kontakter (LFOE). Dette resultatet er konkordant med en venstre mesial tinninglappen epilepsi som informert av en ekspert neurophysiologist.
Temporale dynamikken i flere nettverks tiltak, så vel som den spektrale entropien (figur 3) ved overgangen fra den preictal til ictal og postictal trinn, svarende til det samme beslag vist i figur 1C og 2. Anfall utbruddet er merket med en solid vertical linje og tids (x-aksen) er henvist til dette punktet. I dette tilfelle ble det nettverk bygget på hele settet med elektroder, inkludert både hodebunnen og FOE. Dol og ACC-verdier var høyere i løpet av beslag, med en reduksjon i APL og Mod, noe som tyder på en økning i den totale tilkobling. I løpet av denne perioden også, ble lavere nivåer av SE observert og vedvarende etter oppstemthet (stiplede vertikale linjer) forsvinner.
Analysen av nettverkstiltak ACC, Dols og APL og SE for hver FOE (høyre og venstre) (figur 4) ved overgangen fra preictal til ictal og postictal etapper. Anfall utbruddet er merket med en solid vertikal linje og tids (x-aksen) er henvist til dette punktet. Utviklingen av disse tiltak samsvarer med den samme beslagleggelse av figurene 1, 2 og 3. Ipsilaterale (til venstre) mesial ACC, Dols og APL presenteres tidligere og høyere endringer enn contralateralt verdier, noe som kan forklares med plasseringen av anfall utbruddet sone i venstre tinninglappen. I dette tilfellet kan Mod ikke beregnes, fordi det ikke underinndelinger var tilgjengelig.
En representativ video av den funksjonelle tilkoblings (figur 5) i løpet av den samme beslagleggelse av figur 1, 2, 3 og 4 viser en kritisk forandring like etter beslaget utbruddet (tid 0). Da tilkoblingen mellom alle elektrodene øke dramatisk, slik det fremgår ved en økning av antall koblinger og tykkelsen (intensitet) i nevnte kanter. Denne økningen starter mellom venstre FOE ved 0,1 og 0,2, og sprer seg til motsatt side før den når hele nettverket.
| fFT | 4.3 | (Statistikk pakke) Beregner Fast Fourier Transform av et signal. |
| ts | 4.4 | (Statistikk pakke) Oppretter en multivariat tidsserien objekt (MTS). Samplingsfrekvensen bør gis. |
| oppstemthet | 5.1.1 | (hjemmelaget) funksjon basert på diff R funksjon. Beregner den absolutte verdi av helningen av signalet, og deretter normalisering av den til standardavviket korte grunnlinjeperiode. Terskelen bør gis. |
| Makt spektral tetthet og Spectral Entropy | 5.1.2 | (Hjemmelaget) funksjon basert på spektrum og entropi R funksjoner. Beregn den normaliserte energispekteret og den Shannon entropi av den normaliserte energispekteret |
| CCF | 5.2.1 | (Base pakke) beregner lineær krysskorrelasjon av mts objekt ved hjelp av Pearsons korrelasjon ved null forsinkelse, genererer en korrelasjonsmatrise. Absolutte verdier bør være calculrerte. |
| graph.adjacency | 5.2.2 | (Igraph pakke) Skaper et igraph graf, den grunnleggende objekt som brukes av de følgende igraph funksjoner |
| average.path.length | 5.2.3 | (Igraph pakke) bestemmer den midlere banelengde for diagrammet, ved å beregne den gjennomsnittlige antall trinn langs de korteste baner gjennom alle de nettverksnoder. |
| graph.density | 5.2.3 | (Igraph pakke) Beregner tettheten av koblinger av grafen ved å beregne forholdet mellom faktisk antall koblinger og alle mulige koblinger av nettverket. |
| modularitet | 5.2.3 | (Igraph pakke) Bestemmer modularitet av grafen, ved databehandling hvilke grupper av noder er mer koblet mellom dem enn med andre noder i nettverket |
| transitivity | 5.2.3 | (Igraph pakke) Bestemmer gjennomsnittlig clustering koeffisient av grafen, ved å beregne hvor stor andel av nærliggende noder som også er naboer av hverandre |
| fasesynkronisering | 5.2.4 | (hjemmelaget) funksjon basert på FFT R funksjon som beregner gjennomsnitts fase sammenheng for å oppnå verdier mellom null og én |
| smd | 5.3 | (MBESS pakke) Bestemmer standard bety forskjellen trimmer effects- ved å beregne forskjellen i gjennomsnittlig mellom gruppene i forhold til den samlede forskjellen |
Tabell 1: R funksjoner som brukes for databehandling.
Figur 1: foramen ovale Elektroder. (A) Slutt stillingFOE til omgivelses sisternen. De øvre panelene viser en aksial (til venstre) og sagittal (høyre) MR-bilder som viser FOE kontakter plassering (hvite piler). Et menneske prøven (kadaver) med en innsatt FOE (nedre panel, kontakter merket med hvite piler). (B) FOE og skalp elektroder oppsett. Pasienter hodet like etter FOE innsetting kirurgi (venstre panel) og under video-EEG opphold (høyre panel). (C) FOE og hodebunn innspillinger. Complex delvis anfall fra en venstre TLE pasient (5 min etter og før beslaget utbruddet). RFOE1-RFOE6 står for retten FOE # 1 til # 6 og LFOE1-LFOE6 står for venstre FOE # 1 til # 6. Anfall utbruddet er markert med en vertikal rød linje og en hvit pil hodet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Illustrasjon av en kompleks partiell slag fra en Venstre TLE Pasient kvantifisert ved Excitability. Fargeskalaen kvantifiserer oppstemthet nivå (S) for hver elektrode. Retten foramen ovale elektrode (RFOE) og venstre foramen ovale elektrode (LFOE) representerer kontaktene på høyre og venstre foramen ovale elektroder (y-akse), henholdsvis. X-aksen markerer tiden (i min) i forhold til pågripelse debut (tykk vertikal linje) som bestemmes av en ekspert neurophysiologist. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Hele nettverket (hodebunn + FOE) Tiltak fra samme pasient og samme beslag fra figur 2. Den gjennomsnittlige clustering koeffisient (ACC), gjennomsnittlig veilengden (APL), Er tettheten av linker (Dols), modularitet (MOD) og spektral entropi (SE) for hele nettverket (skalp + FOE) representert. De vertikale stiplede linjene representerer eksitabilitet (S). X-aksen angir tid i forhold til beslag debut (tykk vertikal heltrukket linje). En glidende gjennomsnitt over ti sammenhengende vinduer representeres av en tykk solid svart linje. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: Mesial Tiltak av samme pasient fra figur 2 og 3. Den gjennomsnittlige clustering koeffisient (ACC), gjennomsnittlig banelengde (APL), tetthet av linker (Dols) og spektral entropi (SE) for både venstre og høyre foramen ovale elektroder (fiender). De vertikale stiplede linjene markerer oppstemthet. X-aksen angir tid i forhold til seizure innsett (tykk vertikal heltrukket linje). En glidende gjennomsnitt over ti sammenhengende vinduer representeres av en tykk solid svart linje. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Dynamisk av Connectivity Mønster under en kompleks partielle anfall. Linker intensitet er representert ved tykkelsen av kantene. Times (lavere tall) står i forhold til beslaget utbruddet (Time 0). Hver ramme er 5 sek lang. Venstre og høyre foramen ovale elektroder (L1-L6 og R1-R6) er representert ved koraller og blå sirkler, henholdsvis. Venstre og høyre skalp elektroder er representert av appelsin og cyan sirkler, henholdsvis. Klikk her for å download denne filmen.
Discussion
Tradisjonelt epilepsi ble studert under en soneorientert tilnærming, som isolert viktigheten av bestemte områder, i hovedsak beslaget utbruddet sonen, som den unike årsaken til anfall. Ganske nylig, har et ekte nettverk tilnærming som understreker viktigheten av interaksjoner mellom kortikale områder er favoriserte over den klassiske soneorientert perspektiv 13-17,28. Men den nåværende mengde bevis for epilepsi som et nettverk sykdom fortsatt svært fragmentert, og det trengs mer forskning. Dette arbeidet tar sikte på å Analyser på nytt data fra tradisjonelle metoder som FOE, under kompliserte nettverk tilnærming. Protokollen som presenteres her beskriver en trinnvis metodiske fremgangsmåte for å utføre et komplekst nettverk og spektralanalyse av semi-invasive opptak i TLE pasienter.
Anvendelse av den teknikk som er beskrevet ovenfor har demonstrert nytten av nettverket tilnærming sammenlignet med de mer tradisjonelle localized eller soneorientert perspektiv. I nyere arbeider 17,29 ble det vist at ved å bruke samme prosedyre som den er beskrevet her, en ubalanse i mesial tilkobling i ildfast TLE pasienter er tydelig. Mesial tilkobling er redusert i ipsilaterale side både under interiktal 29 og ictal 17,29 etapper. Dette resultatet kan ikke påregnes ved å se utelukkende på de områdene der epileptogen aktivitet oppstår. Dette liksom overraskende resultat ble også beskrevet ved hjelp av nettverks teorier på fMRI-signaler 30,31. Dessuten har anvendelsen av den kombinerte teknikk av FOE + nettverksteori vist ekvivalensen av mesiale aktivitet under anfall og under virkningen av en promoter av epileptogen aktivitet, ettersom det er den farmakologiske administrering av etomidat 32.
Teknikken er beskrevet her er i stand til å oppdage mesial nettverk ubalanse i korte interiktal innspillinger som varer på det meste en or to timer 29. På denne måte kan en drastisk reduksjon i analysetiden og pasient sykehusopphold oppnås. I tillegg, fra et terapeutisk perspektiv, eksisterende ubalansen i TLE pasienter kan "løses" ved hjelp av kronisk implantert (av nevrokirurger) enheter, så mye som måten det er gjort i dyp hjernestimulering.
For å oppnå optimale resultater ved hjelp av informasjonen i denne protokollen, bør noen problemer vurderes på forhånd. Først bør implantering av elektrodene utføres av en erfaren nevrokirurg fordi deres feil plassering kan gi alvorlige nevrologiske konsekvenser og villedende opptak. Videre er utvalget av aktuelle epoker for videre analyse baserer seg helt og holdent på neurophysiologist tolkning av rå EEG; Derfor er obligatorisk erfaring i klinisk EEG analyse. Dataformatet for de eksporterte filene fra electroencephalograph avhenger av partisielt merkevare; følgelig er gode programmeringskunnskaper er nødvendig for å tilpasse skript til forskjellige dataformater. Til slutt, for å sikre påliteligheten av dataene, bør kvalitetskontroller anvendes på resultatene. Overestimering og falske positiver er sannsynlig å dukke opp når du arbeider med et høyt antall sammenhenger. I slike tilfeller, for å forbedre følsomheten av statistiske metoder brukes. I denne forbindelse er det viktig å etablere en terskelverdi i korrelasjon for å forkaste verdier som ikke er representative for en sann underliggende synkronisering. Således, i denne protokollen, en kant mellom noder i og j blir bare ansett å foreligge dersom den absolutte verdi av korrelasjon mellom disse nodene er større enn 0,5, et kriterium som tidligere anvendt 17,26. Andre terskler i området fra 0,2 til 0,8 bør benyttes for å verifisere lignende resultater, og for å sikre en jevn overgang fra en terskel til følgende terskel. I tillegg til terskler, andre methodologies kan anvendes for å oppnå pålitelige resultater, for eksempel Bonferroni korreksjon eller surrogat data testing. Dessuten, når du arbeider med EEG data, er det viktig å huske på at hjernenettverk er komplekse systemer med ikke-lineær dynamikk; Derfor, i tillegg til den lineære korrelasjon, må det brukes andre ikke-lineære synkroniserings tiltak for å sikre kvaliteten av resultatene, slik som gjensidig informasjon eller fasesynkronisering 33.
Beregning tilkobling direkte fra hodebunnen elektroder, som det er delvis gjort i dette arbeidet, innebærer noen risiko. Hovedproblemet hvile i forurensning effekt som følge av volum ledning, alltid til stede med hodebunnen opptak. En måte å løse dette problemet er ved å arbeide på kilder plass, en tiltalende alternativ ansatt av mange forskere. En annen tilnærming krever bruk av målinger av synkroniseringen som minimerer kontaminering av amplitude-effekter. Ved hjelp av fasesynkronisering (også kjent som fase Locking Verdi) vi minimere effekten av volum ledning, slik det ble demonstrert i flere arbeider 34.
Som i andre invasive nevrofysiologiske teknikker, kan opptak fra FOE ikke hentes fra kontrollpersoner, noe som sterkt begrenser bruken av visse forskningsprotokoller. Data fra FOE innspillinger gi verdifull informasjon om mesial tinninglappen aktivitet 17,29,35, spesielt i lateralization til epileptogen side i TLE pasienter 33. Sammenlignet med invasive teknikker, er det FOE teknikken ikke-traumatisk for hjernen og omfatter relativt enkel manipulasjon, og dets opptak er av høy kvalitet over lengre tidsperioder 11. Sammenlignet med MR, FOE innspillinger gi bedre tidsoppløsning på electrocortical aktivitet. I tillegg vil mange muligheter finnes for å utforske andre enn de som brukes i dette arbeidet tiltak. Disse fakta også øke muligheten til å analysere flere biomedisinske opptaksamtidig. Disse fordelene av FOE opptak kombinert med komplekse nettverk og spektralanalyse gjøre denne teknikken et kraftig verktøy for epilepsi forskning med potensielle bruksområder i klinisk praksis.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble finansiert med tilskudd fra Instituto de Salud Carlos III, gjennom PI10 / 00160 og PI12 / 02839, delvis støttet av FEDER og fra Mutua Madrileña. AS-G. er mottaker av et postdoktorstipend fra Mutua Madrileña. 3D-simulering ble opprettet ved hjelp av BioDigital Menneskelig programvare ( www.biodigital.com ) og ZygoteBody Professional (www.zygotebody.com)
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 |
References
- Wiebe, S. Epidemiology of Temporal Lobe Epilepsy. Can J Neurol Sci. 27, Suppl. 1 6-10 (2000).
- Thom, M., Mathern, G. W., Cross, J. H., Bertram, E. H. Mesial temporal lobe epilepsy: How do we improve surgical outcome. Ann Neurol. 68 (4), 424-434 (2010).
- Tellez-Zenteno, J. F., Dhar, R., Wiebe, S. Long-term seizure outcomes following epilepsy surgery: a systematic review and meta-analysis. Brain. 128 (5), 1188-1198 (2005).
- Sporns, O., Tononi, G., Kotter, R. The human connectome: a structural description of the human brain. PLoS Comput Biol. 1, 42 (2005).
- Fornito, A., Zalesky, A., Bullmore, E. Fundamentals of Brain Network Analysis. , AP Press. (2016).
- Wig, G. S., Schlaggar, B. L., Petersen, P. E. Concepts and principles in the analysis of brain networks. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1224, 126-146 (2011).
- Rubinov, M., Sporns, O. Complex network measures of brain connectivity: uses and interpretations. Neuroimage. 52, 1059-1069 (2010).
- Boccaletti, S., Latora, V., Moreno, Y., Chavez, M., Hwang, D. -U. Complex networks: Structure and dynamics. Phys Rep. 424, 175-308 (2006).
- Sporns, O., Chialvo, D. R., Kaiser, M., Hilgetag, C. C. Organization, development and function of complex brain networks. Trends Cogn Sci. 8 (9), 418-425 (2004).
- Pastor, J., Sola, R. G., Hernando-Requejo, V., Navarrete, E. G., Pulido, P. Morbidity associated with the use of foramen ovale electrodes. Epilepsia. 49 (3), 464-469 (2008).
- Wieser, H. G., Schwarz, U. Topography of foramen ovale electrodes by 3D image reconstruction. Clin Neurophysiol. 112 (11), 2053-2056 (2001).
- Berg, A. T., et al. Revised terminology and concepts for organization of seizures and epilepsies: Report of the ILAE Commission on Classification and Terminology, 2005-2009. Epilepsia. 51 (4), 676-685 (2010).
- Bertram, E. H., Xing-Zhang, D., Mangan, P., Fountain, N., Rempe, D. Functional anatomy of limbic epilepsy: a proposal for central synchronization of a diffusely hyperexcitable network. Epilepsy Res. 32, 194-205 (1998).
- Bartolomei, F., Wendling, F., Bellanger, J., Regis, J., Chauvel, P. Neural networks involved in temporal lobe seizures: a nonlinear regression analysis of SEEG signals interdependencies. Clin Neurophysiol. 112, 1746-1760 (2001).
- Spencer, S. S. Neural networks in human epilepsy: evidence of and implications for treatment. Epilepsia. 43, 219-227 (2002).
- Bartolomei, F., et al. Pre-ictal synchronicity in limbic networks of mesial temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 61, 89-104 (2004).
- Vega-Zelaya, L., Pastor, J., de Sola, R. G., Ortega, G. J. Disrupted Ipsilateral Network Connectivity in Temporal Lobe Epilepsy. PLoS ONE. 10 (10), 0140859 (2015).
- Pastor, J., et al. Impact of experience on improving the surgical outcome in temporal lobe epilepsy. Rev Neurol. 41 (12), 709-716 (2005).
- Kirschner, M. Electrocoagulation des Ganglion Gasseri. Zentralbl Chir. 47, 2841-2843 (1932).
- Härtel, F. Über die intracranielle Injectionsbehandlung der Trigeminus neuralgie. Med Klin. 10, 582-584 (1914).
- Zampella, J. E., Brown, A. J., Azmi, H. Percutaneous techniques for trigeminal Neuralgia. Handbook of Stereotactic and Functional Neurosurgery. Gandhi, D. C., Schulder, M. , Chapter: 34 (2003).
- Franzini, A., Ferroli, P., Messina, G., Broggi, G., et al. Surgical treatment of cranial neuralgias. Handbook of Clinical Neurology. Nappi, G., et al. , Chapter: 57 (2010).
- Tatum, W. O., Husain, A. M., Benbadis, S. R., Kaplan, P. W. Handbook of EEG interpretation. , Demos Medical Publishing. New York. (2008).
- Schindler, K., Leung, H., Elger, C. E., Lehnertz, K. Assessing seizure dynamics by analysing the correlation structure of multichannel intracranial EEG. Brain. 130 (1), 65-77 (2007).
- Bartolomei, F., Chauvel, P., Wendling, F. Epileptogenicity of brain structures in human temporal lobe epilepsy: a quantified study from intracerebral EEG. Brain. 131 (7), 1818-1830 (2008).
- Vega-Zelaya, L., Pastor, J. E., de Sola, R. G., Ortega, G. J. Inhomogeneous cortical synchronization and partial epileptic seizures. Front. Neurol. 5, 187 (2014).
- Csardi, G., Nepusz, T. The igraph software package for complex network research. InterJournal, Complex Systems. 1695 (5), (2006).
- Kramer, M. A., Cash, S. S. Epilepsy as a Disorder of Cortical Network Organization. Neuroscientist. 18 (4), 360-372 (2012).
- Ortega, G. J., Peco, I. H., Sola, R. G., Pastor, J. Impaired mesial synchronization in temporal lobe epilepsy. Clin Neurophysiol. 122 (6), 1106-1116 (2011).
- Bettus, G., et al. Decreased basal fMRI functional connectivity in epileptogenic networks and contralateral compensatory mechanisms. Hum Brain Mapp. 30 (5), 1580-1591 (2009).
- Pereira, F. R., et al. Asymmetrical hippocampal connectivity in mesial temporal lobe epilepsy: evidence from resting state fMRI. BMC Neurosci. 11, 66 (2010).
- Vega-Zelaya, L., Pastor, J., Tormo, I., de Sola, R. G., Ortega, G. J. Assessing the equivalence between etomidate and seizure network dynamics in temporal lobe epilepsy. Clin Neurophysiol. 127 (1), 169-178 (2011).
- Pastor, J., Sola, R. G., Ortega, G. J. Hyper-Synchronization, De-Synchronization, Synchronization and Seizures. Epilepsy - Histological, Electroencephalographic and Psychological Aspects. Stevanovic, D. , Chapter 6 (2012).
- Stam, C. J., Nolte, G., Daffertshofer, A. Phase lag index: assessment of functional connectivity from multi channel EEG and MEG with diminished bias from common sources. Hum Bran Mapp. 28 (11), 1178-1193 (2007).
- Pastor, J., Sola, R. G. Utility of foramen ovale electrodes in temporal lobe epilepsy surgery. Recent Advances in Epilepsy. , 1 Global Research Network. Kerala, India. 1-8 (2008).
