Abstract
Ongeveer 30% van patiënten met epilepsie refractair zijn voor anti-epileptica. In deze gevallen is chirurgie de enige alternatief / controle aanvallen elimineren. Echter een aanzienlijke minderheid van de patiënten blijft postoperatieve aanvallen vertonen, zelfs in die gevallen waarin de vermoedelijke bron van aanvallen correct gelokaliseerd en uitgesneden. Het protocol hier gepresenteerde combinatie van een klinische procedure routinematig toegepast tijdens de pre-operatieve evaluatie van de temporale kwab epilepsie (TLE) van de patiënten met een nieuwe techniek voor netwerkanalyse. De werkwijze maakt de evaluatie van de temporele evolutie van mesiale netwerkparameters. De bilaterale inbrengen van foramen ovale elektroden (FOE) in de omgevingslucht stortbak gelijktijdig registreert electrocortical activiteit op verschillende mesiale gebieden in de temporale kwab. Bovendien netwerk methode toegepast op de geregistreerde tijdreeksen volgt de temporele evolutie van het mesiale netwerken zowel interictally en tijdens detoevallen. Zo het gepresenteerde protocol biedt een unieke manier te visualiseren en kwantificeren maatregelen die de relatie tussen verschillende gebieden mesiale plaats van een enkel gebied acht.
Introduction
Epilepsie is een invaliderende ziekte die treft 1 - 2% van de wereldbevolking. In de meeste gevallen, convulsies - de kenmerken van epilepsie - kan volledig worden gecontroleerd of afgeschaft met anti-epileptica. Echter, circa 30% van epilepsie octrooien ongevoelig voor geneesmiddeltherapieën. In de meest voorkomende vorm van epilepsie, de temporale kwab epilepsie (TLE) 1 gelukkig chirurgie is een alternatief voor de toestand van de patiënt te verbeteren. Resultaten van meta-analyses blijkt dat bijna tweederde van resistente TLE patiënten aanvalsvrij in de eerste twee tot drie jaar na de chirurgische resectie 2,3, hoewel dit percentage varieert tussen verschillende factoren, met name het type hippocampale sclerose 2. Een kritische stap voor een succesvol resultaat is de nauwkeurige lokalisatie van de zogenaamde epileptogene het corticale gebied verantwoordelijk is voor het genereren van convulsies, dat gewoonlijk is gelegen in het mesial gebied van de temporale kwab. Zelfs in die gevallen waarin de epileptogene correct herkend en uitgesneden tijdens de operatie, een aanzienlijke minderheid van de patiënten blijft ofwel postoperatieve convulsies of moeten onder strenge behandeling anti geneesmiddel aanvallen onder controle worden gebracht. Daarom is een nieuw perspectief ontstaan, waarin aandacht wordt niet meer uitsluitend gericht op geïsoleerde gebieden, in plaats corticale interacties nu het fundamentele probleem vormen. Deze "netwerk" benadering is gebaseerd op het begrip connectoom 4, die de neurale verbindingen tussen de verschillende gebieden aandacht gericht plaats benadrukken de rol van gecompartimenteerde structuur. Dit nieuwe paradigma werd gevonden in de grafentheorie, een wiskundig kader gewijd aan de studie van de topologische en statistische eigenschappen van grafieken, het geschikte instrument om de fundamentele bevindingen uit te drukken. Onder dit perspectief, wordt de hersenen beschouwd als een geheel van knooppunten met elkaar verbonden door koppelingen Onder de vele invasieve neurofysiologische technieken routinematig toegepast in de meeste epilepsie centra over de hele wereld, de foramen ovale elektrode (FOE) is bijzonder opmerkelijk. FOE is een semi-invasieve techniek omdat er geen noodzaak om een craniotomie, die operatie complicaties 10 vermindert voeren. Bovendien, de locatie van FOE in de omgevingslucht reservoir 11 maakt ze bijzonder geschikt voor het opnemen mesiale activiteit van verschillende corticale structuren die deze aanvallen maken en propageren, zoals de entorhinale cortex. Daarom is het gebruik ervan sindszijn verschijning is wijdverbreid in de prechirurgische evaluatie van resistente TLE patiënten. Traditioneel wordt deze techniek gebruikt om irriterende activiteit vinden in de vorm van interictale epileptogene spikes en scherpe-golven, en nog belangrijker, om nauwkeurig het gebied van mesiale inbeslagneming onset identificeren. De door de Commissie op Classificatie en terminologie van de Internationale Liga tegen Epilepsie (ILAE) nieuwe definitie suggereert dat de epileptische aanvallen ontstaan op een bepaald punt binnen bepaalde netwerken 12. Bovendien hebben diverse onderzoeken aangetoond dat aanvallen worden veroorzaakt door abnormale netwerkactiviteit in plaats van door een geïsoleerde pathologische gebied 13-16. Uiteraard vereist dit nieuwe perspectief heranalyse van eerder verkregen gegevens met behulp van nieuwe numerieke methodes, zoals complexe netwerk methode. Hoewel de bruikbaarheid van deze analyses nog in de klinische praktijk beginnende hebben verscheidene studies kooswaarde 13-17. Het hieronder beschreven protocol is de combinatie van een klinische praktijk routinematig uitgevoerd op resistente TLE epilepsie met een nieuwe techniek van netwerkanalyse. De werkwijze maakt de evaluatie van de temporele evolutie van mesiale netwerkparameters. De bilaterale inbrengen van FOE in de omgevingslucht stortbak gelijktijdig registreert de electrocortical activiteit op verschillende mesiale gebieden van de temporale kwabben. Een netwerk benadering toegepast op de opnametijd-serie volgt de temporele evolutie van het mesiale netwerken zowel interictally en tijdens de aanvallen. Zo het gepresenteerde protocol biedt een unieke manier te visualiseren en kwantificeren maatregelen die de relatie tussen verschillende gebieden mesiale acht.
Protocol
In de hieronder beschreven protocol, stappen 1, 2 en 3 behoren tot zowel onderzoek als klinische protocollen, die beide genomen worden in al mesiaal TLE kandidaat voor chirurgische resectie geselecteerde alleen klinische criteria. Stap 4 en 5 behoren uitsluitend aan het onderzoeksprotocol. Beide procedures zijn in overeenstemming met de richtlijnen van de Ethische Commissie van het ziekenhuis de la Princesa.
1. Pre-implantatie Procedures
- Leg de experimentele procedures aan de deelnemer, waarin staat welke punten overeenkomen met het onderzoek en welke van toepassing zijn op de klinische praktijk, de opmerking dat het onderzoek procedure is op geen enkele manier wijzigen van de klinische procedure. Bijzondere aandacht besteden aan het uitleggen van de mogelijke risico's van de chirurgische implantatie van elektroden. Het verkrijgen van een ondertekend formulier voor geïnformeerde toestemming van de deelnemer.
- Voor alle kandidaten voor resectie chirurgie, voeren prechirurgische neurologische en neuropsychologische EXAminations 18.
- Evalueer de patiënt door interictale enkel foton emissie computer tomografie (SPECT) met 99 Tc-HMPAO, magnetische resonantie beeldvorming (MRI) 1,5 T en video-elektro (v-EEG) middels 25 scalp electrodes volgens de 10-20 internationale systeem Maudsley's protocol 18.
- Tijdens het preoperatief v-EEG-registratie verblijf geleidelijk afbouwen van de anti-epileptische geneesmiddelen van de tweede dag tot de vierde dag (ongeveer een derde van de dosis per dag).
2. Implantatie Procedures (Chirurgie)
- Dien antiepileptica preoperatief en operatieve ingrepen onder algemene anesthesie (3 mg / kg propofol bolus, gevolgd door 0,2-0,3 mg / kg fentanyl en 0,5 mg / kg rocuronium).
- Plaats twee zes-contact vijanden met een 1-cm hart op hart afstand bilateraal in de omgevingslucht reservoirs met behulp van Kirschner techniek 19.
- Plaats de patiënt on de operatietafel in rugligging, met de nek zachtjes verlengd bij 15 graden. Bereid de wang van de patiënt met een jodium-oplossing, te beginnen bij de incisie en cirkelen naar buiten, en drapeer het gebied direct rondom de incisie.
- Prik de huid met een 20-gauge spinale naald volgens oriëntatiepunten 20 Hartel's: een entry punt ongeveer 3 cm lateraal van de ipsilaterale zijde van de mondelinge commissure in de richting van een punt onmiddellijk inferieur aan de ipsilaterale pupil in de anterior-posterior vlak en een punt ongeveer 2,5 cm juist voor de externe gehoorgang in het laterale vlak.
- Advance de naald in de richting van het gebied van het foramen ovale onder fluoroscopische begeleiding. Gebruik de zijaanzichten die de beelden fluoroscopie de positie van de naaldpunt te bepalen. Wanneer de naald passeert het foramen ovale, verwijder het stilet, te vervangen door een elektrode, en vooraf het in de omgevingslucht stortbak (Figuur 1A
- Evalueer juiste implantatie door fluoroscopische beeldvorming in de operatiekamer 21; Dit is belangrijk voor penetratie in de foramina van de schedelbasis, als die van de inferieure orbitale spleet (zich ventraal van het foramen ovale) en de halsader foramen (gelegen posterieur te). Dergelijke misplaatste infusen zou kunnen leiden tot ernstige verwondingen neurovasculaire 22.
- Zodra de elektroden correct zijn geplaatst in de omgevingslucht reservoirs, zet ze vast aan de huid met gordijnen. Wakker van de patiënt, en leidt hem of haar naar de verkoeverkamer.
3. Overname van FOE Recordings
- De terugkeer van de patiënt om de v-EEG ruimte voor een verblijf van ongeveer 5,2 ± 2,4 dagen (gemiddelde ± SD).
- Plaats 19 elektroden volgens de internationale 10-20 systeem.
- Meet de afstand tussen de nasion (brug van de neus) en de INION (achterhoofdsknobbel) met behulp van een meetlint, eend mark met een marker het middelste punt (locatie van de Cz elektrode). Meet en markeer het punt 10% van de afstand boven de nasion (locatie van de FPZ elektrode).
- Herhaal dezelfde procedure voor de INION (locatie van het Oz elektrode), het markeren van de afstanden 20% ten opzichte van de Cz in zowel de nasion en INION richtingen (locaties van de Fz en PZ elektroden, respectievelijk).
- Meet de afstand tussen beide punten preauricular en markeer de afstanden 10% boven de linker en rechter preauricular punten (T3 en T4 elektroden, respectievelijk). Vervolgens geeft de afstanden 20% boven beide T3 en T4 in de Cz richting naar de locaties van C3 en C4 verkrijgen.
- Een omtrek met het meetlint de FPZ en Oz koppelen aan 5% van de afstanden beide elektroden FP1 (links) en FP2 (rechts) in de voor- en O1 (links) en O2 (rechts) in de rug.
- In dezelfde omtrek, voeg 10% van de afstand opwaarts in de richting INION OBTain de positie van F7, voeg 10% aan T3 bereiken (deze dient de lijn tussen de punten preauricular bevinden), en voeg een 10% tot T5 (O1 elektrode) te verkrijgen. Mark elke elektrode en herhaal dezelfde procedure voor de rechter (zelfs) elektroden.
- Meet en markeer de kruising (F3 elektrode locatie) halverwege tussen F7 en Fz en 20% van de afstand naar boven uit Fp1 in de F3 richting. Herhaal dit proces in elk kwadrant van het hoofd naar F4 (front-juiste positie), P3 (back-linker positie) en P4 (back-linkse positie) te verkrijgen.
- Reinig en droog de huid. Plaats een gematigde hoeveelheid collodion met geleidende gel in elke elektrode beker en plaats de elektroden in de gebieden voorbereid. Droog de collodium met een föhn.
- Meet de afstand tussen de nasion (brug van de neus) en de INION (achterhoofdsknobbel) met behulp van een meetlint, eend mark met een marker het middelste punt (locatie van de Cz elektrode). Meet en markeer het punt 10% van de afstand boven de nasion (locatie van de FPZ elektrode).
- Sluit alle elektroden (hoofdhuid en vijanden) van draden aan de elektrode box, die reeds is verbonden met een electroencephalographer. Zorg ervoor dat de elektrode signalen zijn goed, en controleer of de hoofdhuid elektroden Impedansen zijn jonger dan 10 kOhm met behulp van de electroencephalographer.
- Verwerven digitale hoofdhuid elektro-encefalogram (EEG) data en FOE data bij 1024 Hz met een video gesynchroniseerde electroencephalographer (v-EEG) en de data filteren met een banddoorlaatfilter in het traject 0,5-100 Hz en een Notch filter (50 Hz) de electroencephalographer.
- Geleidelijk verwijder het anti-epileptische geneesmiddelen van de tweede tot de vierde dag (ongeveer een derde van de dosis per dag) de kans op epileptische aanvallen. Deze stap is afhankelijk van het specifieke geneesmiddel voorschrijven van elke patiënt.
- Gebruik beide interictale paroxysmale en ictal activiteiten tot circa zoek de ictogenic gebieden door het identificeren van de elektroden / kanaal, waar epileptogene elementen verschijnen 23, met inbegrip van de slow-wave complex, polyspikes, runs van snelle spikes, scherpe golven, scherpe-and-slow-wave complex , trage scherpe golven, spikes en spike en trage golven. Noteer de tijd van beslaglegging begin en einde, alsmede eeny andere klinische tekenen of gebeurtenissen aan de studie betrokken. Er is een één-op-één afbeelding tussen de elektroden gelegen in het hoofd van de patiënt en de hoofdmodel in het EEG software die anatomisch maakt vast te stellen waar de epileptogene activiteit weergegeven.
- Wanneer het onderzoek klaar is, verwijdert u de vijanden in de v-EEG-eenheid door ze voorzichtig naar buiten te trekken, terwijl de mond van de patiënt half geopend blijft. Niet systematisch uit te voeren imaging na FOE verwijderen, behalve wanneer neurologische symptomen verschijnen. In dat geval voeren dringend computertomografie (CT) scan.
4. FOE Signal Preprocessing
- Exporteer de gegevens op de electroencephalographer bij 200 Hz in ASCII-indeling in tijdperken die geschikt zijn voor numerieke analyse van ongeveer 30 min van epileptische activiteit (al geïdentificeerd door een deskundige neurofysioloog) (figuur 1C). Vermijd tijdperken bevattende voorwerpen, zoals verzadigde elektrische activiteit, spieractiviteit en electrode verplaatsingen.
- Open de geëxporteerde bestanden met behulp van een UNIX-stream editor, en alle niet-numerieke tekens verwijderen uit de geëxporteerde gegevensbestanden, waardoor alleen de tijd stempels en kanaal voltages. Sla de gewijzigde bestanden voor verdere numerieke analyse.
LET OP: Van nu af aan, het uitvoeren van alle berekeningen met R-pakketten van de R repository of zelfgemaakte codes (tabel 1). - Met behulp van R software, installeer de vereiste R-pakketten, en laadt de gewijzigde gegevens bestanden in de R omgeving. Bestellen alle kanalen, toewijzen elk een bepaalde kolom van de array die alle gegevens bevat, waardoor lege kanalen en ernaar te verwijzen naar een gemiddelde middellijn referentie (Fz + Cz + Pz) / 3.
- Gebruik de Fast Fourier Transform algoritme (R functie: FFT) en plot de resulterende variabele om te controleren of de effectieve verwijdering van de lijn frequentie (circa 50 Hz). Gebruik het frequentiedomein naar andere valse fr filterenequencies die kunnen de signalen verontreinigen.
- Omzetten van de geladen gegevens naar een multivariate tijdreeksen object (MTS) van 28 columns - 16 hoofdhuid en 12 vijanden - met behulp van de R-functie ts. Verdeel de mts object in niet-overlappende temporele ramen van elke 5 seconden (1000 datapunten bij 200 Hz) om de bestandsgrootte te reduceren en te optimaliseren rekentijd.
5. Post-processing Berekeningen (Complex Network Analysis)
OPMERKING: Bereken de hieronder in elk vensterfuncties beschreven maatregelen, vanaf 5 minuten voor aanvang beslag (60 ramen) en eindigt bij 5 minuten na aanval aanzet (60 ramen), met als doel het visualiseren van de temporele evolutie.
- Bereken univariate maatregelen, spectraal vermogen, prikkelbaarheid en spectrale entropie voor elke individuele kolom / kanaal zonder de correlaties tussen de verschillende tijdreeksen.
- Bereken prikkelbaarheid (S) voor elk voltage activiteit tijdreeksen met behulp van een zelfgemaakte code op basis van de door Schindler 24 voorgestelde vergelijking (zie aanvullende bestand). S> 2,5 wordt beschouwd epileptogene een empirisch bepaalde drempel 17,25,26.
- Voor elke activiteit tijdreeks, het berekenen van de spectrale vermogensdichtheid met behulp van een zelfgemaakte code voor de Delta (> 0,5 Hz en <4 Hz), Theta (4-7 Hz), Alpha (7-14 Hz), Beta (14-30 Hz ) en gamma (> 30).
- Bereken Shannon entropie met een zelfgemaakte code met de spectrale dichtheid van elke tijdreeks plaats van de overeenkomstige waarschijnlijkheid tijdreeks. Het gemiddelde van de individuele spectrale entropie (SE) verkregen waarden voor elk kanaal over een stel elektroden. Shannon entropie wordt in de aanvullende bestand.
OPMERKING: Een afname van SE worden geïnterpreteerd als een afname van het aantal frequenties van het spectrum omdat SE is de entropie van het spectrum.
- Network maatregelen
NIETE: Dit deel wordt de interactie tussen de verschillende tijdreeksen van elektroden.- Bereken de functionele connectiviteit tussen elk paar spanning tijdreeksen Iedere vensterfuncties met de absolute waarde van de lineaire kruiscorrelatiecoëfficiënt berekend op nul lag (R functie: CCF).
OPMERKING: Om niet-representatieve waarden van de synchronisatie te elimineren, de oprichting van een drempel op basis van eerdere studies 17,25,26. Gebruik een drempelwaarde van 0,5 in dit geval. - Installeer de igraph R pakket 27. Maak een igraph object uit de adjacentiematrix (R functie: graph.adjacency). Gebruik de correlatie matrix verkregen in de vorige stap, waarin wordt bepaald dat de grafiek wordt gewogen en ongericht.
- Iedere vensterfuncties bereken de gemiddelde weglengte (APL) (R functie average.path.length) voor het gehele netwerk (hoofdhuid + FOE), en voor elk van de vier subnetwerken: links hoofdhuid, hoofdhuid rechts, links en FOE rechts FOE. in exactly Evenzo berekent de dichtheid van verbindingen (DoL) (R functie: graph.density), modulariteit (Mod) (R functie: modulariteit) en de gemiddelde clustering coëfficiënt (ACC) (R functie: transitiviteit).
- Herhaal de voorgaande stappen 5.2.1 tot 5.2.3 met behulp van fase-synchronisatie (zelfgemaakte R-code) als een schatting van functionele connectiviteit in plaats van de cross-correlatie functie.
- Bereken de functionele connectiviteit tussen elk paar spanning tijdreeksen Iedere vensterfuncties met de absolute waarde van de lineaire kruiscorrelatiecoëfficiënt berekend op nul lag (R functie: CCF).
- Om de effecten in de variabele veranderingen vertegenwoordigen, berekent het gestandaardiseerde gemiddelde verschil (SMD) (R-functie uit de verpakking MBESS: smd), tussen de preictal en ictal stadia alsook tussen de preictal en postictale fasen.
- Het nemen van de preictal als uitgangspunt, selecteert dertig seconden (6 waarden) vijf minuten voor inbeslagneming onset merk, zoals de preictal waarde. Eenzelfde vensterfuncties van 30 s kunnen worden gekozen tijdens het beslag om de verandering ten opzichte van de fase preictal kwantificeren met behulp van de SMD.
Representative Results
De eindpositie van het FOE is in de omgevingslucht reservoir, gezien in de axiale en sagittale MRI (Figuur 1A bovenste panelen). De contacten van de FOE plaat elektrische activiteit van verscheidene mesiale structuren van de temporale kwab (Figuur 1A onderste paneel). Na de operatie (figuur 1B linker paneel), wordt de patiënt verzonden naar de video-EEG kamer, waar scalp electrodes volgens de 10 worden geplaatst - 20 (zie figuur 1B rechts). Tijdens het verblijf in het video-EEG kamer, wordt de patiënt voortdurend bewaakt, sparen voor verdere analyse hoofdhuid en FOE-opnames, maar ook video en vitale constanten. Een typische rauwe hoofdhuid en FOE signalen (figuur 1C) tonen het uiterlijk van een aanval links FOE en de verspreiding hoofdhuid en rechter FOE contacten.
Representatie van de epileptogene activiteit met deprikkelbaarheid (S) (Figuur 2) overeenkomend met de onbewerkte EEG opnames van figuur 1C, bij de overgang van de preictal de ictal en postictale perioden. Inbeslagneming onset wordt gemarkeerd met een stevige verticale lijn en de tijd (x-as) wordt verwezen naar dit punt. Een waarde van S (prikkelbaarheid)> 2,5 vertegenwoordigd irriterende of epileptogene activiteit 17,25,26. Hogere prikkelbaarheid (roodachtige kleuren) verscheen in de eerste plaats met een hogere intensiteit aan de linkerkant FOE contacten (LFOE). Dit resultaat is concordant met een linkse mesiale temporale kwab epilepsie als de hoogte door een deskundige neurofysioloog.
Temporele dynamiek van verscheidene netwerk maatregelen en de spectrale entropie (figuur 3) bij de overgang van de preictal de ictal en postictale fasen corresponderen met dezelfde aanval weergegeven in figuur 1C en 2. Inbeslagneming onset wordt gemarkeerd met een stevige Vertical lijn en tijd (x-as) wordt verwezen naar dit punt. In dit geval werd het netwerk gebouwd op de hele set van elektroden, met inbegrip van zowel de hoofdhuid en FOE. DoL en ACC waarden waren hoger tijdens aanvallen, met een afname van de APL en Mod, hetgeen wijst op een toename van de totale verbinding. Gedurende deze periode ook werden lagere SE waargenomen en volgehouden nadat de prikkelbaarheid (gestippelde verticale lijnen) verdwijnt.
De analyse van het netwerk maatregelen ACC, DOLS en APL en de SE per FOE (rechts en links) (figuur 4) tijdens de overgang van de preictal de ictal en postictale fase. Inbeslagneming onset wordt gemarkeerd met een stevige verticale lijn en de tijd (x-as) wordt verwezen naar dit punt. De evolutie van deze maatregelen komen overeen met dezelfde inbeslagname van de figuren 1, 2 en 3. De ipsilaterale (links) mesiale ACC, Dols en APL gepresenteerd eerder en hoger veranderingen zijn dan de contralaterale waarden, die kan worden verklaard door de locatie van het beslag onset zone in de linker temporaalkwab. In dit geval zou Mod niet worden berekend omdat er geen onderdelen beschikbaar waren.
Een vertegenwoordiger van de video functionele connectiviteit (figuur 5) in dezelfde inbeslagname van figuur 1, 2, 3 en 4 geeft een kritische verandering net na de aanval begin (tijd 0). Op dat moment de verbinding tussen de elektroden drastisch toenemen, zoals blijkt door een toename van het aantal banden en de dikte (intensiteit) van genoemde randen. Deze toename gaat tussen de linker FOE op tijdstip 0,1 en 0,2, en zich tot de contralaterale zijde voordat het hele netwerk.
| FFT | 4.3 | (Stats pakket) Berekent de Fast Fourier Transform van een signaal. |
| ts | 4.4 | (Stats pakket) Creëert een multivariate tijdreeksen object (MTS). De bemonsteringsfrequentie moet worden verstrekt. |
| prikkelbaarheid | 5.1.1 | (zelfgemaakte) functie op basis van diff R-functie. Berekent de absolute waarde van de helling van het signaal en normaliseren de standaardafwijking korte referentieperiode. Drempel moet worden verstrekt. |
| Spectrale vermogensdichtheid en Spectral Entropy | 5.1.2 | (Zelfgemaakte) functie op basis van het spectrum en entropie R functies. Bereken het genormaliseerde vermogensspectrum en de Shannon entropie van het genormaliseerde vermogensspectrum |
| ccf | 5.2.1 | (Basispakket) berekent de lineaire cross-correlatie van mts object met behulp van Pearson correlatie bij nul lag, het genereren van een correlatie matrix. Absolute waarden moeten worden Calculated. |
| graph.adjacency | 5.2.2 | (Igraph pakket) Maakt een igraph grafiek, de basis-object dat wordt gebruikt door de volgende igraph functies |
| average.path.length | 5.2.3 | (Igraph pakket) bepaalt de gemiddelde padlengte van de grafiek door berekening van het gemiddelde aantal stappen langs de kortste paden door alle netwerkknooppunten. |
| graph.density | 5.2.3 | (Igraph pakket) Berekent de dichtheid van verbindingen van de grafiek door het berekenen van de verhouding tussen het werkelijke aantal verbindingen en alle mogelijke verbindingen van het netwerk. |
| modulariteit | 5.2.3 | (Igraph pakket) Bepaalt de modulariteit van de grafiek door gegevensverwerkings welke groepen nodes meer zijn verbonden tussen hen dan bij andere knooppunten van het netwerk |
| transitiviteit | 5.2.3 | (Igraph pakket) bepaalt de gemiddelde clustering coëfficiënt van de grafiek door het berekenen van het aantal naburige knooppunten die ook buren van elkaar |
| fasesynchronisatie | 5.2.4 | (zelfgemaakte) functie gevestigd in FFT R-functie dat de gemiddelde fase samenhang tot waarden tussen nul en één verkrijgen berekent |
| smd | 5.3 | (MBESS pakket) Bepaalt de standaard gemiddelde verschil -grootte effecten- door het verschil in gemiddelde tussen de groepen ten opzichte van de samengevoegde verschil |
Tabel 1: R-functies gebruikt voor de gegevensverwerking.
Figuur 1: foramen Ovale elektroden. (A) Definitieve positie vanFOE in de omgevingslucht stortbak. Upper panelen tonen een axiale (links) en sagittale (rechts) MRI-beelden weergeven van de FOE contacten locatie (witte pijlen). Een menselijk monster (kadaver) met een ingevoegde FOE (onderste paneel, contacten gemarkeerd met witte pijlen). (B) FOE en hoofdhuid elektroden setup. Patiënten hoofd net na de FOE inbrengen chirurgie (linker paneel) en tijdens het verblijf video-EEG (rechter paneel). (C) FOE en hoofdhuid opnames. Complex partiële aanval vanuit een links TLE patiënt (5 min na en voor inbeslagneming onset). RFOE1-RFOE6 staat voor recht FOE # 1 tot # 6 en LFOE1-LFOE6 staat voor links FOE # 1 tot # 6. Inbeslagneming onset wordt gemarkeerd door een verticale rode lijn en een witte pijl hoofd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Vertegenwoordiging van een complexe partiële aanval van een Left TLE Patient gekwantificeerd door Exciteerbaarheid. De kleur schaal kwantificeert de prikkelbaarheid niveau (S) voor elke elektrode. Rechts foramen ovale elektrode (RFOE) en linker foramen ovale elektrode (LFOE) vormen de contacten van de rechter en linker foramen ovale elektroden (y-as) respectievelijk. De x-as geeft de tijd (in min) ten opzichte van het begin (dikke verticale lijn) voor inbeslagneming, zoals bepaald door een deskundige neurofysioloog. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Volledig netwerk (hoofdhuid + FOE) Maatregelen van dezelfde patiënt en Same inbeslagneming van Figuur 2. De gemiddelde clustering coëfficiënt (ACC), de gemiddelde weglengte (APL), De dichtheid van de links (Dols), modulariteit (Mod) en spectrale entropie (SE) voor het gehele netwerk (hoofdhuid + FOE) zijn vertegenwoordigd. De verticale stippellijnen de prikkelbaarheid (S). De x-as geeft de tijd ten opzichte van het begin (dikke verticale ononderbroken lijn) aanval. Een voortschrijdend gemiddelde over tien opeenvolgende windows wordt vertegenwoordigd door een dikke stevige zwarte lijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Mesiale maatregelen van dezelfde patiënt uit figuur 2 en 3. De gemiddelde clustering coëfficiënt (ACC), gemiddelde pad lengte (APL), dichtheid van verbindingen (DOLS) en spectrale entropie (SE) voor zowel links als rechts foramen ovale elektroden (vijanden). De verticale stippellijnen markeren de prikkelbaarheid. De x-as geeft de tijd ten opzichte seizure onset (dikke verticale ononderbroken lijn). Een voortschrijdend gemiddelde over tien opeenvolgende windows wordt vertegenwoordigd door een dikke stevige zwarte lijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Dynamisch van Connectivity Pattern tijdens een complex partiële aanval. Links intensiteit wordt weergegeven door de dikte van de randen. Times (lagere aantallen) zijn ten opzichte van de inbeslagneming onset (tijd 0). Elk frame is 5 sec lang. Links en rechts foramen ovale elektroden (L1-L6 en R1-R6) worden vertegenwoordigd door koraal en blauwe cirkels, respectievelijk. Links en rechts hoofdhuid elektroden vertegenwoordigers oranje en cyaan cirkels, respectievelijk. Klik hier om download deze film.
Discussion
Traditioneel werd epilepsie bestudeerd onder een zone aanpak, waarin het belang van bepaalde gebieden, voornamelijk de inbeslagneming onset zone geïsoleerd, zoals de unieke oorzaak van epileptische aanvallen. Zeer recent heeft een echte netwerkbenadering dat het belang van interacties tussen corticale gebieden benadrukt werden bevoordeeld ten opzichte van de klassieke-zone gerichte perspectief 13-17,28. Echter, de huidige hoeveelheid bewijs voor epilepsie als een netwerk ziekte is nog steeds zeer gefragmenteerd, en nog veel meer onderzoek nodig is. Het huidige werk is gericht op gegevens die door traditionele methoden als FOE opnieuw analyseren, in het kader van het complexe netwerk aanpak. De hier gepresenteerde protocol beschrijft een stapsgewijze procedure methodologische een complex netwerk en spectraalanalyse semi-invasieve opnames uitvoeren TLE patiënten.
De toepassing van de hierboven beschreven techniek is het nut van het netwerk benadering gebleken dat in vergelijking met de meer traditionele localized of-zone gerichte perspectieven. In recente werken 17,29 werd aangetoond dat, op basis van hetzelfde werkwijze als hier beschreven, een onbalans in de mesiale connectiviteit refractaire TLE patiënten blijkt. Mesiale verbinding wordt gereduceerd in de ipsilaterale zijde zowel tijdens de interictale 29 en ictal 17,29 fasen. Dit resultaat was niet te voorzien door naar uitsluitend de gebieden waar de epileptogene activiteit ontstaat. Deze of andere manier verrassende resultaat werd ook beschreven door het gebruik van het netwerk theorieën over fMRI signalen 30,31. Bovendien heeft de toepassing van de techniek van gecombineerde FOE + netwerktheorie de gelijkwaardigheid van mesiale activiteit getoond tijdens aanvallen en onder invloed van een promotor van epileptogene activiteit, aangezien het de farmacologische toediening etomidaat 32.
De hier beschreven techniek is het opsporen van mesiale netwerk onbalans in korte interictale opnames duren maximaal één or twee uur 29. Zo kan een drastische vermindering van de analysetijd en patiënt ziekenhuis bereiken. Bovendien, vanuit een therapeutisch perspectief, bestaande onevenwichtige TLE patiënten kunnen worden "opgelost" door chronisch geïmplanteerde (door neurosurgeons) inrichtingen zoveel zoals het gebeurt in deep brain stimulation.
Om optimale resultaten te bereiken met behulp van de informatie in dit protocol informatie, moet een aantal zaken worden overwogen op voorhand. Ten eerste moet de implantatie van de elektroden worden uitgevoerd door een ervaren neurochirurg omdat hun onjuiste plaatsing ernstige neurologische gevolgen en misleidende opnamen kunnen produceren. Bovendien is de selectie van geschikte tijdperken voor verdere analyse vertrouwt volledig over de interpretatie van het ruwe EEG van de neurofysioloog's; daarom, ervaring in de klinische EEG analyse is verplicht. Het dataformaat van de geëxporteerde bestanden van de elektro-afhankelijk van de partiname op het merk; dientengevolge, zijn een goede programmering vaardigheden die nodig zijn om de scripts naar verschillende dataformaten te passen. Tenslotte, om de betrouwbaarheid van de gegevens te waarborgen, moet kwaliteitscontroles worden toegepast op de resultaten. Overschatting en valse positieven zijn waarschijnlijk om te verschijnen bij het werken met een groot aantal correlaties. In dergelijke gevallen statistische ter verbetering van de gevoeligheid worden gebruikt. In dit opzicht is het belangrijk om een drempelwaarde in de correlaties tot waarden die niet representatief zijn voor een werkelijke onderliggende synchronisatie ontdoen stellen. Dus in dit protocol, een rand tussen knopen i en j worden alleen beschouwd te bestaan indien de absolute waarde van de correlatie tussen deze knooppunten groter is dan 0,5, een criterium eerder werkzaam 17,26. Andere drempelwaarden in het traject van 0,2 tot 0,8 worden gebruikt om dezelfde resultaten te verifiëren en een soepele overgang van de ene drempel voor de volgende drempelwaarde waarborgen. Naast drempels andere methodologies kunnen worden gebruikt om betrouwbare resultaten, zoals Bonferroni-correctie of vervangende data testen te verkrijgen. Bovendien, bij het werken met EEG data, is het belangrijk om in gedachten die hersennetwerken complex en de niet-lineaire dynamica te houden; Daarom, in aanvulling op de lineaire correlatie, andere niet-lineaire synchronisatie maatregelen moeten worden gebruikt om de kwaliteit van de resultaten, zoals onderlinge informatie of fasesynchronisatie 33 waarborgen.
Het berekenen van een rechtstreekse verbinding van de hoofdhuid elektroden, zoals het gedeeltelijk wordt gedaan in dit werk, brengt een aantal risico's. Het grootste probleem rusten in de verontreiniging effect als gevolg van volume geleiding, altijd aanwezig met hoofdhuid opname. Een manier om dit probleem op te lossen is door te werken aan de bronnen ruimte, een aantrekkelijk alternatief in dienst van vele onderzoeken. Een andere benadering vereist het gebruik van de maatregelen van de synchronisatie die verontreiniging amplitude effecten minimaliseert. Via de fasesynchronisatie (ook bekend als Fase Locking Value) minimaliseren we het effect van volume geleiding, zoals werd aangetoond in verschillende 34 werken.
Zoals in andere invasieve neurofysiologische technieken, kunnen opnamen van FOE niet zijn verkregen van controlepatiënten, een feit dat het gebruik van bepaalde onderzoeksprotocols ernstig beperkt. Gegevens van FOE opnames leveren waardevolle informatie over mesiale temporaalkwab activiteit 17,29,35, vooral tijdens lateralisatie om de epileptogene elkaar in TLE patiënten 33. Vergeleken met invasieve technieken, het FOE techniek niet traumatisch voor de hersenen en omvat relatief eenvoudige manipulatie en de opnamen van hoge kwaliteit over lange perioden 11. In vergelijking met MRI, FOE opnames zorgen voor een betere tijdsresolutie van electrocortical activiteit. Daarnaast zijn veel mogelijkheden bestaan om andere dan die in dit werk maatregelen te verkennen. Deze feiten ook de mogelijkheid bestaat verschillende biomedische opnamen vergrotengelijktijdig. Deze voordelen van FOE opnamen gecombineerd met complexe netwerk en spectrale analyse maakt deze techniek een krachtig hulpmiddel voor epilepsieonderzoek met potentiële toepassingen in de klinische praktijk.
Acknowledgments
Dit werk werd gefinancierd door subsidies van Instituto de Salud Carlos III, door middel van PI10 / 00160 en PI12 / 02.839, gedeeltelijk ondersteund door EFRO en van Mutua Madrileña. AS-G. is de ontvanger van een postdoctoraal fellowship van Mutua Madrileña. 3D-simulatie werden gemaakt met behulp BioDigital Human software ( www.biodigital.com ) en ZygoteBody Professional software (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).
