This protocol describes a procedure to track the evolution of mesial network measures in temporal lobe epilepsy (TLE) patients. It is based on the combination of intracranial recordings with a novel numerical technique for data analysis. Specifically, we present a protocol for network analyses of foramen ovale recordings.
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.
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 <sup> 5-9 slik at nodene er representert ved de kortikale områdene som dekkes av elektrodene og forbindelsene mellom dem er gitt av graden av synkroniseringen. Således har dette nettverket tilnærmingen er benyttet i analysen av invasive elektroder opptak og har gitt ny informasjon for å fremme forståelsen av den underliggende mekanisme for anfall generering og forplantning.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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)
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 |