Epilepsi Hastalarında Beyin uyarılabilmenin Bağlantı ile ilgili değerlendirmek için bir Multimodal imaging- ve Uyarım tabanlı Yöntemi
November 13th, 2016
Dinlenme durumu fonksiyonel bağlantı MRG, kortikal gelişim malformasyonlarına bağlı epilepsi de dahil olmak üzere çok çeşitli nöropsikiyatrik bozuklukları olan hastalarda anormallikler tanımlamıştır. Transkraniyal Manyetik Stimülasyon, EEG ile kombinasyon halinde, epilepsili hastaların anormal bağlantıya sahip bölgelerde kortikal hipereksitabiliteye sahip olduğunu gösterebilir.
Bu deneyin genel amacı, epilepsili hastalarda dinlenme durumu fonksiyonel bağlantı, MRG kılavuzluğunda, transkraniyal manyetik stimülasyon ve eşzamanlı EEG kaydı kullanarak bölgesel kortikal hipereksitabiliteyi değerlendirmektir. Bu yöntem, epilepsi ve nörofizyoloji alanında, epilepsi hastalarının epileptojenik ağın bir parçası olduğuna inanılan bölgelerde hipereksitabiliteye dair kanıt olup olmadığı gibi temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, bağlantının bir fonksiyonu olarak serebral uyarılabilirlikteki farklılıkları değerlendirmek için kullanılabilmesi ve çeşitli farklı beyin bölgelerindeki kortikal reaktiviteyi değerlendirmek için kullanılabilmesidir.
Bu tekniğin epilepsinin tanı ve tedavisi için etkileri vardır, çünkü rutin EEG normal olduğunda bile kortikal hipereksitabilitesi tanımlanabilir ve epileptojenik devreler terapötik olarak hedeflenebilir. Prosedürü göstermek, laboratuvarımda araştırma görevlisi olan Tamara Gedankian olacak. Testten önce, her bir deneğin işlevsel bağlantı haritasını her bir deneğin yapısal görüntüsünün üzerine yerleştirerek iki TMS hedef bölgesini belirleyin.
Deney oturumuna başlamak için, deneği test odasına getirin ve sandalyeye oturmasını sağlayın. Deneğin kafasını ölçün ve düşük elektrot empedanslarını etkinleştirmek için uygun boyutta bir Elektroensefalografi veya EEG başlığı seçin. Ardından, pamuklu uçlu bir aplikatör ve alkol kullanarak her elektrotun altındaki cildi iyice temizleyin.
Her elektroda iletken jel ekleyin ve kafa derisi, jel ve elektrot arasında iyi bir temas sağlamak için elektrotun üzerine bastırın. Şarj artefaktlarını en aza indirmek için jelin elektrot tutucunun dışına yayılmadığından emin olun. TMS'nin neden olduğu bir elektrot artefaktının tüm kaydı kirletme olasılığını en aza indirmek için referans ve toprak elektrotlarını alnına ve stimülasyon bobininden mümkün olduğunca uzağa yerleştirin.
Ortak mod gürültüsünü en aza indirmek için bu elektrotları birbirinden birkaç santimetre uzağa yerleştirin. Ardından EEG sistemindeki empedansları ölç düğmesine basın. EEG çıkış kablolarını EEG kayıt sisteminin empedans jakına takarak elektrot empedanslarını kontrol edin.
Elektrot empedansının beş kilodan büyük olmadığından emin olun. Daha sonra, elektromiyografi elektrotlarını karşı el üzerinde hazırlayın. İşitme kaybı ve kulak çınlaması riskini en aza indirmek için kişiye kulak tıkacı verin.
Ardından, kızılötesi dedektörleri deneğin kafasına yerleştirin ve dedektörlerin deney oturumu sırasında hareket riskini en aza indirecek şekilde yerleştirildiğinden emin olun. Nöronavigasyon ekipmanıyla birlikte verilen işaretçiyi kullanarak denek üzerindeki önceden seçilmiş, harici anatomik referans belirteçlerinin konumunu belirleyerek deneğin kafasını MRI görüntüleriyle birlikte kaydedin. Başka bir yere bir nabız uygulayarak veya kafa derisine düşük yoğunluklu bir stimülasyon darbesi uygulayarak konuyu stimülasyonla tanıştırın.
Deneğin motor korteksini, fonksiyonel bağlantı tabanı hedeflerine ipsilateral yarımküre üzerine yerleştirerek dinlenme motor eşiğini belirleyin. Bobini, tutamak oksipital olarak bakacak şekilde girusa dik olarak eğin ve eşiğin altında olması beklenen bir yoğunlukta stimülasyona başlayın. Ardından, TMS her denemede 50 mikrovolttan daha büyük genliklere sahip motor uyarılmış potansiyelleri tutarlı bir şekilde uyandırana kadar stimülasyon yoğunluğunu maksimum %5 stimülatör çıkışında adımlarla artırın.
10 üzerinden beşten daha az pozitif yanıt kaydedilene kadar stimülasyon yoğunluğunu maksimum %1 stimülatör çıkışında adımlarla azaltın. Son olarak, TMS yoğunluğunu istenen değere ayarlayın. Kortikal plastisiteyi ve denek beklentisi etkilerini en aza indirmek için atımlar arasında değişken aralıklarla, nöronavigasyon yazılımını kullanarak hedef bölgelerin her birine tek TMS darbeleri uygulayın.
Bağımsız Bileşen Analizinin veya ICA'nın ilk turunu gerçekleştirerek başlayın ve büyük TMS'nin neden olduğu ilk kas aktivasyonunu temsil eden bir ila iki bileşeni çıkarın. Bunu yapmak için, simetrik yaklaşımla hızlı ICA yöntemini ve burada gösterilen komutu kullanarak 10 kontrast fonksiyonunu kullanarak ICA'yı çalıştırın. Araçlar, ICA kullanarak verileri reddet ve tüm ICA bileşenlerinin topografik haritalarını çizecek olan haritaya göre bileşenleri kaldır'ı seçerek TMS yapıtıyla tutarlı bileşenleri tanımlayın.
Ardından, bileşen ayrıntılarını çizmek için her bileşenin numarasına tıklayın. Ardından, Araçlar, Bileşenleri kaldır'ı seçerek ve Bileşenlerin'in verilerden kaldırılması için alana ilgili bileşen numaralarını girerek yapay bileşenleri silin. Açılan onay kutusunda, seçilen bileşenlerin silinmesinden kaynaklanan olayla ilgili potansiyelleri veya ERP'leri gözden geçirmek için ERP'leri çiz'e basın.
Tekli deneme etkilerini gözden geçirmek için Tek denemeleri çiz'e basın. ERP'yi inceledikten sonra, tekli denemelerde olduğu gibi, seçilen bileşenleri silmek için Kabul Et düğmesine basın. İkinci bir ICA turu gerçekleştirin ve çürüme, göz kırpma, kas ve elektrot gürültüsü artefaktlarına karşılık gelen bileşenleri çıkarın.
Bunu yapmak için, ICA'nın ilk turunda olduğu gibi simetrik yaklaşımla hızlı ICA yöntemini ve ten rengi kontrast işlevini kullanarak ICA'yı çalıştırın. Benzer şekilde, bileşen özelliklerini, ICA'nın ilk turundaki topografik haritada olduğu gibi değerlendirin. Ardından, artık TMS bozunma artefaktları, göz kırpma artefaktları ve kas artefaktları ile tutarlı bileşenleri işaretleyin.
Ek olarak, uzamsal ve zamansal dağılıma dayalı olarak kanal gürültüsüyle tutarlı bileşenleri işaretleyin. Son olarak, ICA'nın ilk turunda olduğu gibi, Araçlar, Bileşenleri Kaldır'ı seçerek ve Verilerden kaldırılacak Bileşenler için alana ilgili bileşen numaralarını girerek işaretli bileşenleri kaldırın. Dinlenme durumu fonksiyonel bağlantı MRG, heterotopya bölgelerine bağlantısı olan kortikal yüzeydeki bölgeleri tanımlamak için kullanılır.
Bu bölgelere TMS, anormal bağlantıya sahip olmayan bölgelere ve sağlıklı kontrollerde aynı manzaralara göre anormal derecede artmış gecikmiş aktivite üretir. Burada, epilepsili hastalarda TMS ile uyarılmış potansiyellerdeki anormal geç piklerin kaynak lokalizasyonu, anormal aktivitenin ortaya çıktığı beyin bölgelerini belirleyebilir. Hastanın nöbet odağı ile mekansal olarak kolokalize olabilir.
Bu videoyu izledikten sonra, epilepsi ve diğer nöropsikiyatrik bozukluğu olan hastalarda farklı bölgelerdeki beyin uyarılabilirliğini değerlendirmek için dinlenme durumu fonksiyonel bağlantısı, MRG kılavuzluğunda, TMS EEG'nin nasıl kullanılacağını iyi anlamış olmalısınız. Bu prosedürü takiben, patojenik ağın bir parçası olan beyin bölgelerindeki kortikal uyarılabilirliğin azaltılmasının hastalık aktivitesini değiştirip değiştiremeyeceğini belirlemek için tekrarlayan TMS gibi başka yöntemler de uygulanabilir.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Genel Bakış
Bu çalışma, dinlenme durumu fonksiyonel bağlantısı ve MRI rehberliğindeki transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) ile EEG'nin birleşimini kullanarak epilepsi hastalarında bölgesel korteks hipereksitabilitesini değerlendirir. Bu yaklaşım, epilepsi ağı ile ilişkili beyin bölgelerinde hipereksitabiliteyi belirlemi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Nörofizyoloji
- Epilepsi araştırması
Arka Plan
- Dinlenme durumu fonksiyonel bağlantısı MRI, nöropsikiyatrik bozukluklarda anormallikleri ortaya çıkarır.
- Epilepsi hastaları sıklıkla korteks hipereksitabilitesi gösterir.
- Transkraniyal Manyetik Stimülasyon korteks reaktivitesini değerlendirebilir.
- Hipereksitabiliteyi belirlemek tanı ve tedavi stratejilerini iyileştirebilir.
Çalışmanın Amacı
- Epilepsi hastalarında korteks hipereksitabilitesini değerlendirmek.
- Hipereksitabilitenin anormal bağlantı ile ilişkisini belirlemek.
- Epilepsi jeneratör devrelerinin terapötik hedeflenmesi için olan etkileri keşfetmek.
Kullanılan Yöntemler
- Dinlenme durumu fonksiyonel bağlantı analizi.
- MRI rehberliğindeki transkraniyal manyetik stimülasyon.
- Eşzamanlı EEG kaydı.
- Fonksiyonel bağlantı haritalarının yapısal görüntülere bindirilmesi.
Ana Sonuçlar
- Belirli beyin bölgelerinde korteks hipereksitabilitesine dair kanıtlar.
- Bağlantıya dayalı olarak serebral uyarılabilirlikte farklılıkların belirlenmesi.
- Epilepsi jeneratör devrelerini terapötik olarak hedefleme potansiyeli.
- Bulgular epilepsi mekanizmalarının anlaşılmasına katkıda bulunabilir.
Sonuçlar
- Korteks hipereksitabilitesi normal rutin EEG ile bile tespit edilebilir.
- Bu yöntem epilepsi ağı hakkında bilgiler sağlar.
- Sonuçlar TMS ve EEG'nin epilepsi tanısı ve tedavisinde kullanımını destekler.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This multimodal imaging and stimulation method enables biopharma R&D to assess cortical hyperexcitability in epilepsy models, supporting target validation by linking functional connectivity abnormalities to electrophysiological phenotypes. It provides a mechanistic de-risking tool for evaluating circuit-level excitability changes in preclinical and translational studies, particularly for neuropsychiatric indications where network hyperexcitability is a putative driver of disease. The approach enhances predictive confidence in target selection by demonstrating causal relevance of connectivity alterations to pathophysiological states.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by testing whether regions with abnormal resting-state connectivity exhibit causal hyperexcitability via TMS-EEG perturbation.
- Operational Value: Enables biological de-risking of targets by establishing whether connectivity changes correlate with measurable electrophysiological dysfunction in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems with quantified TMS-evoked EEG responses as a standardized assay for screening compounds that modulate cortical excitability.
- Operational Value: Supports assay reproducibility through MRI-guided targeting and ICA-based artifact removal, enabling reliable longitudinal or cross-condition comparisons.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates disease relevance by showing that abnormal TMS-evoked activity co-localizes with seizure-onset zones, supporting continuity from connectivity biomarkers to pathophysiological circuits.
- Operational Value: Facilitates risk-adjusted advancement decisions by providing a translatable readout of circuit hyperexcitability that can be monitored across discovery to preclinical stages.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum by first identifying aberrant networks via rs-fcMRI, then probing their causal excitability using TMS-EEG, and finally validating target engagement through normalization of abnormal late components in evoked potentials.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by determining whether functionally connected regions exhibit pathogenic hyperexcitability, clarifying network-level mechanisms in epilepsy models.
- Screening: Enables assay readiness through standardized TMS pulse application and ERP quantification, allowing assessment of compound effects on cortical reactivity.
- Analytics: Generates quantitative dependent variable measurements (e.g., latency and amplitude of late TMS-evoked potential components) that enable statistical comparison between disease and control states.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by demonstrating spatial colocalization of abnormal TMS-evoked activity with epileptogenic zones, supporting biomarker-aligned target validation.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for probing circuit excitability across neuropsychiatric indications, not limited to single-use experimental validation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by linking connectivity abnormalities to causal electrophysiological phenotypes, reducing mechanistic ambiguity in neuropsychiatric target selection.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through neuronavigation-guided TMS, fixed inter-pulse intervals, and multi-stage ICA artifact correction.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling early detection of circuit hyperexcitability, even when routine EEG is normal, thereby reducing late-stage biological risk in CNS programs.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by identifying targets whose modulation normalizes pathological excitability, informing capital allocation toward mechanistically de-risked candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurophysiology, TMS safety protocols, EEG acquisition, and multimodal image coregistration.
- Depends on neuronavigation systems, TMS coils compatible with simultaneous EEG, and high-density EEG caps to minimize artifacts.
- Necessitates cross-team standardization between imaging, stimulation, and electrophysiology teams to ensure consistent target selection and data interpretation.
- Involves adaptation considerations when applying to different model systems, as head size, coil positioning, and ICA parameters may require optimization across species or strain.
- Includes practical limitations such as susceptibility to movement artifacts, inter-individual variability in skull conductivity, and the need for careful subject screening to exclude contraindications to TMS.
