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.
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.
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 <sup> 5-9 zodanig dat knooppunten worden vertegenwoordigd door de corticale gebieden die vallen onder de elektroden en het verband tussen hen worden gegeven door de mate van synchronisatie. Zo heeft dit netwerk benadering gebruikt bij de analyse van invasieve elektrode opnamen en aanvullende informatie verstrekt om het begrip van het onderliggende mechanisme van convulsies maken en propageren bevorderen.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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)
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 |