JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Divulgaciones
Acknowledgements
Materials
Referencias
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicina

Сетевой анализ овального электродных Recordings в устойчивых к лекарственным средствам височная эпилепсия пациентов

Published: December 18, 2016
doi:
10.3791/54746
, , , , ,
1Neurosurgery & National Reference Unit for the Treatment of Refractory Epilepsy,Instituto de Investigación Sanitaria Hospital de la Princesa, 2Clinical Neurophysiology & National Reference Unit for the Treatment of Refractory Epilepsy,Instituto de Investigación Sanitaria Hospital de la Princesa, 3CONICET

Summary

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.

Abstract

Примерно у 30% больных эпилепсией резистентны к АЭП. В этих случаях, хирургическое вмешательство является единственной альтернативой для устранения судорог / контроля. Тем не менее, значительное меньшинство пациентов продолжает демонстрировать послеоперационные припадки, даже в тех случаях, в которых подозреваемый источник припадков правильно локализованными и резецированных. Протокол, представленные здесь сочетает в себе клиническую процедуру обычно применяемого при предоперационной оценке височная эпилепсия (TLE) пациентов с новой методики для анализа сети. Метод позволяет для оценки временной эволюции медиальных параметров сети. Двусторонняя вставка овального электродов (ДЗ) в окружающую цистерну одновременно регистрирует electrocortical активность в нескольких медиальных областей в височной доле. Кроме того, методология сети применяется к записанному временных рядов отслеживает временную эволюцию медиальных сетей как interictally и во времяприпадки. Таким образом, представленный протокол предлагает уникальный способ визуализации и количественной оценки мер, которые рассматривает отношения между несколькими медиальных областей вместо одной области.

Introduction

Эпилепсия является отключение болезнь, которая затрагивает 1 – 2% населения земного шара. В большинстве случаев, судороги – отличительными чертами эпилепсии – могут полностью контролироваться или упразднены с противоэпилептическими препаратами. Тем не менее, около 30% патентов эпилепсией резистентны к медикаментозной терапии. В наиболее распространенный тип эпилепсии, височная эпилепсия (TLE) 1, к счастью операция является реальной альтернативой для улучшения состояния пациента. Результаты мета-анализа показывают , что почти две трети больных TLE лекарственной устойчивостью являются захват свободных в течение первых двух-трех лет после операции resective 2,3, хотя эта доля варьируется в зависимости от нескольких факторов, в первую очередь, тип гиппокампа склероз 2. Важным шагом для достижения успешного результата является точной локализации так называемого эпилептического очага, области коры, ответственный за образование припадков, который, как правило, находится в Mesiaл площадь височной доли. Тем не менее, даже в тех случаях, когда эпилептический фокус правильно идентифицированы и резекции во время операции, значительное меньшинство пациентов либо остается с послеоперационными припадков или должны быть помещены под строгим лечения противоэпилептических лекарственных средств для контроля судорог. Таким образом, новая перспектива не возникло, в котором внимание больше не сосредоточены исключительно на изолированных районах, а не корковых взаимодействий в настоящее время составляют фундаментальную проблему. Такой подход "сеть" основана на концепции Коннектом 4, которая акцентирует внимание на нервных связей между различными областями , а не выделяя роль разобщенным структур. Эта новая парадигма была найдена в теории графов, математической основы, посвященной изучению топологических и статистических свойств графов, соответствующий инструмент, чтобы выразить свои основные выводы. В соответствии с этой точки зрения, мозг рассматривается как совокупность узлов, соединенных линиями связи <suр> 5-9 таким образом, что узлы представлены корковые области , охватываемые электродами и связи между ними определяются степенью синхронизации. Таким образом, этот сетевой подход был использован при анализе инвазивных записей электродов и предоставил новую информацию для содействия пониманию основного механизма генерации и распространения припадков.

Среди многих инвазивных нейрофизиологических методов обычно используемых в большинстве эпилепсией центров по всему миру, овальное отверстие электрода (ДЗ) особенно примечательно. ДЗ является полу-инвазивный метод , потому что нет никакой необходимости , чтобы выполнить трепанацию черепа, что снижает хирургии осложнений , связанных с 10. Кроме того, расположение FOE в окружающем цистерну 11 делает их особенно удобными для записи мезиальном активности от нескольких корковых структур , вовлеченных в судорожной генерации и распространения, таких как энторинальной коре. Таким образом, его использование, так какего внешний вид широко распространен в предоперационной оценке больных TLE с лекарственной устойчивостью. Традиционно, этот метод используется для определения раздражающей активности в виде интериктальных эпилептогенных спайков и острых волн, и что еще более важно, чтобы точно определить площадь мезиальном приступов начала.

Новое определение , предложенное от Комиссии по классификации и терминологии Международной лиги борьбы с эпилепсией (ILAE) предполагает , что судороги происходят в некоторой точке в пределах конкретных сетей 12. Кроме того, некоторые исследования показали , что припадки вызваны аномальной сетевой активности , а не изолированной патологической области 13-16. Очевидно, что эта новая перспектива требует повторного анализа ранее полученной информации с использованием новых численных методов, таких как комплексная методология сети. Хотя практическое применение этих анализов еще начинающегося в клинической практике, несколько научных исследований продемонстрировали своюзначение 13-17.

Протокол, описанный ниже, является сочетание клинической практике обычно выполняемой на больных эпилепсией TLE с лекарственной устойчивостью с новой методики анализа сети. Метод позволяет для оценки временной эволюции медиальных параметров сети. Двусторонняя вставка FOE в окружающую цистерну одновременно регистрирует electrocortical активность в нескольких медиальных областях височных долей. Сетевой подход применяется к времени записи серии отслеживает временную эволюцию медиальных сетей как interictally и во время судорог. Таким образом, представленный протокол предлагает уникальный способ визуализации и количественной оценки мер, которые рассматривает отношения между несколькими медиальных областях.

Protocol

В протоколе, описанном ниже, пункты 1, 2 и 3 принадлежат как научно-исследовательских и клинических протоколов, которые оба строго следуют от каждого кандидата мезиальном TLE для иссечения хирургии выбранной только по клиническим критериям. Шаги 4 и 5 принадлежат исключительно к протоколу исследования. Обе процедуры в соответствии с руководящими принципами Комитета по этике больницы де-ла-Принцеса. 1. Процедуры предимплантационной Объяснить экспериментальные процедуры для участника, указав, какие точки соответствуют исследования и какие из них применимы к клинической практике, отметив, что процедура исследования никоим образом не модифицируя клиническую процедуру. Обратите особое внимание на разъяснение потенциальных рисков хирургической имплантации электродов. Получить подписано информированное согласие участника. Для всех кандидатов на резекцию хирургии, выполнить дохирургической неврологического и нейропсихологического EXAмены 18. Оценка пациента путем межприступном однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) с 99 Tc-HmPAO, магнитно – резонансная томография (МРТ) 1.5 T и видео-электроэнцефалографии (v-EEG) с использованием 25 скальпа электродов в соответствии с 10 – международной системы 20 и Модсли – х протокол 18. Во время предоперационного пребывания записи v-EEG, постепенно сужаются противоэпилептических препаратов со второго дня на четвертый день (примерно одна треть дозы в сутки). 2. Имплантация процедуры (хирургия) Администрирование противоэпилептических препаратов до операции, а также выполнять операцию под общим наркозом (3 мг / кг пропофола болюса, а затем 0,2 – 0,3 мг / кг фентанила и 0,5 мг / кг рокурония). Вставьте две шесть контактных недруги с 1 см дистанции от центра до центра на двусторонней основе в окружающих цистернами с использованием техники Киршнера 19. Поместите пациента Oп операционный стол в положении лежа на спине, с шеи мягко продлен на 15 градусов. Готовят щеку пациента с раствором йода, начиная с участка разреза и кружась наружу, и драпировка области непосредственно вокруг участка разреза. Прокол кожи с 20- го калибра спинальной иглы в соответствии с достопримечательностями Härtel в 20: точка входа примерно 3 см латеральнее ипсилатеральной стороне полости спайки по направлению к точке немедленно уступает ипсилатеральной ученика в передне-задней плоскости и точкой примерно 2,5 см впереди наружного слухового прохода в латеральной плоскости. Продвигайте иглу к области овального отверстия под флуороскопа. С помощью боковой вид, предоставляемые рентгеноскопии изображений, чтобы определить положение кончика иглы. Когда игла проходит овальное отверстие, удалите стилет, замените его с электродом, и продвигать его в окружающую цистерну (рис 1А </сильный>). Оценка правильной имплантации рентгеноскопии визуализации в операционной комнате 21; это очень важно, чтобы исключить проникновение в отверстий основания черепа, таких как нижней глазничной щели (расположенной впереди от овального отверстия) и яремной отверстия (расположенных кзади от него). Такая неуместная канюляция потенциально может привести к серьезным травмам 22 нейрососудистых. После того, как электроды правильно расположены в окружающих цистернами, закрепите их на кожу с драпировками. Просыпайтесь пациента, и привести его или ее в комнату восстановления. 3. Приобретение Foe Recordings Возвращение пациента в комнату v-EEG для пребывания около 5,2 ± 2,4 дней (среднее ± стандартное отклонение). Поместите 19 электродов в соответствии с международной системой 10-20. Измерьте расстояние между Насьон (переносице) и ИНИОН (затылочного бугра) с помощью измерительной ленты, А.Н.d знак с маркером средняя точка (место нахождения электрода Cz). Измерьте и отметьте точку 10% от расстояния над Насьон (место нахождения электрода FPZ). Повторите ту же процедуру для затылочного бугра (место нахождения электрода Оз), маркировка расстояний 20% от Cz в обоих направлениях Насьон и ИНИОН (местах расположения электродов Fz и PZ, соответственно). Измерьте расстояние между двумя точками преаурикулярным, и отметьте расстояний на 10% выше левого и правого преаурикулярным точек (Т3 и Т4 электродов, соответственно). Затем, отметьте расстояние 20% выше как Т3 и Т4 в направлении Cz, чтобы получить местоположение C3 и C4. Создайте окружность с помощью измерительной ленты, чтобы связать FPZ и Оз на 5% расстояния выше обоих электродов в FP1 (слева) и FP2 (справа) в передней части и на О1 (слева) и O2 (справа) в задней части. В той же окружности, добавляют 10% от расстояния вверх в направлении к инион ОСТайн позиции F7, добавить 10%, чтобы достичь T3 (он должен быть расположен выше линии между преаурикулярному точками), и добавить еще 10%, чтобы получить T5 (O1 электрода). Отметить каждую позицию электрода и повторите ту же процедуру для правой (даже) электродов. Измерьте и отметьте пересечение (F3 электрода место нахождения) на полпути между F7 и Fz и 20% от расстояния вверх от Fp1 в направлении F3. Повторите этот процесс в каждом квадранте головы, чтобы получить F4 (переднее правое положение), P3 (задняя левая позиция) и P4 (задний левый положение). Очистить и высушить кожу. Поместите умеренное количество коллодия с проводящим гелем в каждой чашке электрода, и расположить электроды в областях нацелен. Сушат коллодия с феном. Подключите все электроды (скальпа и недруги) по проводам к блоку электрода, который уже подключен к электроэнцефалографиста. Убедитесь в том, что электродные сигналы хороши, и убедитесь, что кожа головы электроды Impeтанцы в возрасте до 10 кОм с использованием электроэнцефалографист. Приобретать цифровой кожи головы электроэнцефалограммы (EEG) данных и данных FOE при 1,024 Гц с использованием синхронизированного электроэнцефалографист (V-EEG), и фильтровать данные с использованием полосового фильтра в диапазоне 0,5 – 100 Гц и фильтр Notch (50 Гц) с электроэнцефалографиста. Постепенное удалить противоэпилептических препаратов со второго на четвертый день (примерно одна треть дозы в сутки), чтобы увеличить вероятность судорог. Этот шаг зависит от конкретного лекарственного рецепта каждого пациента. Используйте оба Межприступная пароксизмальной и Иктальная деятельность приблизительно определить местонахождение ictogenic области, идентифицируя электроды / канал , где появляются эпилептогенной элементы 23, в том числе медленных волн комплекса, polyspikes, пробегов быстрых пиков, острых волн, острыми и-замедляющей комплекса , медленные волны, острые шипы и шипованные и медленные волны. Запишите времена приступов начала и конца, а такжеу других клинических признаков или явления, имеющие отношение к изучению. Существует отображение один к одному между расположением электродов в голове пациента и головной модели в программном обеспечении, которое EEG позволяет идентифицировать анатомически, где появляется эпилептогенной активности. Когда исследование закончено, удалите недругам на блоке V-EEG, осторожно потянув их в то время как во рту пациента остается приоткрыл. Не систематически выполнять визуализацию после удаления ДЗ, за исключением случаев, когда появляются неврологические симптомы. В таких случаях выполняют срочную компьютерную томографию (КТ). 4. ДЗ Сигнал Препроцессирование Экспорт данных , хранящихся на электроэнцефалографиста при 200 Гц в формате ASCII в эпохи , подходящих для численного анализа приблизительно 30 мин судорожной активности (уже были определены экспертом нейрофизиолог) (Рисунок 1С). Избегайте эпох, содержащие артефакты, такие как насыщенные электрической активности, мышечной активности, и еlectrode смещения. Откройте экспортированные файлы с помощью любого редактора потока UNIX, и удалить все не-цифровых символов из экспортируемых файлов данных, оставляя только временные метки и напряжения канала. Сохраните измененные файлы для дальнейшего численного анализа. Примечание: С этого момента, выполнять все расчеты с использованием пакетов R из репозитория R или самодельных кодов (таблица 1). Использование R программного обеспечения, установите необходимые пакеты R, и загрузить измененные файлы данных в среде R. Заказать все каналы, назначение каждого из них в определенный столбец массива, который содержит все данные, исключая пустые каналы и ссылки на них в среднем ссылкой средней линии (Fz + Cz + Pz) / 3. С помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье (R функции: FFT) и построить результирующую переменную для проверки эффективного удаления частоты линии (приблизительно 50 Гц). Использование частотной области для фильтрации другой паразитный фрequencies, которые могут загрязнять сигналы. Преобразование загруженных данных в многомерном объекте временных рядов (МТС) из 28 колонн – 16 головы и 12 недруги – с помощью функции R ц. Разделите мтс объект в непересекающихся временных окнах каждые 5 секунд (1000 точек данных при 200 Гц) , чтобы уменьшить размер файла и оптимизировать время вычислений. 5. Расчеты после обработки (Комплексная Сетевой анализ) Примечание: Вычислить меры, описанные ниже в каждом временном окне, начиная с 5 мин до начала приступа (60 окон) и заканчивающийся через 5 минут после начала приступа (60 окна), с целью визуализации временной эволюции. Вычислить одномерные меры, спектральная мощность, возбудимость и спектральной энтропии для каждого отдельного столбца / канала без учета корреляций между различными временными рядами. Вычислить возбудимость (S) для каждого Voltage деятельность временных рядов , используя самодельный код в соответствии с уравнением , предложенным Schindler 24 (см дополнительный файл). S> 2.5 считается эпилептогенный, эмпирически установленного порога 17,25,26. Для каждого временного ряда деятельности, расчета спектральной плотности мощности, используя самодельный код для Delta (> 0,5 Гц и <4 Гц), тета (4 – 7 Гц), Alpha (7 – 14 Гц), бета (14 – 30 Гц ) и Gamma (> 30). Расчет энтропии Шеннона с самодельным кода с использованием спектральной плотности мощности каждого временного ряда вместо соответствующего времени вероятность серии. Среднее значение на основании отдельной спектральной энтропии (SE) значения, полученные для каждого канала над набором электродов. Энтропия Шеннона объясняется в дополнительном файле. Примечание: Уменьшение SE должно быть истолковано как уменьшение количества частот спектра, поскольку СЭ является энтропия спектра. Сетевые меры НЕE: В этом разделе дается оценка взаимодействия между различными временными рядами электродов. Вычислить функциональную связь между каждой парой времени напряжения серии в каждом временном окне, используя абсолютное значение линейного коэффициента взаимной корреляции, рассчитанными по нулевой задержкой (R функции: CCF). ПРИМЕЧАНИЕ: Для устранения нерепрезентативного значения синхронизации, установить пороговый уровень , основанный на предыдущих исследованиях 17,25,26. Использование порогового значения 0,5 в данном конкретном случае. Установите R пакет igraph 27. Создание объекта igraph из матрицы смежности (функция R: graph.adjacency). С помощью корреляционной матрицы, полученной на предыдущем шаге, указав, что граф является взвешенным и неориентированный. В каждом временном окне вычислить среднюю длину пути (APL) (R функция average.path.length) для всей сети (скальпа + ДЗ), и для каждого из четырех суб-сетей: левой, правой кожи головы кожу головы, левый Foe и правый ДЗ. В еxactly таким же образом, вычислить плотность ссылок (DOL) (R функция: graph.density), модульность (Mod) (R функция: модульность) и средний коэффициент кластеризация (ACC) (R функция: транзитивность). Повторите предыдущие шаги 5.2.1 через 5.2.3 с помощью фазовой синхронизации (самодельный R – код) в качестве оценки функциональной связности вместо функции взаимной корреляции. Для представления размерных эффектов в переменной изменений, вычислить стандартизированное среднее различие (SMD) (функция R из пакета MBESS: СМД), между preictal и иктальных этапах, а также между preictal и Постиктальная этапов. Принимая preictal в качестве базовой линии, выберите тридцать секунд (6 значений) за пять минут до захват началом знака, как preictal значение. Подобное временное окно 30 с могут быть выбраны во время захвата для того, чтобы количественно оценить изменения, уважение к preictal стадии, с помощью SMD. <lя> Подобным же образом, через 5 мин после изъятия заканчивается, выберите временное окно 30 с для того, чтобы количественно оценить изменения во Постиктальная стадии (в отношении к preictal стадии).

Representative Results

Окончательное положение неприятель находится в окружающем цистерну, как видно в осевом , так и сагиттальной МРТ (рис 1А верхние панели). Контактами ДЗ звукозаписывающей электрической активности от нескольких медиальных структур височной доли (рис 1A нижней панели). После операции (Фигура 1В на левой панели), пациент отправляется в комнату видео-EEG, где кожа головы электроды расположены в соответствии с 10 – системы 20 (Фиг.1В справа). Во время пребывания в комнате видео-ЭЭГ, пациент находится под постоянным контролем, сохраняя для дальнейшего анализа кожи головы и Foe записей, а также видео и жизненно важных констант. Типичное сырье кожи головы и FOE сигналы (рис 1C) показывают появление приступа в левой FOE и его распространения на кожу головы и правой Foe контактов. Представление эпилептогенной активности, используявозбудимость (S) (рисунок 2) , соответствующие сырьевому записи ЭЭГ с фиг.1С, при переходе от preictal к иктальных и Постиктальная периодов. Изъятие начало отмечен сплошной вертикальной линией и времени (ось х) отнесены к этой точке. Значение S (возбудимости)> 2.5 представлена раздражающее или эпилептогенной активности 17,25,26. Более высокая возбудимость (красноватые цвета) появились во-первых, с высокой интенсивностью на левых контактах Foe (LFOE). Этот результат согласные с левой медиальной височной эпилепсии, как сообщил эксперт нейрофизиолог. Временная динамика нескольких мер сети, а также спектральная энтропия (рис 3) при переходе от preictal к иктального и послеприпадочный этапов, соответствующих одному и тому же захвату показанной на фиг.1C и 2. Изъятие начало отмечен сплошной VERTIкал линии и времени (ось х) называются к этой точке. В этом случае сеть была построена на весь набор электродов, в том числе как головы и недругов. Значения DOL и АКК были выше, во время судорог, при уменьшении АПЗ и Mod, что предполагает увеличение общего подключения. В этот период также наблюдались и устойчивой после возбудимость (пунктирные вертикальные линии) исчезает более низкие уровни SE. Анализ сетевых мер АКК, DOLS и APL и SE для каждого FOE (справа и слева) (рисунок 4) при переходе от preictal к иктальных и Постиктальная этапов. Изъятие начало отмечен сплошной вертикальной линией и времени (ось х) отнесены к этой точке. Эволюция этих мер соответствуют одному и тому же захват фиг.1, 2 и 3. Ипсилатеральная (слева) мезиальная ACC, DOLS и APL представлены более ранние и более высокие, чем изменения contralateral ценности, которые можно было бы объяснить расположения зоны захват началом в левой височной доле. В этом случае моделирование не может быть вычислено, потому что никакие подразделения не были доступны. Представитель видео функциональной связности (рис 5) в течение того же захвата на фиг.1, 2, 3, 4 и представляет собой критическое изменение только после захвата начала (Time 0). В этой точке соединения между всеми электродами резко возрастает, как это можно видеть по увеличению числа звеньев и толщины (интенсивность), что ребра. Это увеличение начинается между левым FOE в момент времени 0,1 и 0,2, и распространяется на контралатеральной стороне до достижения всей сети. быстрое преобразование Фурье 4.3 (Статистика пакет) Вычисляет быстрое преобразование Фурье Трansform сигнала. Т.С. 4.4 (Статистика пакетов) Создает многомерный временных рядов объект (МТС). Должна быть обеспечена частота дискретизации. Возбудимость 5.1.1 (домашнее) функция , основанная на дифф функции R. Вычисляет абсолютное значение наклона сигнала, а затем нормализовать его на стандартное отклонение короткого базового периода. должен быть обеспечен пороговый уровень. Спектральная плотность мощности и спектральное Энтропия 5.1.2 (Самодельный) функция , основанная на спектра и энтропии R функций. Подсчитать нормированный спектр мощности и энтропии Шеннона нормированного спектра мощности CCF 5.2.1 (Базовый пакет) вычисляет линейную кросс-корреляции объекта МТС с помощью корреляции Пирсона при нулевой задержкой, генерации корреляционной матрицы. Абсолютные значения должны быть Расчитатьованные. graph.adjacency 5.2.2 (Igraph пакет) Создает igraph граф, основной объект, используемый следующими функциями igraph average.path.length 5.2.3 (Igraph пакет) определяет среднюю длину пути графа, путем вычисления среднего числа шагов вдоль кратчайших путей через все узлы сети. graph.density 5.2.3 (Igraph пакет) Вычисляет плотность связей графа путем вычисления соотношения между фактическим числом звеньев и всех возможных звеньев сети. модульность 5.2.3 (Igraph пакет) Определяет модульность графика, с помощью вычислительной техники, какие группы узлов более связаны между собой, чем с другими узлами сети транзитивность 5.2.3 (Igraph пакет) Определяет средний коэффициент кластеризации графа, путем вычисления доли соседних узлов, которые также соседи друг от друга Фазовая синхронизация 5.2.4 (домашнее) функция , основанная в FFT функции R , который вычисляет среднюю последовательность фаз , чтобы получить значения между нулем и единицей СМД 5.3 (MBESS пакет) определяет стандартное среднее различие -size effects- путем вычисления разницы в среднем между группами по отношению к совокупной разности Таблица 1: R функции , используемые для обработки данных. Рисунок 1: овального электроды. (A) Итоговое положениеДЗ в окружающую цистерну. Верхние панели показывают осевое (слева) и сагиттальной (справа) МРТ изображения, показывающие недруга контакты расположение (белые стрелки). А человека образца (трупных) со вставленным FOE (нижняя панель, контакты, отмеченные белыми стрелками). (B) ДЗ и волосистой части головы электроды установки. Пациенты голову сразу после вставки ДЗ хирургии (левая панель) и во время пребывания видео-ЭЭГ (правая панель). (C) FOE и скальп записи. Комплекс частичного изъятия от левого пациента TLE (5 мин до и после начала приступа). RFOE1-RFOE6 выступает за правый ДЗ # 1 до # 6 и LFOE1-LFOE6 означает левый ДЗ # 1 до # 6. Изъятие начало характеризуется вертикальной красной линией и белой головкой стрелки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Рисунок 2: Представление комплекса Частичное захватом от пациента Левый TLE количественно возбудимости. Цветовая гамма квантифицирует уровень возбудимости (S) для каждого электрода. Овального электрод правый отверстие (RFOE) и левого овального электрода (LFOE) представляют контакты правого и левого овального электроды (ось у), соответственно. Ось Х обозначает время (в мин) по сравнению с захватом начало (толстая вертикальная линия), как определено экспертом нейрофизиолог. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Рисунок 3: Вся сеть (скальпа + ДЗ) Меры , из того же пациента и одну партию на рисунке 2. Коэффициент средней кластеризация (ACC), средняя длина пути (APL), Плотность ссылок (DOLS), модульность (Mod) и спектральной энтропии (SE) для всей сети (скальпа + ДЗ) представлены. Вертикальные пунктирные линии представляют возбудимость (S). Ось абсцисс отмечает время, по сравнению с захватом начало (толстая вертикальная сплошная линия). Скользящее среднее по десяти последовательных окон представлен толстой сплошной черной линией. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Рисунок 4: Мезиальный Меры того же пациента на рисунке 2 и 3. Средний коэффициент кластеризации (ACC), средняя длина пути (APL), плотность соединений (DOLS) и спектральной энтропии (SE) для левого и правого отверстия овального электроды (недругов). Вертикальные пунктирные линии обозначают возбудимость. Ось Х обозначает время относительно Seizure начало (толстая вертикальная сплошная линия). Скользящее среднее по десяти последовательных окон представлен толстой сплошной черной линией. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Рисунок 5: Динамика подключения паттерна во время сложных парциальных припадка. Интенсивность ссылки представлена ​​толщины кромок. Времена (нижние номера) по отношению к судорожной начала (Time 0). Каждый кадр 5 сек долго. Левая и правая Foramen электроды овального (L1-L6 и R1-R6) представлены коралловыми и синими кругами, соответственно. Левая и правая скальп электроды представлены оранжевыми и бирюзового кругов соответственно. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы гownload этот фильм.

Discussion

Традиционно, эпилепсия был изучен при подходе зонально-ориентированной, что изолированные важность конкретных областей, по существу, в судорожной началом зоны, как уникальная причина судорог. Совсем недавно, настоящий сетевой подход , который подчеркивает важность взаимодействия между областями коры было отдается предпочтение по сравнению с классической точки зрения 13-17,28 зонально-ориентированной. Тем не менее, в настоящее время совокупность доказательств эпилепсии как болезни сети все еще сильно фрагментирован, и необходимы дополнительные исследования. Настоящая работа направлена ​​на повторный анализ данных, полученных традиционными методами, как недруга, в рамках комплексного сетевого подхода. Протокол, представленные здесь описывает шаг за шагом методологической процедуры для выполнения сложной сети и спектральный анализ полу-инвазивными записей у больных TLE.

Применение описанной выше методики продемонстрировал полезность сетевого подхода по сравнению с более традиционными LOCобобщенными или зон, ориентированных на перспективы. В недавних работах 17,29 было показано , что, используя ту же самую процедуру , как описана здесь, дисбаланс в медиальной связи в тугоплавких больных TLE очевидна. Мезиальный связность уменьшается в той же стороне , как во время интериктальных 29 и иктальных 17,29 этапов. Этот результат не мог ожидать, глядя исключительно на тех областях, где возникает эпилептогенной активности. Это как – то неожиданный результат также был описан с использованием сетевых теорий на 30,31 сигналов МРТ. Кроме того, применение комбинированного метода теории сетей ДЗ + показал эквивалентность мезиальном активности во время припадков и под действием промотора эпилептогенной активности, как это фармакологическое введение этомидата 32.

Техника, описанная здесь, способна обнаруживать Мезиальный сети дисбаланс в коротких интериктальных записей продолжительностью не более одного Oг два часа 29. Таким образом, резкое сокращение времени анализа и пациента в стационаре может быть достигнута. Кроме того, с терапевтической точки зрения, существующий дисбаланс у больных TLE может быть "решена" с помощью хронически вживленных (нейрохирургами) устройств, столько же, сколько, как это делается в глубокой стимуляции мозга.

Для получения оптимальных результатов с использованием информации, представленной в данном протоколе, некоторые вопросы следует рассмотреть заранее. Во-первых, имплантация электродов должна производиться опытным нейрохирургом, потому что их неправильное расположение может привести к серьезным неврологическим последствиям и вводящие в заблуждение записи. Кроме того, выбор соответствующих эпох для дальнейшего анализа опирается исключительно на интерпретации нейрофизиолог в сырьевой ЭЭГ; Таким образом, опыт клинического анализа ЭЭГ является обязательным. Формат данных экспортируемых файлов из электроэнцефалографа зависит от Partiлярных бренда; следовательно, хорошие навыки программирования необходимы для адаптации сценариев в разные форматы данных. Наконец, для обеспечения достоверности данных, контроля качества должны быть применены к результатам. Переоценка и ложных срабатываний, вероятно, появляются при работе с большим количеством корреляций. В таких случаях статистические методы для повышения чувствительности следует использовать. В связи с этим, важно установить порог в корреляции отбрасывать ценности, которые не представляют истинной основной синхронизации. Таким образом, в этом протоколе, ребро между узлами I и J будут рассматриваться только существовать , если абсолютное значение корреляции между этими узлами больше , чем 0,5, критерий ранее использовали 17,26. Другие пороговые значения в диапазоне от 0,2 до 0,8, должны быть использованы для проверки аналогичных результатов и для обеспечения плавного перехода от одного порога до следующего порога. В дополнение к порогам, другой methodologieы могут быть использованы для получения надежных результатов, таких как коррекция Бонферрони или суррогатного тестирования данных. Кроме того, при работе с данными ЭЭГ, важно иметь в виду, что сети мозга представляют собой сложные системы с нелинейной динамики; Поэтому, в дополнение к линейной корреляции, другие меры нелинейные синхронизации должны быть использованы для обеспечения качества результатов, таких , как взаимная информация или синхронизации 33 фаз.

Расчет соединения непосредственно с кожей головы электродов, так как он частично сделано в этой работе, влечет за собой определенные риски. Основной проблемой в остальном эффект загрязнения из-за объема проводимости, всегда присутствует с записью кожи головы. Одним из способов преодоления этой проблемы является работы источников пространства, привлекательной альтернативой, используемой многими исследованиями. Другой подход требует применения мер синхронизации, которая сводит к минимуму загрязнение амплитуды эффектов. С помощью фазовой синхронизации (также известный как фаза Locking Value) мы сводим к минимуму эффект объемной проводимости, как это было продемонстрировано в ряде работ 34.

Как и в других инвазивных нейрофизиологических методов, записи из FOE не могут быть получены из контрольной группы, а тот факт, что в значительной степени ограничивает использование определенных исследовательских протоколов. Данные из записей Foe предоставляют ценную информацию о медиальной височной активности 17,29,35, особенно в латерализации к эпилептогенной стороне у больных TLE 33. По сравнению с инвазивные методы, метод ДЗ является нетравматический для головного мозга и включает в себя довольно простых манипуляций, и его записи высокого качества в течение длительного периода времени 11. По сравнению с МРТ, FOE записей обеспечивают лучшее время разрешение electrocortical деятельности. Кроме того, многие возможности существуют, чтобы исследовать другие, чем те, которые используются в этой работе меры. Эти факты также увеличивают возможность анализа нескольких медико-биологических записейодновременно. Эти преимущества записей Foe в сочетании со сложной сетью и спектрального анализа делают этот метод является мощным инструментом для исследования с эпилепсией потенциального применения в клинической практике.

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа финансировалась за счет субсидий из Instituto де Salud Карлоса III, через PI10 / 00160 и PI12 / 02839, частично поддерживается FEDER и от Mutua madrileña. АС-G. является получателем докторантуру от Mutua madrileña. 3D моделирования были созданы с использованием программного обеспечения BioDigital Human ( www.biodigital.com ) и программное обеспечение ZygoteBody Professional (www.zygotebody.com)

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referencias

  1. Wiebe, S. Epidemiology of Temporal Lobe Epilepsy. Can J Neurol Sci. 27, 6-10 (2000).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Sporns, O., Tononi, G., Kotter, R. The human connectome: a structural description of the human brain. PLoS Comput Biol. 1, 42 (2005).
  5. Fornito, A., Zalesky, A., Bullmore, E. . Fundamentals of Brain Network Analysis. , (2016).
  6. 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).
  7. Rubinov, M., Sporns, O. Complex network measures of brain connectivity: uses and interpretations. Neuroimage. 52, 1059-1069 (2010).
  8. Boccaletti, S., Latora, V., Moreno, Y., Chavez, M., Hwang, D. -. U. Complex networks: Structure and dynamics. Phys Rep. 424, 175-308 (2006).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Wieser, H. G., Schwarz, U. Topography of foramen ovale electrodes by 3D image reconstruction. Clin Neurophysiol. 112 (11), 2053-2056 (2001).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Spencer, S. S. Neural networks in human epilepsy: evidence of and implications for treatment. Epilepsia. 43, 219-227 (2002).
  16. Bartolomei, F., et al. Pre-ictal synchronicity in limbic networks of mesial temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 61, 89-104 (2004).
  17. 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).
  18. Pastor, J., et al. Impact of experience on improving the surgical outcome in temporal lobe epilepsy. Rev Neurol. 41 (12), 709-716 (2005).
  19. Kirschner, M. Electrocoagulation des Ganglion Gasseri. Zentralbl Chir. 47, 2841-2843 (1932).
  20. Härtel, F. Über die intracranielle Injectionsbehandlung der Trigeminus neuralgie. Med Klin. 10, 582-584 (1914).
  21. Zampella, J. E., Brown, A. J., Azmi, H., Gandhi, D. C., Schulder, M. Percutaneous techniques for trigeminal Neuralgia. Handbook of Stereotactic and Functional Neurosurgery. , (2003).
  22. Franzini, A., Ferroli, P., Messina, G., Broggi, G., Nappi, G. Surgical treatment of cranial neuralgias. Handbook of Clinical Neurology. , (2010).
  23. Tatum, W. O., Husain, A. M., Benbadis, S. R., Kaplan, P. W. . Handbook of EEG interpretation. , (2008).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Csardi, G., Nepusz, T. The igraph software package for complex network research. InterJournal, Complex Systems. 1695 (5), (2006).
  28. Kramer, M. A., Cash, S. S. Epilepsy as a Disorder of Cortical Network Organization. Neuroscientist. 18 (4), 360-372 (2012).
  29. 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).
  30. Bettus, G., et al. Decreased basal fMRI functional connectivity in epileptogenic networks and contralateral compensatory mechanisms. Hum Brain Mapp. 30 (5), 1580-1591 (2009).
  31. Pereira, F. R., et al. Asymmetrical hippocampal connectivity in mesial temporal lobe epilepsy: evidence from resting state fMRI. BMC Neurosci. 11, 66 (2010).
  32. 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).
  33. Pastor, J., Sola, R. G., Ortega, G. J., Stevanovic, D. Hyper-Synchronization, De-Synchronization, Synchronization and Seizures. Epilepsy – Histological, Electroencephalographic and Psychological Aspects. , (2012).
  34. 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).
  35. Pastor, J., Sola, R. G. Utility of foramen ovale electrodes in temporal lobe epilepsy surgery. Recent Advances in Epilepsy. , 1-8 (2008).

Tags

Network AnalysisForamen Ovale ElectrodesTemporal Lobe EpilepsyEpileptic NetworkSynchronizationSemi-invasive MethodSphenoid BoneHartel’s LandmarksFluoroscopic GuidanceForamen Ovale Electrode (FOE)

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artículo
Sanz-García, A., Vega-Zelaya, L., Pastor, J., Torres, C. V., Sola, R. G., Ortega, G. J. Network Analysis of Foramen Ovale Electrode Recordings in Drug-resistant Temporal Lobe Epilepsy Patients. J. Vis. Exp. (118), e54746, doi:10.3791/54746 (2016).
Descargar cita
Reimpresiones y permisos

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image