تحليل شبكة الثقبة البيضوية الكهربائي تسجيلات في الفص الصدغي الصرع المرضى المقاوم للأدوية
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
حوالي 30٪ من مرضى الصرع مستعصية على العقاقير المضادة للصرع. في هذه الحالات، حيث تكون الجراحة هي البديل الوحيد للقضاء على المضبوطات / سيطرة. ومع ذلك، لا تزال أقلية كبيرة من المرضى لعرض المضبوطات ما بعد الجراحة، وحتى في تلك الحالات التي يكون فيها مصدر يشتبه في المضبوطات وتم حصر ومقطوعة بشكل صحيح. بروتوكول المعروضة هنا يجمع بين الإجراء السريري يعملون بشكل روتيني خلال عملية التقييم قبل العملية من الفص الصدغي الصرع (TLE) المرضى الذين يعانون من تقنية جديدة لتحليل الشبكة. يسمح طريقة لتقييم التطور الزمني للمعلمات الشبكة إنسية. الإدراج الثنائي الأقطاب الثقبة البيضوية (FOE) في حوض المحيط يسجل في نفس الوقت النشاط كهربي في عدة مناطق إنسية في الفص الصدغي. وعلاوة على ذلك، منهجية شبكة تطبيقها على سلسلة زمنية تسجيل مسارات التطور الزمني للشبكات إنسية على حد سواء interictally وخلالالمضبوطات. في هذه الطريقة، وبروتوكول المعروضة يقدم طريقة فريدة لتصور وتحديد التدابير التي تعتبر العلاقات بين عدة مناطق إنسية بدلا من منطقة واحدة.
Introduction
الصرع هو مرض تعطيل يصيب 1-2٪ من سكان العالم. في معظم الحالات، والمضبوطات – بصمات الصرع – يمكن التحكم تماما أو إلغاؤها مع العقاقير المضادة للصرع. ومع ذلك، ما يقرب من 30٪ من براءات الاختراع الصرع مستعصية على العلاجات المخدرات. في النوع الأكثر شيوعا من مرض الصرع، ومرض الصرع الفص الصدغي (TLE) 1، لحسن الحظ الجراحة بديلا صالحا لتحسين حالة المريض. أظهرت نتائج التحليل التلوي أن ما يقرب من ثلثي المرضى TLE المقاوم للأدوية هي في 2-3 سنوات الأولى بعد الجراحة resective 2،3 خالية من الحجز، وعلى الرغم من أن هذه النسبة تتفاوت بين عدة عوامل، أبرزها، نوع الحصين التصلب 2. خطوة حاسمة لتحقيق نتيجة ناجحة لتوطين دقيقة من ما يسمى التركيز الصرع، والمنطقة القشرية المسؤولة عن توليد والمضبوطات، والذي يقع عادة في mesiaمنطقة لتر من الفص الصدغي. ولكن، حتى في الحالات التي تم التعرف التركيز الصرع بشكل صحيح ومقطوعة أثناء الجراحة، وهم أقلية كبيرة من المرضى إما لا يزال مع المضبوطات بعد العمليات الجراحية أو يجب أن توضع تحت العلاج صارمة المضادة للصرع المخدرات للسيطرة على النوبات. لذلك، برز منظور الجديد الذي لم يعد يتركز الاهتمام فقط على مناطق معزولة، يشكل التفاعلات بدلا القشرية الآن قضية أساسية. ويرتكز هذا النهج "الشبكة" في مفهوم connectome 4، والتي تركز الاهتمام في الوصلات العصبية بين مناطق مختلفة بدلا من تسليط الضوء على دور الهياكل مجزأة. تم العثور على هذا النموذج الجديد في نظرية الرسم البياني، إطارا الرياضية المكرسة لدراسة الخصائص الطوبوغرافية والإحصائية والرسوم البيانية، والأداة المناسبة للتعبير عن النتائج الأساسية. في إطار هذا المنظور، يعتبر الدماغ كمجموعة من العقد متصلة فيما بينها الروابط <sup> و5-9 بحيث العقد يتم تمثيل تعطى المناطق القشرية التي كتبها الأقطاب والروابط بينهما تغطيها درجة من التزامن. وهكذا، وقد استخدم هذا النهج الشبكة في تحليل التسجيلات الكهربائي الغازية، وقدمت معلومات جديدة لتعزيز فهم آلية الكامنة وراء جيل الحجز والنشر.
من بين العديد من التقنيات العصبية الغازية المستخدمة بشكل روتيني في معظم مراكز الصرع في جميع أنحاء العالم، الثقبة البيضية القطب (FOE) لافت للنظر بشكل خاص. FOE هو أسلوب شبه الغازية ليست هناك حاجة لإجراء حج القحف، مما يقلل من المضاعفات التي تعقب الجراحة 10. بالإضافة إلى ذلك، موقع FOE في حوض المحيط 11 يجعلهم مريحة وخاصة لتسجيل النشاط إنسي من العديد من الهياكل القشرية تشارك في توليد النوبات ونشر، مثل القشرة المخية الأنفية الداخلية. لذلك، واستخدامه منذمظهره على نطاق واسع في تقييم قبل الجراحة للمرضى TLE المقاوم للأدوية. تقليديا، يتم استخدام هذه التقنية لتحديد النشاط تهيجي في شكل المسامير المولدة للصرع النشبات وموجات حادة، والأهم من ذلك، إلى تحديد دقيق لمنطقة بداية الاستيلاء إنسي.
التعريف الجديد المقترح من لجنة التصنيف والمصطلحات من الجامعة الدولية لمكافحة الصرع (ILAE) تشير إلى أن المضبوطات تنشأ في مرحلة ما داخل معينة الشبكات 12. وعلاوة على ذلك، أظهرت العديد من الدراسات أن المضبوطات هي سبب نشاط الشبكة غير طبيعي بدلا من منطقة المرضية المعزولة 13-16. ومن الواضح أن هذا المنظور الجديد يتطلب إعادة تحليل المعلومات المكتسبة سابقا باستخدام الطرق العددية جديدة، مثل منهجية شبكة معقدة. على الرغم من أن الاستخدام العملي لهذه التحليلات لا يزال في مراحله الأولى في الممارسة السريرية، وقد أثبتت العديد من الدراسات أبحاثهمقيمة 13-17.
البروتوكول هو موضح أدناه هو مزيج من الممارسة السريرية تمارس بشكل روتيني على TLE مرضى الصرع المقاوم للأدوية مع تقنية جديدة لتحليل الشبكة. يسمح طريقة لتقييم التطور الزمني للمعلمات الشبكة إنسية. الإدراج الثنائي FOE في حوض المحيط يسجل في نفس الوقت النشاط كهربي في عدة مناطق إنسية من الفص الصدغي. نهج شبكة تطبيقها على سلسلة زمنية تسجيل مسارات التطور الزمني للشبكات إنسية على حد سواء interictally وأثناء النوبات. في هذه الطريقة، وبروتوكول المعروضة يقدم طريقة فريدة لتصور وتحديد التدابير التي تعتبر العلاقات بين عدة مناطق إنسية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تقليديا، تم دراسة الصرع تحت نهج موجه نحو منطقة، الذي عزل أهمية في مناطق معينة، أساسا منطقة الظهور الاستيلاء، والسبب فريد من المضبوطات. قريب جدا، وقد فضلت نهج الشبكة صحيح أن يؤكد على أهمية التفاعل بين المناطق القشرية خلال منظور موجه نحو منطقة الكلاسيكية 13-17،28. ومع ذلك، فإن الهيئة الحالية من الأدلة لعلاج الصرع كمرض الشبكة لا يزال مجزأ للغاية، وهناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث. ويهدف هذا العمل إلى reanalyze البيانات المقدمة من الأساليب التقليدية مثل FOE، في إطار نهج شبكة معقدة. بروتوكول المعروضة هنا يصف خطوة بخطوة الإجراء المنهجي لأداء شبكة معقدة والتحليل الطيفي للتسجيلات شبه الغازية في المرضى الذين يعانون TLE.
وقد أثبت تطبيق هذه التقنية المذكورة أعلاه فائدة نهج شبكة بالمقارنة مع الموضع أكثر التقليديalized أو وجهات نظر الموجهة للمنطقة. في الأعمال الحديثة 17،29 تبين أن، وذلك باستخدام نفس الإجراء كما هو موضح هنا، خلل في الاتصال إنسي في المرضى TLE الحرارية هو واضح. يتم تقليل الاتصال إنسي في الجانب المماثل على حد سواء خلال النشبات 29 و نشبي 17،29 مراحل. لا يمكن توقع هذه النتيجة من خلال النظر فقط في المناطق التي ينشأ النشاط مولدة للصرع. وقد وصفت هذه النتيجة مفاجئة الى حد ما أيضا باستخدام نظريات الشبكة على إشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي 30،31. وعلاوة على ذلك، فقد أظهرت تطبيق تقنية الجمع بين النظرية شبكة FOE + معادلة النشاط إنسي خلال المضبوطات وتحت تأثير مروج النشاط مولدة للصرع، كما هو الحال في الإدارة الدوائية للإيتوميدات 32.
تقنية الموضحة هنا هي قادرة على اكتشاف الخلل شبكة إنسي في التسجيلات النشبات قصيرة الأمد في معظم س واحدص ساعتين 29. وبهذه الطريقة، يمكن تحقيق انخفاض كبير في وقت التحليل والإقامة في المستشفى للمرضى. وبالإضافة إلى ذلك، من منظور علاجي، والخلل القائم في المرضى TLE يمكن "حل" باستخدام مزروع مزمنة (عن طريق الأعصاب) الأجهزة، بقدر ما الطريقة التي يتم القيام به في التحفيز العميق للمخ.
للحصول على أفضل النتائج باستخدام المعلومات الواردة في هذا البروتوكول، وينبغي النظر في بعض القضايا مقدما. أولا، يجب أن يتم تنفيذ زرع أقطاب كهربائية عن طريق الاعصاب ذوي الخبرة بسبب وضعهم غير صحيح يمكن أن تنتج عواقب عصبية حادة والتسجيلات مضللة. وعلاوة على ذلك، واختيار من العهود المناسبة لمزيد من التحليل تعتمد كليا على تفسير neurophysiologist من التخطيط الدماغي الخام. لذا، والخبرة في تحليل EEG السريري إلزامي. تنسيق البيانات من الملفات التي تم تصديرها من مخطاط كهربية الدماغ يعتمد على حزبالعلامة التجارية دائرية. وبالتالي، هناك حاجة إلى مهارات البرمجة الجيدة على التكيف مع البرامج النصية إلى صيغ البيانات المختلفة. وأخيرا، لضمان موثوقية البيانات، ينبغي تطبيق ضوابط الجودة على النتائج. ومن المرجح أن تظهر عند العمل مع عدد كبير من الارتباطات المبالغة وايجابيات كاذبة. في مثل هذه الحالات، الأساليب الإحصائية لتحسين وينبغي أن تستخدم حساسية. في هذا الصدد، من المهم تحديد عتبة في الارتباط إلى تجاهل القيم التي لا تمثل تزامن الحقيقية الكامنة. وهكذا، في هذا البروتوكول، على الحافة بين العقد i و j سوف ينظر فقط في الوجود إذا كانت القيمة المطلقة للعلاقة بين هذه العقد هي أكبر من 0.5، معيارا يعمل سابقا 17،26. وينبغي استخدام العتبات الأخرى في مجموعة من 0،2-0،8 للتحقق من نتائج مماثلة، وضمان الانتقال السلس من عتبة إلى عتبة التالية. بالإضافة إلى العتبات، methodologie الآخرينالصورة يمكن استخدامها للحصول على نتائج موثوقة، مثل تصحيح بونفيروني أو بديل اختبار البيانات. وعلاوة على ذلك، عند العمل مع البيانات EEG، من المهم أن نأخذ في الاعتبار أن شبكات الدماغ هي أنظمة معقدة مع ديناميكيات غير خطية. لذلك، بالإضافة إلى علاقة خطية، وينبغي أن تستخدم التدابير تزامن غير الخطية الأخرى لضمان جودة النتائج، مثل المعلومات المتبادلة أو مرحلة التزامن 33.
حساب الاتصال مباشرة من أقطاب فروة الرأس، كما يتم جزئيا في هذا العمل، ينطوي على بعض المخاطر. بقية المشكلة الرئيسية في التأثير تلوث نتيجة لحجم التوصيل، الحاضر دائما مع تسجيل فروة الرأس. طريقة واحدة للتغلب على هذه المشكلة من خلال العمل على مساحة المصادر، بديلا جذابا المستخدمة من قبل العديد من الأبحاث. وثمة نهج آخر يتطلب استخدام تدابير التزامن الذي يقلل من تلوث آثار السعة. باستخدام تزامن المرحلة (المعروف أيضا باسم المرحلة Locking القيمة) ونحن تقليل تأثير حجم التوصيل، كما تجلى ذلك في العديد من الأعمال 34.
كما هو الحال في تقنيات العصبية الغازية الأخرى، التسجيلات من العدو لا يمكن الحصول عليها من الضابطة، الأمر الذي يحد بشدة من استخدام بروتوكولات الأبحاث معينة. توفر البيانات من التسجيلات FOE معلومات قيمة حول إنسي نشاط الفص الصدغي 17،29،35، وخصوصا خلال lateralization إلى الجانب مولدة للصرع في المرضى الذين يعانون TLE 33. مقارنة مع تقنيات الغازية، وتقنية عدو وغير مؤلمة للدماغ وينطوي على تلاعب بسيط نسبيا، والتسجيلات التي هي ذات جودة عالية على مدى فترات طويلة من الزمن 11. مقارنة مع التصوير بالرنين المغناطيسي، وتوفر تسجيلات FOE قرار أفضل وقت للنشاط كهربي. وبالإضافة إلى ذلك، العديد من الامكانيات الموجودة لاستكشاف تدابير أخرى من تلك التي استخدمت في هذا العمل. هذه الحقائق أيضا أن يزيد من إمكانية تحليل العديد من التسجيلات الطبية الحيويةفي وقت واحد. هذه المزايا من التسجيلات FOE جنبا إلى جنب مع شبكة معقدة والتحليل الطيفي تجعل هذه التقنية أداة قوية للبحث الصرع مع التطبيقات المحتملة في الممارسة السريرية.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم تمويل هذا العمل من المنح المقدمة من معهد السعود كارلوس الثالث، من خلال PI10 / 00160 وPI12 / 02839، دعما جزئيا من FEDER ومن بطولة موتوا. AS-G. وهو حاصل على زمالة ما بعد الدكتوراه من بطولة موتوا. تم إنشاؤها محاكاة 3D باستخدام برنامج BioDigital الإنسان ( www.biodigital.com ) والبرمجيات ZygoteBody المهنية (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 |
References
- Wiebe, S. Epidemiology of Temporal Lobe Epilepsy. Can J Neurol Sci. 27, 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. , (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., Gandhi, D. C., Schulder, M. Percutaneous techniques for trigeminal Neuralgia. Handbook of Stereotactic and Functional Neurosurgery. , (2003).
- Franzini, A., Ferroli, P., Messina, G., Broggi, G., Nappi, G. Surgical treatment of cranial neuralgias. Handbook of Clinical Neurology. , (2010).
- Tatum, W. O., Husain, A. M., Benbadis, S. R., Kaplan, P. W. . Handbook of EEG interpretation. , (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., Stevanovic, D. Hyper-Synchronization, De-Synchronization, Synchronization and Seizures. Epilepsy – Histological, Electroencephalographic and Psychological Aspects. , (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. , 1-8 (2008).
