Kliniske anvendelser af højfrekvente oscillationer (HFOs)

I. FORMÅL MED UNDERSØGELSEN Formålet med denne undersøgelse er at gå videre end de konventionelle analyser af hjernesignaler i et smalt frekvensbånd (typisk 1-30 Hz) ved at måle hjernesignaler fra infralangsomme til meget hurtige (0,01 - 2800 Hz). Specifikt foreslår vi at studere fysiologiske HFO'er i sansemotoriske, auditive, visuelle og sprogfremkaldte magnetiske felter og at undersøge patologiske HFO'er i epilepsi, migræne og andre lidelser. Dette er klinisk meget vigtigt af mange grunde.

For eksempel er der 400.000 til 600.000 patienter med refraktær epilepsi i USA. Da disse patienters anfald ikke kan kontrolleres af nogen medicin, er epilepsikirurgi en potentiel kur. Nøjagtig identifikation af iktogene zoner, hjerneområderne forårsager anfald, er afgørende for at sikre et gunstigt kirurgisk resultat. Desværre skal den eksisterende metode, elektrokortikografi (ECoG), placere elektroder på hjernens overflade for at fange spidser (typisk 14-70 Hz), hvilket er meget risikabelt og dyrt. Den nuværende undersøgelse er at bruge magnetoencefalografi (MEG) og elektroencefalografi (EEG) til identifikation af iktogene zoner noninvasivt. For at nå målet foreslog vi at detektere højfrekvente (70-2.500 Hz) og lavfrekvente (< 14 Hz) hjernesignaler med avancerede signalbehandlingsmetoder. Vores centrale hypotese er, at højfrekvente hjernesignaler vil føre til betydeligt forbedrede anfaldsfrihed sammenlignet med spidser. Denne hypotese er baseret på nylige rapporter om, at højfrekvente hjernesignaler er lokaliseret til iktogene zoner.

Med udgangspunkt i vores unikke ressourcer og færdigheder planlægger vi at løse fire mål. Først vil vi kvantificere den rumlige overensstemmelse mellem MEG- og ECoG-signaler i både lav- og højfrekvensområder. Vi antager, at iktogene zoner bestemt af invasiv ECoG kan detekteres ikke-invasivt og lokaliseres af højfrekvente MEG-signaler. For det andet vil vi kvantificere forekomstens overensstemmelse mellem EEG- og ECoG-signaler i både lav- og højfrekvensområder. Vi antager, at epileptiske højfrekvente signaler fra de iktogene zoner bestemt af invasiv ECoG også kan detekteres ikke-invasivt af EEG, selvom lokaliseringen af ​​EEG kan være betydeligt ringere end MEG. For det tredje vil vi afgøre, om epilepsikirurgi baseret på multifrekvente signaler (lavfrekvente hjernesignaler, spikes og højfrekvente hjernesignaler), i stedet for spikes alene, fører til et bedre anfaldsresultat. Vi antager, at epilepsikirurgi styret af højfrekvente hjernesignaler detekteret med MEG/EEG vil forbedre kirurgiske resultater betydeligt. For det fjerde vil vi afgøre, om multifrekvensanalyser giver mere information end enkeltfrekvensanalyse til at estimere epileptogene zoner til præ-kirurgisk ECoG-elektrodeimplantation. Vi antager, at dækning af alle hjerneområder, der genererer lav- til højfrekvent epileptisk aktivitet, er forudsætningen for at lokalisere flere iktogene zoner for gunstige post-kirurgiske resultater. For at give endelige resultater foreslår vi en multicenterundersøgelse for at afgøre, om højfrekvente hjernesignaler er nye biomarkører til væsentligt at forbedre resultaterne af epilepsikirurgi. Ifølge vores pilotdata om, at lokalisering af epileptogene zoner med MEG-højfrekvente signaler kan øge omkring 30-40 % postoperative anfaldsfrihed, skulle den foreslåede undersøgelse resultere i, at millioner af uhåndterlige epilepsipatienter bliver anfaldsfrie. Denne undersøgelse lægger også et grundlag for at bruge lav- og højfrekvente hjernesignaler som nye biomarkører til diagnosticering og behandling af mange andre lidelser (f. migræne, autisme).