Stimuleringsinducerede ændringer i fronto-limbisk netværk (Stim_Con)

Omkring halvdelen af ​​de 70 millioner personer med epilepsi (PWE) på verdensplan vil lide af komorbide psykiske lidelser (MHD'er), hvor depression og angst anslås at være de mest udbredte. MHD'er og epilepsi udgør hver især betydelige barrierer for arbejde, social funktion, fysisk handicap og øget risiko for dødelighed. Mens patofysiologi af epilepsi og angst involverer lignende hjernekredsløb, vil identifikation af specifikke netværksafbrydelser, der forårsager følelsesreguleringsdysfunktion, kritisk informere behandlingsmål for begge tilstande. Forstyrrelser i det fronto-limbiske netværk (dvs. præfrontal cortex; cingulate cortex; insula; hippocampus; amygdala) er forbundet med angstlidelser og nedsat følelsesresponsregulering. Ligeledes er epilepsier forbundet med afvigende fronto-limbisk funktion og forbindelse, der ligger til grund for følelsesbehandling. Ydermere forbedres følelsesregulering og angstsymptomers sværhedsgrad med bedre anfaldskontrol og omvendt. På trods af denne konvergerende evidens forbliver fronto-limbisk kredsløbsafbrydelse, der modulerer følelsesreguleringsdysfunktion i PWE og MHD'er, dårligt forstået. Målet med det foreslåede pilotarbejde er at teste, om stimulering af specifikke hjerneregioner modulerer funktionen og forbindelsen af ​​disse netværk samt tilsvarende regulering af følelsesmæssige reaktioner. Jeg vil nå målet med denne undersøgelse ved at udnytte den nye og innovative tilgang til stereoelektroencefalografi (sEEG), der er tilgængelig i UAB's epilepsimonitoreringsenhed som en del af standardbehandlingen blandt kandidater til epilepsikirurgi.

Neurale optagelser, der kortlægger den menneskelige hjernefunktion underliggende adfærd og kognition, har givet væsentlig indsigt i organiseringen af ​​hjernenetværk og har givet et springbræt til at iværksætte undersøgelser af udvikling af nye interventioner. Yderligere giver invasive neurale optagelser hos mennesker et uovertruffent vindue til neurale kredsløb, der ligger til grund for komplekse stemninger, følelser, kognition og adfærd med høj rumlig og tidsmæssig opløsning. Vurdering af neurale kredsløb, der ligger til grund for disse vigtige funktioner, er også afgørende for den bedste kliniske pleje af patienter, der gennemgår resektiv kirurgi til behandling af epilepsi. Især er sEEG en minimalt invasiv klinisk procedure, hvor elektroder kirurgisk implanteres i hjernen for bedre at lokalisere anfaldsfokus. I løbet af postimplantationsperioden optager sEEG direkte fra en række dybdeelektroder implanteret i hele hjernen for at fange rumlige-temporale overgange inden for bredt fordelte funktionelle hjernenetværk på en finere neuroanatomisk (millimeter) og tidsmæssig (millisekund) skala end muligt med relativt rigelige og standard funktionel neuroimaging (f.eks. fMRI) og elektrofysiologiske teknikker (f.eks. EEG). Derudover giver sEEG mulighed for at stimulere disse kredsløb via de samme elektroder ved at levere milde intrakranielle elektriske stimulationer i forskellige hjernestrukturer for at estimere deres indvirkning på kognitive opgaver. Således tjener sEEG som et kraftfuldt værktøj til at udforske det neurale kredsløb, der ligger til grund for komplekse stemninger, følelser, kognition og adfærd via ikke-stimulerende optagelser til at etablere sammenhænge mellem hjernefunktion, tilslutningsmuligheder og adfærd, samt kortlægning af stimulationsmanipuleret hjerneadfærd relationer. Imidlertid er begrænsede applikationer blevet brugt til dato til studier af følelsesprocesser. Pavlovsk frygtkonditionering er et effektivt og udbredt paradigme, der ofte bruges i både menneskelige og ikke-menneskelige dyremodeller til at studere følelsesmæssig læring, hukommelse og reguleringsprocesser. I et typisk Pavlovsk frygtkonditioneringsparadigme er et advarselssignal, også kaldet en betinget stimulus (CS+), parret med en trussel (f.eks. 100 db statisk lyd, 0,5s), også kaldet en ubetinget stimulus (UCS). Et særskilt sikkerhedssignal (CS-) kan også parres med fraværet af en trussel. Efter gentagne parringer af disse stimuli (konditioneringsforsøg), begynder kun advarselssignalet at producere en betinget respons (CR). CR tages ofte som bevis på, at sammenhængen mellem advarselssignalet og truslen er blevet lært. Læringsrelaterede ændringer i responsen på trusler, også kaldet den ubetingede respons (UCR), observeres dog ofte. Betinget formindskelse af reaktionen på truslen påvises ved en formindsket følelsesmæssig trusselsreaktion (f.eks. hudkonduktans), når truslen følger en advarselssignal (dvs. forudsigelig trussel) sammenlignet med, når en trussel følger en sikkerhedssignal eller præsenteres alene (dvs. uforudsigelig trussel). Denne betingede formindskelse af trusselsreaktionen giver et kontinuerligt mål for evnen til at regulere den følelsesmæssige reaktion på trussel. Yderligere er dette paradigme blevet brugt af vores undersøgelsesteam til at rapportere funktion og tilslutning af det fronto-limbiske netværk korreleret med hæmning af følelsesreaktioner i sunde kontroller ved hjælp af fMRI. Men vurdering af eksperimenter-inducerede ændringer i funktion, forbindelse og adfærd via stimulering af de fronto-limbiske hjerneregioner ville give det kritiske næste trin i en mere streng test af årsagshypoteserne vedrørende dette hjerne-adfærdsforhold.

Temporallapsepilepsi (TLE) er den mest almindelige form for behandlingsresistent epilepsi. Patienter med TLE gennemgår ofte sEEG-evaluering for mulig resektiv kirurgi, og de er en ideel studiepopulation til at vurdere hjerne-adfærdsrelationer i følelsesprocesser. TLE er også karakteriseret ved en høj frekvens af angstlidelseskomorbiditet og er forbundet med dysfunktion inden for det fronto-limbiske kredsløb, der ligger til grund for følelsesprocesser. Komorbiditeten mellem epilepsi og angst kan opstå på grund af en stor grad af overlappende forandringer inden for fronto-limbisk netværk, der er forbundet med symptomer på angst. Specifikt er frontallappens forbindelse med mediale temporale regioner (dvs. præfrontal cortex; cingulate cortex; hippocampus; amygdala) via cingulum bundtet et vigtigt netværk involveret i anfaldsudbredelse og TLE-komorbiditeter, herunder angstlidelser. Ligeledes har neuroimaging undersøgelser (dvs. fMRI) vist sammenhænge mellem følelsesregulering og funktion inden for dette fronto-limbiske netværk. Alligevel er eksisterende neuroimaging- og elektrofysiologiske teknikker begrænset i deres vurdering af eksperimenter-manipulerede hjerne-adfærdsforhold på grund af korrelationelle tilgange, foruden dårlig tidsmæssig opløsning (1-3 s TR i fMRI) og rumlig specificitet (bred kortikal vurdering i EEG) . Således vil fronto-limbisk sEEG-kortlægning tjene som en værdifuld vurdering af funktions- og forbindelsesmodulerende hæmning af følelsesreaktioner før og efter Pavlovsk frygtkonditionering. Ved også at udføre mentale sundhedsvurderinger hos disse patienter, vil dette projekt tjene som en værdifuld model for bedre forståelse af netværksfunktion forbundet med epilepsi, angst og sunde følelsesprocesser.