Neuronale og netværksmekanismer for elektrokortikal stimulering

Kortlægning af elektrokortikal stimulation (ECS) er blevet brugt rutinemæssigt i mange årtier for at informere kirurger om hjerneområder, som de skal undgå, når de planlægger kirurgiske resektioner for tumorer eller epilepsi. Især de områder, der er "kritiske" for tale og sprog, er vigtige at identificere. Alligevel er de præcise mekanismer af ECS dårligt forstået på trods af sin lange historie med klinisk brug. For eksempel vides det ikke, hvordan forskellige kortikale lag og celletyper reagerer på ECS. Desuden er det ikke engang klart, om ECS' adfærdsmæssige virkninger skyldes at påvirke den underliggende cortex alene, forårsage trans-synaptisk aktivering af andre cortex eller direkte påvirke både cortex og underliggende hvidt stof.

Et primært formål med dette projekt er at bestemme virkningerne af ECS på det kortikale netværk og subkortikale hvide substans. Dette mål vil blive testet på to måder. For det første vil undersøgelsen bestemme forholdet mellem ECS' effekter og kortikale forbindelsesmønstre. Dette vil blive opnået ved hjælp af grafteori-metrikker til at analysere elektrokortikografi (ECoG) og funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) fra mennesker med epilepsi eller hjernetumorer. Dette vil tillade optagelse af intrakranielt EEG (ECoG eller stereo EEG) uden at tilføje væsentlig ekstra risiko fra den planlagte kliniske behandling for disse tilstande. Undersøgelsen vil undersøge både statiske og dynamiske netværksforbindelsesmønstre, defineret ved hjælp af statiske og dynamiske grafmetrikker, der måler forbindelse på forskellige skalaer (lokalt, interregionalt, globalt). Undersøgelsen antager, at strukturelle (a.k.a. anatomiske) og funktionelle forbindelsesmønstre for et kortikalt sted bestemmer dets betydning for sprognetværket. For at teste denne hypotese vil undersøgelsen bruge mål for strukturel og funktionel forbindelse til at forudsige, hvilke noder der er mærket kritiske af ECS.

For det andet vil undersøgelsen teste hypotesen om, at ECS' adfærdsmæssige virkninger også afhænger af direkte forstyrrende cortico-kortikalt hvidt stof. Undersøgelsen vil bruge fokal kortikal afkøling som en måde at teste de respektive effekter på sprogfunktionen af ​​afkøling (som kun hæmmer cortex) sammenlignet med ECS (som kan forstyrre cortex og underliggende hvidt stof), samt kombineret ECS og afkøling.