Neuronale und Netzwerkmechanismen der elektrokortikalen Stimulation
Die Kartierung der Elektrokortikalen Stimulation (ECS) ist ein Verfahren, das bei Gehirnoperationen eingesetzt wird, beispielsweise bei der Behandlung von Krankheiten wie Epilepsie oder bei der Entfernung von Hirntumoren. ECS-Mapping hilft Chirurgen dabei, Bereiche der Großhirnrinde (des äußeren Teils des Gehirns) zu lokalisieren, die für alltägliche Aufgaben wie Bewegung und Sprache wichtig sind. ECS-Mapping wird seit Jahrzehnten eingesetzt und gilt als „Goldstandard“-Tool zur Lokalisierung wichtiger Bereiche des Kortex. Trotz dieser langen Geschichte gibt es immer noch kein klares Verständnis darüber, wie ECS genau funktioniert.
Ziel dieser Studie ist es, Einzelheiten über die Auswirkungen von ECS auf das Gehirn zu erfahren. Die Hauptfragen, die die Studie beantworten soll, sind: 1) wie ECS die Neuronen des Kortex an der Stimulationsstelle beeinflusst; und 2) wie sich ECS auf Hirnregionen auswirkt, die für das menschliche Sprechen und Sprechen von entscheidender Bedeutung sind. Diese sogenannten „kritischen Stellen“ können auf der Gehirnoberfläche physisch voneinander entfernt sein, was eine umfangreiche ECS-Kartierung und langwierige Operationen erfordert. Es wird angenommen, dass kritische Orte Teil eines Sprachnetzwerks von Gehirnregionen sind. Das Ziel der Studie besteht daher darin, herauszufinden, wie sie miteinander verbunden sind. Bei einigen Teilnehmern wird auch die Gehirnoberfläche leicht gekühlt. Dies ist ein schmerzloser Eingriff, der die Gehirnfunktion nicht beeinträchtigt, aber Aufschluss darüber geben könnte, welche Teile des Gehirns (die Oberfläche oder tiefere Teile) für die Auswirkungen von ECS verantwortlich sind.
Durch ein besseres Verständnis der Auswirkungen von ECS auf das Gehirn und eine Verbesserung der Fähigkeit, kritische Stellen zu identifizieren, könnte diese Studie möglicherweise zu kürzeren Operationen und besseren Ergebnissen für zukünftige Personen führen, die diese Pflege benötigen.
Die Teilnehmer werden aus Personen rekrutiert, die sich einer Gehirnoperation zur Epilepsiebehandlung oder Tumorentfernung unterziehen. Die Teilnehmer erledigen einfache Aufgaben wie das Lesen von Wörtern oder das Benennen von Bildern, ähnlich den Standardtests, die bereits während ihres Krankenhausaufenthalts durchgeführt werden.
Studienübersicht
Status
Bedingungen
Detaillierte Beschreibung
Die Kartierung der elektrokortikalen Stimulation (ECS) wird seit vielen Jahrzehnten routinemäßig eingesetzt, um Chirurgen über Gehirnbereiche zu informieren, die sie bei der Planung chirurgischer Resektionen bei Tumoren oder Epilepsie vermeiden sollten. Insbesondere gilt es, die Bereiche zu identifizieren, die für Sprechen und Sprache „kritisch“ sind. Doch trotz seiner langen Geschichte der klinischen Anwendung sind die genauen Mechanismen des ECS nur unzureichend verstanden. Es ist beispielsweise nicht bekannt, wie verschiedene kortikale Schichten und Zelltypen auf ECS reagieren. Darüber hinaus ist nicht einmal klar, ob die Verhaltenseffekte von ECS darauf zurückzuführen sind, dass sie nur den darunter liegenden Kortex beeinflussen, was zu einer transsynaptischen Aktivierung anderer Kortex führt, oder ob sie sich direkt sowohl auf den Kortex als auch auf die darunter liegende weiße Substanz auswirken.
Ein Hauptziel dieses Projekts besteht darin, die Auswirkungen von ECS auf das kortikale Netzwerk und die subkortikale weiße Substanz zu bestimmen. Dieses Ziel wird auf zwei Arten getestet. Zunächst wird die Studie den Zusammenhang zwischen ECS-Effekten und kortikalen Konnektivitätsmustern ermitteln. Dies wird mithilfe graphentheoretischer Metriken zur Analyse der Elektrokortikographie (ECoG) und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) von Menschen mit Epilepsie oder Hirntumoren erreicht. Dies ermöglicht die Aufzeichnung eines intrakraniellen EEG (EKoG oder Stereo-EEG), ohne dass durch die geplante klinische Behandlung dieser Erkrankungen ein erhebliches zusätzliches Risiko entsteht. Die Studie wird sowohl statische als auch dynamische Netzwerkkonnektivitätsmuster untersuchen, die mithilfe statischer und dynamischer Diagrammmetriken definiert werden, die die Konnektivität auf verschiedenen Ebenen (lokal, interregional, global) messen. Die Studie geht davon aus, dass strukturelle (auch bekannt als (anatomische) und funktionale Konnektivitätsmuster einer kortikalen Stelle bestimmen ihre Bedeutung für das Sprachnetzwerk. Um diese Hypothese zu testen, wird die Studie Messungen der strukturellen und funktionalen Konnektivität verwenden, um vorherzusagen, welche Knoten von ECS als kritisch gekennzeichnet werden.
Zweitens wird die Studie die Hypothese testen, dass die Verhaltenseffekte von ECS auch von der direkten Störung der kortiko-kortikalen weißen Substanz abhängen. Die Studie wird die fokale kortikale Kühlung verwenden, um die jeweiligen Auswirkungen der Kühlung (die nur den Kortex hemmt) auf die Sprachfunktion zu testen, im Vergleich zu ECS (das den Kortex und die darunter liegende weiße Substanz stören kann) sowie die Kombination von ECS und Kühlung.
Studientyp
Einschreibung (Geschätzt)
Kontakte und Standorte
Studienorte
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Illinois
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Chicago, Illinois, Vereinigte Staaten, 60611
- Northwestern University
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Iowa
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Iowa City, Iowa, Vereinigte Staaten, 52242
- University of Iowa
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Maryland
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Baltimore, Maryland, Vereinigte Staaten, 21218
- Johns Hopkins University
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Teilnahmekriterien
Zulassungskriterien
Studienberechtigtes Alter
- Erwachsene
- Älterer Erwachsener
Akzeptiert gesunde Freiwillige
Probenahmeverfahren
Studienpopulation
Beschreibung
Einschlusskriterien:
- Erfordert eine kortikale Kartierung im Wachzustand zur Resektion von Hirntumoren oder die Implantation intrakranieller Elektroden zur extraoperativen Überwachung auf Epilepsie
- Für extraoperative Patienten: Geplante Elektrodenabdeckung, die mindestens Teile des Frontal- und Temporallappens oder des Parietallappens umfasst, vorzugsweise sowohl den vorderen (Gyrus frontalis inferior) als auch den hinteren Sprachbereich (Gyrus temporalis superior) in der sprachdominanten Hemisphäre
- Für intraoperative Patienten: Geplante Kraniotomie einschließlich Teilen sowohl des frontalen als auch des temporalen vorderen und hinteren Sprachbereichs in der sprachdominanten Hemisphäre.
Ausschlusskriterien:
- Erhebliche Sprach- oder Sprechbehinderung, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Aphasie, Dysarthrie und Sprachapraxie, die den Patienten dauerhaft daran hindert, Worte zu sprechen
- Nicht englischsprachig (da es sich um eine Studie über Sprachnetzwerke handelt und die Zweitsprache möglicherweise anders kodiert ist)
- Beeinträchtigte kognitive Funktion, wie durch neurologische Tests festgestellt, so dass der Patient den Testanweisungen nicht folgen oder keine schriftliche Einverständniserklärung abgeben kann
- Tumor, der mehrere der in diesem Vorschlag untersuchten kortikalen oder subkortikalen Bereiche (Gyrus frontalis inferior, Gyrus präcentralis, Gyrus temporalis superior) infiltriert oder sich innerhalb von 1 cm davon befindet
- Ferromagnetische Implantate, die nicht mit der MRT kompatibel sind oder andere Kontraindikationen für die MRT haben
- Schwangerschaft
Studienplan
Wie ist die Studie aufgebaut?
Designdetails
Was misst die Studie?
Primäre Ergebnismessungen
Ergebnis Maßnahme |
Maßnahmenbeschreibung |
Zeitfenster |
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Kritische Knotendekodierungsleistung
Zeitfenster: Bis zu 1 Woche während der ECoG-Aufzeichnung
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Genauigkeit bei der Dekodierung kritischer Knoten aus Netzwerkkonnektivitätsmetriken mithilfe von Algorithmen für maschinelles Lernen.
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Bis zu 1 Woche während der ECoG-Aufzeichnung
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Sekundäre Ergebnismessungen
Ergebnis Maßnahme |
Maßnahmenbeschreibung |
Zeitfenster |
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Sprachfunktion
Zeitfenster: Bis zu 4 Stunden während der ECoG-Aufzeichnung
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Sprach- oder Sprachfehler aufgrund von Kühlung und ECS, bewertet vom klinischen ECS-Mapping-Team als Reaktion auf ECS und Kühlung.
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Bis zu 4 Stunden während der ECoG-Aufzeichnung
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Mitarbeiter und Ermittler
Sponsor
Ermittler
- Hauptermittler: Marc Slutzky, Northwestern University
Studienaufzeichnungsdaten
Haupttermine studieren
Studienbeginn (Geschätzt)
Primärer Abschluss (Geschätzt)
Studienabschluss (Geschätzt)
Studienanmeldedaten
Zuerst eingereicht
Zuerst eingereicht, das die QC-Kriterien erfüllt hat
Zuerst gepostet (Tatsächlich)
Studienaufzeichnungsaktualisierungen
Letztes Update gepostet (Tatsächlich)
Letztes eingereichtes Update, das die QC-Kriterien erfüllt
Zuletzt verifiziert
Mehr Informationen
Begriffe im Zusammenhang mit dieser Studie
Schlüsselwörter
Andere Studien-ID-Nummern
- STU00219749
Arzneimittel- und Geräteinformationen, Studienunterlagen
Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Arzneimittelprodukt
Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Geräteprodukt
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