Korkeataajuisten värähtelyjen kliiniset sovellukset (HFOs)

I. TUTKIMUKSEN TARKOITUS Tämän tutkimuksen tarkoituksena on mennä perinteistä aivosignaalien analysointia pidemmälle kapealla taajuuskaistalla (tyypillisesti 1-30 Hz) mittaamalla aivosignaaleja infrahitaasta erittäin nopeaan (0,01 - 2800 Hz). Erityisesti ehdotamme fysiologisten HFO:iden tutkimista sensomotorisissa, kuulo-, visuaalisissa ja kielen aiheuttamissa magneettikentissä sekä patologisten HFO:iden tutkimista epilepsiassa, migreenissä ja muissa häiriöissä. Tämä on kliinisesti erittäin tärkeää monista syistä.

Esimerkiksi Yhdysvalloissa on 400 000 - 600 000 potilasta, joilla on refraktaarinen epilepsia. Koska näiden potilaiden kohtauksia ei voida hallita millään lääkkeellä, epilepsialeikkaus on yksi mahdollinen parannuskeino. Iktogeenisten vyöhykkeiden tarkka tunnistaminen, aivoalueet aiheuttavat kohtauksia, on välttämätöntä suotuisan leikkaustuloksen varmistamiseksi. Valitettavasti nykyisen menetelmän, elektrokortikografian (ECoG), on asetettava elektrodit aivojen pinnalle piikkejä (yleensä 14-70 Hz) sieppaamiseksi, mikä on erittäin riskialtista ja kallista. Tässä tutkimuksessa käytetään magnetoenkefalografiaa (MEG) ja elektroenkefalografiaa (EEG) iktogeenisten vyöhykkeiden tunnistamiseen noninvasiivisesti. Tavoitteen saavuttamiseksi ehdotimme korkeataajuisten (70-2500 Hz) ja matalataajuisten (< 14 Hz) aivosignaalien havaitsemista edistyneillä signaalinkäsittelymenetelmillä. Keskeinen hypoteesimme on, että korkeataajuiset aivosignaalit johtavat merkittävästi parantuneeseen kohtausvapauteen verrattuna piikkeihin. Tämä hypoteesi perustuu viimeaikaisiin raportteihin, joiden mukaan korkeataajuiset aivojen signaalit ovat paikallisia iktogeenisille vyöhykkeille.

Ainutlaatuisten resurssien ja taitojen pohjalta aiomme saavuttaa neljä tavoitetta. Ensin määritämme MEG- ja ECoG-signaalien välisen spatiaalisen vastaavuuden sekä matalilla että korkeilla taajuuksilla. Oletamme, että invasiivisen EKoG:n määrittämät iktogeeniset vyöhykkeet voidaan havaita ei-invasiivisesti ja paikallistaa korkeataajuisilla MEG-signaaleilla. Toiseksi kvantifioimme EEG- ja ECoG-signaalien välisen yhteensopivuuden sekä matalilla että korkeilla taajuuksilla. Oletamme, että epileptiset korkeataajuiset signaalit invasiivisen EKoG:n määrittämiltä iktogeenisiltä vyöhykkeiltä voidaan myös havaita ei-invasiivisesti EEG:llä, vaikka EEG:n sijainti voi olla merkittävästi huonompi kuin MEG:n. Kolmanneksi selvitämme, johtaako epilepsialeikkaus, joka perustuu monitaajuisiin signaaleihin (matalataajuisiin aivosignaaleihin, piikkeihin ja korkeataajuisiin aivosignaaleihin) pelkkien piikien sijaan, parempaan kohtaustulokseen. Oletamme, että MEG/EEG:llä havaittujen korkeataajuisten aivosignaalien ohjaama epilepsialeikkaus parantaa merkittävästi leikkaustuloksia. Neljänneksi määritämme, antavatko monitaajuiset analyysit enemmän tietoa kuin yhden taajuuden analyysi epileptogeenisten vyöhykkeiden arvioimiseksi ennen kirurgista EKoG-elektrodien implantointia. Oletamme, että kaikkien matala- tai korkeataajuista epileptistä aktiivisuutta tuottavien aivoalueiden peittäminen on edellytys useiden iktogeenisten vyöhykkeiden paikantamiselle suotuisten leikkauksen jälkeisten tulosten saavuttamiseksi. Lopullisten tulosten saamiseksi ehdotamme monikeskustutkimusta sen määrittämiseksi, ovatko korkeataajuiset aivosignaalit uusia biomarkkereita parantamaan merkittävästi epilepsialeikkauksen tuloksia. Pilottitietojemme mukaan epileptogeenisten vyöhykkeiden paikallistaminen MEG-korkeataajuisilla signaaleilla voi lisätä noin 30-40 % leikkauksen jälkeistä kohtausvapautta, ehdotetun tutkimuksen pitäisi johtaa siihen, että miljoonat vaikeaselkoiset epilepsiapotilaat jäävät kohtausvapaiksi. Tämä tutkimus luo myös perustan matala- ja korkeataajuisten aivosignaalien käytölle uusina biomarkkereina monien muiden häiriöiden (esim. migreeni, autismi).