Stimulaatioiden aiheuttamat muutokset Fronto-Limbisessä verkossa (Stim_Con)

Noin puolet 70 miljoonasta epilepsiaa (PWE) sairastavasta maailmanlaajuisesti kärsii rinnakkaisista mielenterveyshäiriöistä (MHD), joista masennuksen ja ahdistuneisuuden arvioidaan olevan yleisimpiä. MHD-taudit ja epilepsia muodostavat kumpikin merkittäviä esteitä työnteolle, sosiaaliselle toiminnalle, fyysiselle vammautumiselle ja lisääntyneelle kuolleisuusriskille. Vaikka epilepsian ja ahdistuneisuuden patofysiologiaan liittyy samanlaisia ​​aivopiirejä, tunneiden säätelyhäiriöitä aiheuttavien tiettyjen verkkohäiriöiden tunnistaminen antaisi kriittisesti tietoa molempien sairauksien hoitokohteista. Fronto-limbisen verkoston häiriöt (eli esiotsakuori; cingulaattikuori; insula; hippokampus; amygdala) liittyvät ahdistuneisuushäiriöihin ja heikentyneeseen tunnevasteen säätelyyn. Samoin epilepsiat liittyvät poikkeavaan fronto-limbiseen toimintaan ja yhteyksiin, jotka ovat tunteiden käsittelyn taustalla. Lisäksi tunteiden säätely ja ahdistuneisuusoireiden vakavuus paranevat paremman kohtausten hallinnan myötä ja päinvastoin. Tästä lähentyvästä todisteesta huolimatta fronto-limbisen piirin häiriö, joka moduloi tunteiden säätelyhäiriöitä PWE:ssä ja MHD:ssä, on edelleen huonosti ymmärretty. Ehdotetun pilottityön tavoitteena on testata, moduloiko tiettyjen aivoalueiden stimulaatio näiden verkkojen toimintaa ja yhteyksiä sekä vastaavaa emotionaalisten vasteiden säätelyä. Saavutan tämän tutkimuksen tavoitteen hyödyntämällä UAB:n epilepsian seurantayksikön uudenlaista ja innovatiivista stereoelektroenkefalografian (sEEG) lähestymistapaa osana epilepsiakirurgisten ehdokkaiden perushoitoa.

Neuraalitallenteet, jotka kartoittavat ihmisen aivojen toimintaa käyttäytymisen ja kognition taustalla, ovat antaneet merkittäviä näkemyksiä aivoverkostojen organisoinnista ja ponnahduslautana uusien interventioiden kehittämiseen liittyvien tutkimusten käynnistämiselle. Lisäksi invasiiviset hermotallenteet ihmisissä tarjoavat vertaansa vailla olevan ikkunan monimutkaisten tunnelmien, tunteiden, kognition ja käyttäytymisen taustalla oleviin hermopiireihin, joilla on korkea spatiaalinen ja ajallinen resoluutio. Näiden tärkeiden toimintojen taustalla olevan hermopiirin arviointi on myös kriittinen epilepsian hoitoon resektiivisen leikkauksen saavien potilaiden parhaan kliinisen hoidon kannalta. Erityisesti sEEG on minimaalisesti invasiivinen kliininen toimenpide, jossa elektrodit implantoidaan kirurgisesti aivoihin, jotta kohtauskohta voidaan paikantaa paremmin. Implantaation jälkeisenä aikana sEEG tallentaa suoraan koko aivoihin istutetuista syvyyselektrodeista kaapatakseen spatio-temporaaliset siirtymät laajalti jakautuneissa toiminnallisissa aivoverkostoissa hienommalla neuroanatomisella (millimetri) ja ajallisella (millisekunti) asteikolla kuin mahdollista suhteellisen runsaalla määrällä. ja tavanomaiset toiminnalliset neurokuvantaminen (esim. fMRI) ja sähköfysiologiset tekniikat (esim. EEG). Lisäksi sEEG tarjoaa mahdollisuuden stimuloida näitä piirejä samojen elektrodien kautta antamalla lieviä kallonsisäisiä sähköisiä stimulaatioita eri aivorakenteissa arvioidakseen niiden vaikutusta kognitiivisiin tehtäviin. Siten sEEG toimii tehokkaana työkaluna tutkia monimutkaisten tunnelmien, tunteiden, kognition ja käyttäytymisen taustalla olevia hermovirtapiirejä ei-stimulaatiotallenteiden avulla aivojen toiminnan, yhteyksien ja käyttäytymisen välisten korrelaatioiden määrittämiseksi sekä stimulaatiomanipuloidun aivojen käyttäytymisen kartoittamiseksi. suhteita. Tähän mennessä tunneprosessien tutkimukseen on kuitenkin käytetty rajallisia sovelluksia. Pavlovilainen pelon ehdollistaminen on tehokas ja laajalle levinnyt paradigma, jota käytetään usein sekä ihmis- että ei-ihmiseläinmalleissa tunneoppimisen, muistin ja säätelyprosessien tutkimiseen. Tyypillisessä pavlovilaisessa pelon ehdollistamisparadigmassa varoitusvihje, jota kutsutaan myös ehdollisiksi ärsykkeiksi (CS+), yhdistetään uhkaan (esim. 100 db staattinen ääni, 0,5 s), jota kutsutaan myös ehdoimattomaksi ärsykkeeksi (UCS). Erillinen turvamerkki (CS-) voidaan myös yhdistää uhan puuttumiseen. Näiden ärsykkeiden toistuvien pariliitosten (ehdollistamiskokeet) jälkeen vain varoitusmerkki alkaa tuottaa ehdollisen vasteen (CR). CR:tä pidetään usein todisteena siitä, että varoitusmerkin ja uhan välinen yhteys on opittu. Oppimiseen liittyviä muutoksia uhkavastauksessa, jota kutsutaan myös ehdoittaiseksi vastaukseksi (UCR), havaitaan kuitenkin usein. Uhkaan reagoinnin ehdollinen heikkeneminen näkyy heikentyneenä emotionaalisena uhkareaktiona (esim. ihon johtavuus), kun uhka seuraa varoitusmerkkiä (eli ennustettavaa uhkaa) verrattuna siihen, että uhka seuraa turvavihjettä tai esitetään yksinään (ts. arvaamaton uhka). Tämä uhkareaktion ehdollinen väheneminen tarjoaa jatkuvan mittauksen kyvystä säädellä emotionaalista vastetta uhkaan. Lisäksi tutkimusryhmämme on käyttänyt tätä paradigmaa raportoidakseen fronto-limbisen verkon toiminnan ja liitettävyyden korreloivan tunnevasteiden eston kanssa terveillä kontrolleilla fMRI:tä käyttämällä. Kuitenkin kokeilijoiden aiheuttamien toiminnan, yhteyksien ja käyttäytymisen muutosten arvioiminen fronto-limbisten aivojen alueiden stimulaation kautta antaisi kriittisen seuraavan vaiheen tätä aivojen ja käyttäytymisen suhdetta koskevien syy-hypoteesien tiukemmassa testauksessa.

Ohimolohkoepilepsia (TLE) on yleisin hoitoresistentin epilepsian muoto. TLE-potilaille tehdään usein SEEG-arviointi mahdollista resektiivistä leikkausta varten, ja he ovat ihanteellinen tutkimuspopulaatio arvioimaan aivojen ja käyttäytymisen suhteita tunneprosesseissa. TLE:lle on myös tunnusomaista korkea ahdistuneisuushäiriöiden samanaikainen esiintyminen, ja se liittyy tunneprosessien taustalla olevan fronto-limbisen piirin toimintahäiriöön. Epilepsian ja ahdistuneisuuden komorbiditeetti voi johtua suuresta määrästä päällekkäisiä muutoksia fronto-limbisessä verkostossa, jotka liittyvät ahdistuksen oireisiin. Tarkemmin sanottuna otsalohkon yhteys mediaalisten temporaalisten alueiden kanssa (eli esiotsakuori; cingulaattikuori; hippokampus; amygdala) cingulum-kimpun kautta on tärkeä verkosto, joka osallistuu kohtausten leviämiseen ja TLE:n rinnakkaisiin sairauksiin, mukaan lukien ahdistuneisuushäiriöt. Samoin neuroimaging-tutkimukset (eli fMRI) ovat osoittaneet korrelaatioita tunteiden säätelyn ja toiminnan välillä tässä fronto-limbisessä verkossa. Kuitenkin olemassa olevat neurokuvantamis- ja sähköfysiologiset tekniikat ovat rajallisia arvioimaan kokeilijan manipuloimia aivokäyttäytymissuhteita korrelaatiomenetelmien vuoksi, huonon ajallisen erottelukyvyn (1-3 s TR fMRI:ssä) ja spatiaalisen spesifisyyden (laaja aivokuoren arviointi EEG:ssä) lisäksi. . Siten fronto-limbinen SEEG-kartoitus toimii arvokkaana arviona toiminnasta ja yhteyksistä, jotka moduloivat tunnereaktioiden estoa ennen Pavlovin pelon ehdollistamista ja sen jälkeen. Tekemällä myös näiden potilaiden mielenterveysarviointeja, tämä projekti toimii arvokkaana mallina epilepsiaan, ahdistukseen ja terveisiin tunneprosesseihin liittyvän verkoston toiminnan ymmärtämiselle.