Applicazioni cliniche delle oscillazioni ad alta frequenza (HFOs)

I. SCOPO DELLO STUDIO Lo scopo di questo studio è andare oltre le analisi convenzionali dei segnali cerebrali in una banda di frequenza ristretta (tipicamente 1-30 Hz) misurando i segnali cerebrali da infra lenti a molto veloci (0,01 - 2800 Hz). Nello specifico, ci proponiamo di studiare gli HFO fisiologici nei campi magnetici evocati sensomotori, uditivi, visivi e del linguaggio e di studiare gli HFO patologici nell'epilessia, nell'emicrania e in altri disturbi. Questo è clinicamente molto importante per molte ragioni.

Ad esempio, ci sono da 400.000 a 600.000 pazienti con epilessia refrattaria negli Stati Uniti. Poiché le convulsioni di quei pazienti non possono essere controllate da alcun farmaco, la chirurgia dell'epilessia è una potenziale cura. L'identificazione accurata delle zone ittogeniche, le aree cerebrali che causano le convulsioni, è essenziale per garantire un esito chirurgico favorevole. Sfortunatamente, il metodo esistente, l'elettrocorticografia (ECoG), necessita di posizionare elettrodi sulla superficie del cervello per catturare i picchi (in genere, 14-70 Hz), il che è molto rischioso e costoso. Il presente studio consiste nell'utilizzare la magnetoencefalografia (MEG) e l'elettroencefalografia (EEG) per l'identificazione delle zone ittogeniche in modo non invasivo. Per raggiungere l'obiettivo, abbiamo proposto di rilevare segnali cerebrali ad alta frequenza (70-2.500 Hz) e bassa frequenza (<14 Hz) con metodi avanzati di elaborazione del segnale. La nostra ipotesi centrale è che i segnali cerebrali ad alta frequenza porteranno a tassi significativamente migliori di libertà dalle crisi rispetto ai picchi. Questa ipotesi si basa su recenti rapporti secondo cui i segnali cerebrali ad alta frequenza sono localizzati in zone ittogeniche.

Basandoci sulle nostre risorse e competenze uniche, intendiamo raggiungere quattro obiettivi. In primo luogo, quantificheremo la concordanza spaziale tra i segnali MEG ed ECoG in entrambi gli intervalli di frequenza bassa e alta. Ipotizziamo che le zone ittogeniche determinate dall'ECoG invasivo possano essere rilevate e localizzate in modo non invasivo mediante segnali MEG ad alta frequenza. In secondo luogo, quantificheremo la concordanza di occorrenza tra i segnali EEG ed ECoG in entrambe le gamme di frequenza bassa e alta. Ipotizziamo che i segnali epilettici ad alta frequenza dalle zone ittogeniche determinate dall'ECoG invasivo possano anche essere rilevati in modo non invasivo dall'EEG, sebbene la localizzazione dell'EEG possa essere significativamente inferiore a quella del MEG. In terzo luogo, determineremo se la chirurgia dell'epilessia basata su segnali multifrequenza (segnali cerebrali a bassa frequenza, picchi e segnali cerebrali ad alta frequenza), invece dei soli picchi, porti a un migliore esito delle crisi. Ipotizziamo che la chirurgia dell'epilessia guidata da segnali cerebrali ad alta frequenza rilevati con MEG/EEG migliorerà significativamente i risultati chirurgici. In quarto luogo, determineremo se le analisi multifrequenza forniscono più informazioni rispetto all'analisi a frequenza singola per stimare le zone epilettogeniche per l'impianto pre-chirurgico dell'elettrodo ECoG. Ipotizziamo che la copertura di tutte le aree cerebrali che generano attività epilettica da bassa ad alta frequenza sia il prerequisito per localizzare più zone ittogeniche per esiti post-chirurgici favorevoli. Per ottenere risultati definitivi, proponiamo uno studio multicentrico per determinare se i segnali cerebrali ad alta frequenza sono nuovi biomarcatori per migliorare significativamente i risultati della chirurgia dell'epilessia. Secondo i nostri dati pilota secondo cui la localizzazione delle zone epilettogeniche con segnali ad alta frequenza MEG può aumentare di circa il 30-40% la libertà da crisi postoperatorie, lo studio proposto dovrebbe portare a milioni di pazienti con epilessia intrattabile liberi da crisi. Questo studio pone anche le basi per l'utilizzo di segnali cerebrali a bassa e alta frequenza come nuovi biomarcatori per la diagnosi e il trattamento di molti altri disturbi (ad es. emicrania, autismo).