Elektroencefalografi (EEG) og dyp hjernestimulering (DBS) ved epilepsi

Studieformål:

Hensikten med denne studien er å vurdere EEG-endringer under elektrisk stimulering av thalamus for å behandle personer med epilepsi.

Bakgrunn om stimulering av den fremre kjernen i thalamus for epilepsi:

Av anslagsvis 4 millioner mennesker i USA og Europa med epilepsi, har omtrent 1,2 millioner tilbakevendende anfall som ikke reagerer på antiepileptika. For disse pasientene består alternative behandlinger av nevrokirurgisk fjerning av anfallskilden fra hjernen, eller kirurgisk implantasjon av en enhet for å elektrisk stimulere vagusnerven i nakken. Til tross for disse alternativene, lider et betydelig antall mennesker av anfall som forblir ukontrollerte. For denne gruppen kan dyp hjernestimulering (DBS) være nyttig.

Begrunnelsen for å bruke dyp hjernestimulering (DBS) for å behandle epilepsi er at DBS forstyrrer regulatoriske tilbakemeldingssløyfer i hjernen som lar anfall utvikle seg og spre seg. Ved å påvirke disse reguleringsområdene i hjernen, har elektrisk stimulering kapasitet til å redusere eller eliminere anfall som stammer fra deler av hjernen som ikke trygt kan fjernes kirurgisk. Vagus nervestimulering (VNS) virker på lignende måte mot anfall, men VNS forstyrrer reguleringsløkkene indirekte, mens DBS forstyrrer reguleringsløkkene direkte.

Thalamus er et attraktivt mål for DBS for å behandle epilepsi fordi den har utbredte forbindelser til og påvirker hjernebarken, som er det ytre laget av hjernen der anfallene oppstår. Fjorten pasienter med ulike typer refraktær epilepsi har blitt behandlet med stimulering av den fremre kjernen (AN) i thalamus i løpet av de siste årene. I løpet av de første 3 månedene av AN-stimulering var median anfallsfrekvensreduksjon, i forhold til baseline, 64 %. Åtte av de 14 pasientene (57 %) hadde en reduksjon på 50 % eller mer i anfallsfrekvens (respondere). Ni av de 14 pasientene hadde anfall antatt å komme fra tinninglappene eller frontallappene. I løpet av de første 3 månedene hadde disse 9 pasientene en median 80 % reduksjon i anfallsfrekvens og 78 % av dem responderte. AN ble valgt for stimulering på grunn av dets mange forbindelser til det "limbiske systemet", et kortikalt system som ofte er en kilde til anfall.

Tidligere studier av thalamusstimulering for epilepsi (centromedian nucleus [CM]) Mesteparten av forskningen som tar for seg stimulering av thalamus centromedian nucleus (CM) for behandling av epilepsi er rapportert av Velasco et al. (1-3). I 1987 publiserte gruppen en artikkel der 5 pasienter med generaliserte tonisk-kloniske anfall ble implantert bilateralt. Stimulering ble levert 2 timer per dag i 3 måneder. Alle pasientene opplevde en 80-100 % reduksjon i generaliserte tonisk-kloniske anfall og en 60-100 % reduksjon i partielle komplekse anfall. Mye av fordelen som ble observert fortsatte utover den 2-timers perioden med stimulering, noe som tyder på at stimuleringen resulterte i en langsiktig endring i thalamusaktivitet.

I 1993 publiserte samme gruppe en rapport med 23 pasienter med eksternaliserte CM-stimulatorer(2,3) (9 med generaliserte tonisk-kloniske anfall, 3 med fokalmotoriske og sekundære generaliserte anfall, 5 med partielle komplekse og sekundære generaliserte anfall, og 6 med generaliserte toniske anfall og atypiske absenceanfall). Disse etterforskerne fant at stimulering resulterte i en signifikant reduksjon i anfallsfrekvens hos pasienter med tonisk-kloniske og partielle motoriske anfall. Imidlertid ble ingen signifikante endringer observert hos pasienter med komplekse partielle anfall eller generaliserte toniske anfall. Totalt sett hadde 12 av de 23 pasientene minst 50 % reduksjon i anfallsfrekvens, og 1 pasient var anfallsfri.

Ingen av disse studiene fra Mexico City-gruppen (Velasco et al.) ble blindet eller kontrollert. Men i 1992, Fisher et al. (4) fra John Hopkins rapporterte en dobbeltblind, kontrollert studie av CM-stimulering. Denne behandlingen hadde ingen effekt på pasientene. Derfor ble CM-stimulering forlatt og AN-stimulering ble foretatt i stedet.

Elektroencefalogram (EEG) og thalamusstimulering for epilepsi Et elektroencefalogram (EEG) er en registrering av hjernebølgens elektriske aktivitet. Cerebral cortex nerveceller genererer EEG-signalet. Hovedtrekkene ved EEG studert hos pasienter med epilepsi er: 1) hvor raskt og ofte det elektriske signalet endrer amplitude ("frekvens"), og 2) enhver unormal overdreven, svært kort uventet elektrisk utladning ("spike-waves"). Spike-bølger er den typen utslipp som er karakteristiske for pasienter med epilepsi.

Elektrisk stimulering av CM-kjernen i thalamus har resultert i færre EEG-spike-bølger (1-3). Imidlertid har det ikke vært studier av EEG-frekvens hos epilepsipasienter som får AN-stimuleringsterapi.

For denne studien vil etterforskerne registrere EEG-er på datastyrte skjermer. Disse opptaksmaskinene er små bærbare datamaskiner (omtrent på størrelse med en "Walk-Man") som pasienten har på seg i én time. De hjernebølgefølende elektrodene er festet til pasientens hodebunn med et vannløselig midlertidig ledende lim. Disse monitorene plasseres på pasientene i EEG-laboratoriet ved New York Hospital-Cornell. Det registrerte EEG-signalet lastes ned til vår EEG-analysedatamaskin. Dette er en rutinetest som vanligvis utføres for å evaluere pasienter med epilepsi, og ambulatorisk EEG i seg selv er ikke eksperimentell på noen måte.

EEG vil bli registrert på følgende tidspunkter i forhold til DBS-behandling for epilepsi: 1 måned før stimulatorimplantasjon, 1 måned etter stimulatorimplantasjon (men før stimulatoraktivering), etter 3 måneder med DBS, etter 6 måneder med DBS, og deretter hver 6. måneder eller etter endringer i stimuleringsinnstillingen.

De registrerte EEG-ene vil bli matematisk analysert, i henhold til følgende resonnement: Nerveceller i thalamus AN kobles til hjernebarken. AN-aktivitet (og AN-stimulering) kan derfor endre hvor raskt de elektriske potensialene til cortex-nervecellene endres, noe som igjen kan endre EEG-frekvensinnholdet. Etterforskerne vil bruke dataprogrammer for å bestemme EEG-frekvensinnholdet, ved å bruke et verktøy kalt "spektralanalyse". Etterforskerne vil sammenligne spektralanalysen mellom ulike tidsperioder under DBS-behandlingsregimet.

Et annet trekk etterforskerne skal studere er "EEG-koherens". Dette er et datagenerert mål på hvor like hjernebølgefrekvensene er i forskjellige hjernebarkregioner. Siden AN-nervecelleaktivitet regulerer cortex nervecelleaktivitet, kan AN-stimulering føre til at kortikal aktivitet i forskjellige områder av hjernen ligner mer på hverandre. Denne typen endring i kortikal aktivitet kan være en del av virkningsmekanismen til DBS mot epilepsi. Etterforskerne vil sammenligne koherensanalysen mellom ulike tidspunkter under DBS-behandlingsregimet.