Kliniczne zastosowania oscylacji o wysokiej częstotliwości (HFOs)

I. CEL BADANIA Celem tego badania jest wyjście poza konwencjonalne analizy sygnałów mózgowych w wąskim paśmie częstotliwości (zwykle 1-30 Hz) poprzez pomiar sygnałów mózgowych od infrawolnych do bardzo szybkich (0,01 - 2800 Hz). W szczególności proponujemy badanie fizjologicznych HFO w polach magnetycznych wywołanych czuciowo, słuchowo, wzrokowo i językowo oraz badanie patologicznych HFO w padaczce, migrenie i innych zaburzeniach. Jest to bardzo ważne klinicznie z wielu powodów.

Na przykład w Stanach Zjednoczonych jest od 400 000 do 600 000 pacjentów z padaczką oporną na leczenie. Ponieważ napadów tych pacjentów nie można kontrolować żadnymi lekami, operacja padaczki jest jednym z potencjalnych lekarstw. Dokładna identyfikacja stref iktogennych, obszarów mózgu powodujących drgawki, jest niezbędna do zapewnienia korzystnego wyniku zabiegu. Niestety, istniejąca metoda, elektrokortykografia (ECoG), wymaga umieszczenia elektrod na powierzchni mózgu w celu wychwytywania impulsów (zwykle 14-70 Hz), co jest bardzo ryzykowne i kosztowne. Niniejsza praca ma na celu wykorzystanie magnetoencefalografii (MEG) i elektroencefalografii (EEG) do nieinwazyjnej identyfikacji stref iktogenicznych. Aby osiągnąć ten cel, zaproponowaliśmy wykrywanie sygnałów mózgowych o wysokiej częstotliwości (70-2500 Hz) i niskiej częstotliwości (< 14 Hz) za pomocą zaawansowanych metod przetwarzania sygnałów. Naszą główną hipotezą jest to, że sygnały mózgowe o wysokiej częstotliwości doprowadzą do znacznie lepszych wskaźników wolności od napadów w porównaniu z skokami. Hipoteza ta opiera się na ostatnich doniesieniach, że sygnały mózgowe o wysokiej częstotliwości są zlokalizowane w strefach iktogennych.

Opierając się na naszych unikalnych zasobach i umiejętnościach, planujemy zająć się czterema celami. Najpierw określimy ilościowo zgodność przestrzenną między sygnałami MEG i ECoG zarówno w zakresie niskich, jak i wysokich częstotliwości. Stawiamy hipotezę, że strefy iktogeniczne określone przez inwazyjny ECoG mogą być nieinwazyjnie wykrywane i lokalizowane za pomocą sygnałów MEG o wysokiej częstotliwości. Po drugie, określimy ilościowo zgodność występowania między sygnałami EEG i ECoG zarówno w zakresie niskich, jak i wysokich częstotliwości. Stawiamy hipotezę, że epileptyczne sygnały o wysokiej częstotliwości ze stref iktogennych określonych przez inwazyjną ECoG można również nieinwazyjnie wykryć za pomocą EEG, chociaż lokalizacja EEG może być znacznie gorsza niż lokalizacja MEG. Po trzecie, ustalimy, czy operacja padaczki oparta na sygnałach wieloczęstotliwościowych (sygnały mózgowe o niskiej częstotliwości, impulsy i sygnały mózgowe o wysokiej częstotliwości), zamiast samych impulsów, prowadzi do lepszego wyniku napadu. Stawiamy hipotezę, że operacja padaczki kierowana sygnałami mózgowymi o wysokiej częstotliwości wykrywanymi za pomocą MEG / EEG znacznie poprawi wyniki chirurgiczne. Po czwarte, ustalimy, czy analizy wieloczęstotliwościowe dostarczają więcej informacji niż analiza pojedynczej częstotliwości do szacowania stref epileptogennych dla przedoperacyjnej implantacji elektrody ECoG. Stawiamy hipotezę, że objęcie wszystkich obszarów mózgu generujących aktywność padaczkową od niskiej do wysokiej częstotliwości jest warunkiem wstępnym zlokalizowania wielu stref iktogennych w celu uzyskania korzystnych wyników pooperacyjnych. Aby uzyskać ostateczne wyniki, proponujemy wieloośrodkowe badanie w celu ustalenia, czy sygnały mózgowe o wysokiej częstotliwości są nowymi biomarkerami znacząco poprawiającymi wyniki operacji padaczki. Zgodnie z naszymi danymi pilotażowymi, że lokalizacja stref epileptogennych za pomocą sygnałów MEG o wysokiej częstotliwości może zwiększyć o około 30-40% pooperacyjną wolność napadów, proponowane badanie powinno skutkować uwolnieniem milionów pacjentów z padaczką oporną na leczenie. Badanie to kładzie również podwaliny pod wykorzystanie sygnałów mózgowych o niskiej i wysokiej częstotliwości jako nowych biomarkerów do diagnozowania i leczenia wielu innych zaburzeń (np. migrena, autyzm).