Neuronala och nätverksmekanismer för elektrokortikal stimulering

Kartläggning av elektrokortikal stimulering (ECS) har använts rutinmässigt i många decennier för att informera kirurger om hjärnområden att undvika när de planerar kirurgiska resektioner för tumörer eller epilepsi. Särskilt de områden som är "kritiska" för tal och språk är viktiga att identifiera. Ändå, trots sin långa historia av klinisk användning, är de exakta mekanismerna för ECS dåligt förstådda. Till exempel är det inte känt hur olika kortikala lager och celltyper svarar på ECS. Dessutom är det inte ens klart om ECS beteendeeffekter beror på att enbart påverka den underliggande cortex, orsaka transsynaptisk aktivering av andra cortex, eller direkt påverka både cortex och den underliggande vita substansen.

Ett primärt mål med detta projekt är att bestämma effekterna av ECS på det kortikala nätverket och subkortikal vit substans. Detta mål kommer att testas på två sätt. Först kommer studien att fastställa förhållandet mellan ECS effekter och kortikala anslutningsmönster. Detta kommer att åstadkommas med hjälp av grafteoretiska mått för att analysera elektrokortikografi (ECoG) och funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) från personer med epilepsi eller hjärntumörer. Detta kommer att möjliggöra inspelning av intrakraniellt EEG (ECoG eller stereo EEG) utan att lägga till väsentlig extra risk från den planerade kliniska behandlingen för dessa tillstånd. Studien kommer att undersöka både statiska och dynamiska nätverksanslutningsmönster, definierade med hjälp av statiska och dynamiska grafmått som mäter anslutningsmöjligheter i olika skalor (lokal, interregional, global). Studien antar att strukturella (a.k.a. anatomiska) och funktionella anslutningsmönster för en kortikal plats bestämmer dess betydelse för språknätverket. För att testa denna hypotes kommer studien att använda mått på strukturell och funktionell anslutning för att förutsäga vilka noder som är märkta som kritiska av ECS.

För det andra kommer studien att testa hypotesen att ECS beteendeeffekter också beror på direkt störande kortiko-kortikal vit substans. Studien kommer att använda fokal kortikal kylning som ett sätt att testa respektive effekt på språkfunktionen av kylning (som bara hämmar cortex) jämfört med ECS (som kan störa cortex och underliggande vit substans), såväl som kombinerad ECS och kylning.