Elektrokortikografi - Electrocorticography

elektrokortikografi
Elektrokortikografi için kafa içi elektrot ızgarası.
Eş anlamlı	intrakraniyal elektroensefalografi
Amaç	serebral korteksten elektriksel aktiviteyi kaydedin.(invaziv)

Elektrokortikografi ( ECoG ) veya intrakraniyal elektroensefalografi ( iEEG ), serebral korteksten elektriksel aktiviteyi kaydetmek için doğrudan beynin açıkta kalan yüzeyine yerleştirilen elektrotları kullanan bir tür elektrofizyolojik izlemedir . Buna karşılık, geleneksel elektroensefalografi (EEG) elektrotları bu aktiviteyi kafatasının dışından izler. ECoG, ameliyat sırasında ameliyathanede (intraoperatif ECoG) veya ameliyat dışında (ekstraoperatif ECoG) yapılabilir. Elektrot ızgarasını implante etmek için bir kraniyotomi (kafatasına cerrahi bir kesi) gerektiğinden, ECoG invaziv bir prosedürdür.

Tarih

ECoG'ye 1950'lerin başında , Montreal Nöroloji Enstitüsü'ndeki beyin cerrahları Wilder Penfield ve Herbert Jasper tarafından öncülük edildi . İkisi , ciddi epilepsili hastaları tedavi etmek için kullanılan bir cerrahi protokol olan çığır açan Montreal prosedürünün bir parçası olarak ECoG'yi geliştirdi . ECoG tarafından kaydedilen kortikal potansiyeller, epileptik nöbetler oluşturan korteks bölgeleri olan epileptojenik bölgeleri belirlemek için kullanıldı . Bu bölgeler daha sonra rezeksiyon sırasında korteksten cerrahi olarak çıkarılacak ve böylece epileptik nöbetlerin başladığı beyin dokusunu yok edecekti. Penfield ve Jasper ayrıca lokal anestezi altında epilepsi ameliyatı geçiren hastalarda ECoG kayıtları sırasında elektrik stimülasyonu kullandı . Bu prosedür, beynin fonksiyonel anatomisini araştırmak, konuşma alanlarını haritalamak ve cerrahi olarak çıkarılmayan somatosensör ve somatomotor korteks alanlarını belirlemek için kullanıldı. Robert Galbraith Heath adlı bir doktor da Tulane Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde beyin üzerine ilk araştırmacılardan biriydi.

elektrofizyolojik temel

ECoG sinyalleri, doğrudan korteksin açıkta kalan yüzeyinden kaydedilen senkronize postsinaptik potansiyellerden ( yerel alan potansiyelleri ) oluşur. Potansiyeller öncelikle kortikal piramidal hücrelerde meydana gelir ve bu nedenle dura mater'nin (dış kraniyal membran) hemen altına yerleştirilmiş subdural kayıt elektrotlarına ulaşmadan önce serebral korteks, beyin omurilik sıvısı (BOS), pia mater ve araknoid mater'in birkaç katmanından iletilmelidir. . Bununla birlikte, geleneksel bir elektroensefalogramın (EEG) kafa derisi elektrotlarına ulaşmak için , elektrik sinyallerinin , kemiğin düşük iletkenliği nedeniyle potansiyellerin hızla azaldığı kafatası yoluyla da iletilmesi gerekir . Bu nedenle, ECoG'nin uzaysal çözünürlüğü EEG'den çok daha yüksektir, bu da cerrahi öncesi planlama için kritik bir görüntüleme avantajıdır. ECoG, yaklaşık 5 ms'lik bir zamansal çözünürlük ve 1 cm'lik bir uzamsal çözünürlük sunar.

Derinlik elektrotlarını kullanarak, yerel alan potansiyeli , elektrotun ucunun çevresinde 0,5–3 mm yarıçaplı bir küredeki nöral popülasyonun bir ölçüsünü verir. Yeterince yüksek bir örnekleme hızıyla (yaklaşık 10 kHz'den fazla), derinlik elektrotları ayrıca aksiyon potansiyellerini de ölçebilir . Bu durumda uzamsal çözünürlük bireysel nöronlara bağlıdır ve tek bir elektrotun görüş alanı yaklaşık 0,05-0,35 mm'dir.

prosedür

ECoG kaydı, maruz kalan kortekse yerleştirilen elektrotlardan gerçekleştirilir. Kortekse erişmek için, bir cerrah önce bir kraniotomi yapmalı ve beyin yüzeyini ortaya çıkarmak için kafatasının bir kısmını çıkarmalıdır. Fonksiyonel kortikal haritalama için hasta etkileşimi gerekiyorsa, bu prosedür genel anestezi altında veya lokal anestezi altında yapılabilir. Elektrotlar daha sonra ameliyat öncesi EEG ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) sonuçlarına göre yönlendirilerek korteksin yüzeyine cerrahi olarak implante edilir . Elektrotlar ya dura mater dışına (epidural) ya da dura mater altına (subdural) yerleştirilebilir. ECoG elektrot dizileri tipik olarak, konumlandırmayı kolaylaştırmak için her biri bir bilye ve soket bağlantısına monte edilmiş on altı steril, tek kullanımlık paslanmaz çelik, karbon uç, platin, Platin-iridyum alaşımı veya altın bilye elektrotlarından oluşur. Bu elektrotlar, "taç" veya "halo" konfigürasyonunda üstteki bir çerçeveye bağlanır. Subdural şerit ve ızgara elektrotları da 4 ila 256 elektrot temasına sahip çeşitli boyutlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Izgaralar şeffaf, esnektir ve her elektrot temasında numaralandırılmıştır. Izgara elektrotları arasındaki standart aralık 1 cm'dir; bireysel elektrotlar tipik olarak 5 mm çapındadır. Elektrotlar kortikal yüzeye hafifçe oturur ve beynin normal hareketlerinin yaralanmaya neden olmamasını sağlamak için yeterli esneklikte tasarlanmıştır. Şerit ve ızgara elektrot dizilerinin önemli bir avantajı, dura mater altından kraniyotomi tarafından açığa çıkarılmayan kortikal bölgelere kaydırılabilmesidir. Şerit elektrotlar ve taç dizileri, istenen herhangi bir kombinasyonda kullanılabilir. Derinlik elektrotları, hipokampus gibi daha derin yapılardan gelen aktiviteyi kaydetmek için de kullanılabilir .

DCES

Kortikal stimülasyon haritalaması olarak da bilinen doğrudan kortikal elektrik stimülasyonu (DCES), sıklıkla korteksin fonksiyonel haritalanması ve kritik kortikal yapıların tanımlanması için ECoG kaydı ile eşzamanlı olarak gerçekleştirilir. Bir taç konfigürasyonu kullanıldığında, elektrot dizisi boyunca herhangi bir yerde elde tutulan bir çubuk bipolar stimülatörü kullanılabilir. Bununla birlikte, bir subdural şerit kullanırken, elektrotları ızgaraya bağlayan iletken olmayan malzeme nedeniyle, bitişik elektrot çiftleri arasında stimülasyon uygulanmalıdır. Kortekse uygulanan elektriksel uyarıcı akımlar nispeten düşüktür, somatosensoriyel uyarım için 2 ila 4 mA arasında ve bilişsel uyarım için yaklaşık 15 mA'dır. Stimülasyon frekansı genellikle Kuzey Amerika'da 60 Hz ve Avrupa'da 50 Hz'dir ve 150 μC/cm2 üzerindeki herhangi bir yük yoğunluğu doku hasarına neden olur.

DCES aracılığıyla en yaygın olarak eşlenen işlevler birincil motor, birincil duyu ve dildir. Hasta katılımı her haritalama prosedürüne göre değişse de, hasta haritalama prosedürleri için uyanık ve etkileşimli olmalıdır. Dil haritalaması adlandırma, sesli okuma, tekrarlama ve sözlü anlama içerebilir; somatosensoriyel haritalama, cerrah farklı kortikal bölgeleri uyarırken hastanın yüz ve ekstremitelerde deneyimlenen duyumları tanımlamasını gerektirir.

Klinik uygulamalar

1950'lerdeki gelişiminden bu yana ECoG, ameliyat öncesi planlama sırasında epileptojenik bölgelerin yerini belirlemek, kortikal fonksiyonların haritasını çıkarmak ve epileptik cerrahi rezeksiyonun başarısını tahmin etmek için kullanılmıştır. ECoG, alternatif tanı yöntemlerine göre çeşitli avantajlar sunar:

• Kayıt ve uyarıcı elektrotların esnek yerleşimi
• Ameliyat öncesi, sırası ve sonrasında herhangi bir aşamada yapılabilir.
• Ameliyat sırasında kaçınılması gereken korteksin kritik bölgelerini belirleyerek beynin doğrudan elektriksel uyarımına izin verir.
• EEG kafa derisi kaydından daha yüksek hassasiyet ve hassasiyet – uzaysal çözünürlük daha yüksektir ve nöral aktiviteye daha yakın olmasından dolayı sinyal-gürültü oranı daha üstündür

ECoG'nin sınırlamaları şunları içerir:

• Sınırlı örnekleme süresi – nöbetler ( iktal olaylar) ECoG kayıt süresi boyunca kaydedilmeyebilir
• Sınırlı görüş alanı – elektrot yerleşimi, maruz kalan korteks alanı ve ameliyat süresi ile sınırlıdır, örnekleme hataları meydana gelebilir
• Kayıt, anesteziklerin, narkotik analjeziklerin ve ameliyatın kendisinin etkisine tabidir.

inatçı epilepsi

Epilepsi, şu anda yalnızca Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık 2,5 milyon insanı etkileyen, en sık teşhis edilen üçüncü nörolojik bozukluk olarak sıralanıyor. Epileptik nöbetler kroniktir ve toksinler veya bulaşıcı hastalıklar gibi hemen tedavi edilebilir nedenlerle ilişkili değildir ve etiyolojiye, klinik semptomlara ve beyindeki menşe yerine göre büyük ölçüde değişebilir. İnatçı epilepsisi ( antikonvülzanlara yanıt vermeyen epilepsisi) olan hastalar için cerrahi tedavi uygun bir tedavi seçeneği olabilir.

Ekstraoperatif ECoG

Bir hasta rezeksiyon cerrahisi için aday olarak tanımlanmadan önce, EEG epileptojenik doku kanıtı ile desteklenen korteks içinde yapısal bir lezyon varlığını göstermek için MRG yapılmalıdır. Bir lezyon tanımlandıktan sonra, lezyonun ve çevresindeki tahriş edici bölgenin yerini ve kapsamını belirlemek için ECoG yapılabilir. Kafa derisi EEG, değerli bir tanı aracı olmasına rağmen, epileptojenik bölgeyi lokalize etmek için gerekli hassasiyetten yoksundur. ECoG, epilepsili hastalarda nöronal aktiviteyi değerlendirmek için altın standart olarak kabul edilir ve lezyon ve epileptojenik bölgenin cerrahi rezeksiyonunu yönlendirmek için cerrahi öncesi planlamada yaygın olarak kullanılır. Ameliyatın başarısı epileptojenik bölgenin doğru lokalizasyonuna ve çıkarılmasına bağlıdır. ECoG verileri, bir nöbet sırasında kaydedilen "yaygın hızlı dalga aktivitesi" olan iktal spike aktivitesi ve epileptik olaylar arasında kaydedilen kısa nöronal aktivite patlamaları olan interiktal epileptiform aktivite (IEA) ile ilgili olarak değerlendirilir . ECoG, kalan epileptiform aktiviteyi tespit etmek ve ameliyatın başarısını belirlemek için rezeksiyon ameliyatından sonra da yapılır. ECoG'de rezeksiyonla değişmeyen artık sivri uçlar, kötü nöbet kontrolünü ve epileptojenik kortikal bölgenin tam olmayan nötralizasyonunu gösterir. Nöbet aktivitesini tamamen ortadan kaldırmak için ek cerrahi gerekebilir. Ekstraoperatif ECoG, epilepsi cerrahisi sırasında korunacak işlevsel olarak önemli alanları (aynı zamanda anlamlı korteks olarak da bilinir) lokalize etmek için de kullanılır. Ekstraoperatif ECoG sırasında motor, duyusal, bilişsel görevlerin, verilen görevlerin yürütülmesiyle ilgili alanlarda 70-110 Hz'de yüksek frekanslı aktivitenin genliğini arttırdığı bildirilmektedir. Görevle ilgili yüksek frekanslı aktivite, 10 milisaniye veya daha düşük bir zamansal çözünürlük ve 10 mm veya daha düşük bir uzamsal çözünürlük ile serebral korteksin "ne zaman" ve "nerede" etkinleştirildiğini ve engellendiğini canlandırabilir.

intraoperatif ECoG

Rezeksiyon cerrahisinin amacı, kabul edilemez nörolojik sonuçlara neden olmadan epileptojenik dokuyu çıkarmaktır. DCES ile birlikte kullanılan ECoG, epileptojenik bölgelerin kapsamını belirlemeye ve lokalize etmeye ek olarak, fonksiyonel kortikal haritalama için de değerli bir araçtır . Duyusal işlemeyi, motor koordinasyonunu ve konuşmayı korumak için cerrahın rezeksiyon sırasında hangi bölgeleri ayırması gerektiğini (" anlamlı korteks ") belirleyerek kritik beyin yapılarını tam olarak lokalize etmek hayati önem taşır . Fonksiyonel haritalama, hastanın cerrahla etkileşime girebilmesini gerektirir ve bu nedenle genel anestezi yerine lokal anestezi altında yapılır. Kortikal ve akut derinlik elektrotları kullanılarak elektriksel uyarım, konuşma merkezlerini, somatosensoriyel entegrasyon ve somatomotor işlemeyi belirlemek için korteksin farklı bölgelerini araştırmak için kullanılır. Rezeksiyon cerrahisi sırasında dokunun epileptik aktivitesini izlemek ve tüm epileptojenik bölgenin rezeksiyonunu sağlamak için intraoperatif ECoG de yapılabilir.

Rezeksiyon cerrahisinde ekstraoperatif ve intraoperatif ECoG kullanımı birkaç on yıldır kabul edilen bir klinik uygulama olmasına rağmen, son çalışmalar bu tekniğin kullanışlılığının bir hastanın sergilediği epilepsi tipine göre değişebileceğini göstermiştir. Kuruvilla ve Flink, intraoperatif ECoG'nin uyarlanmış temporal lobektomilerde, çoklu subpial transeksiyonlarda (MST) ve kortikal gelişim malformasyonlarının (MCD'ler) giderilmesinde kritik bir rol oynamasına rağmen, medial temporal lobun standart rezeksiyonunda pratik bulunmadığını bildirdi. MRG ile mezial temporal skleroz (MTS) kanıtı olan epilepsi (TLE). Wennberg, Quesney ve Rasmussen tarafından yapılan bir çalışma, frontal lob epilepsisi (FLE) vakalarında ECoG'nin ameliyat öncesi önemini göstermiştir.

Araştırma uygulamaları

ECoG son zamanlarda beyin-bilgisayar arayüzlerinde (BCI) kullanım için umut verici bir kayıt tekniği olarak ortaya çıkmıştır . BCI'ler, bireyin beyin sinyallerinin doğrudan kullanımı yoluyla protez, elektronik veya iletişim cihazlarının kontrolünü sağlayan doğrudan nöral arayüzlerdir. Beyin sinyalleri, doğrudan kortekse implante edilen kayıt cihazlarıyla invaziv olarak veya EEG kafa derisi elektrotları kullanılarak invaziv olmayan bir şekilde kaydedilebilir. ECoG, iki yöntem arasında kısmen invaziv bir uzlaşma sağlamaya hizmet eder - ECoG, invaziv kayıt cihazları gibi kan-beyin bariyerini geçmez, EEG'den daha yüksek bir uzaysal çözünürlüğe ve daha yüksek sinyal-gürültü oranına sahiptir. ECoG, son zamanlarda, kullanıcıların basitçe BCI'nin doğrudan yorumlayabileceği kelimeleri, cümleleri veya müziği hayal ettiği "gerçek" BCI'lara yol açabilecek hayali konuşma veya müziğin kodunu çözme konusunda dikkat çekmiştir.

Nöroşirürjiyi desteklemek için fonksiyonel bölgeleri lokalize etmeye yönelik klinik uygulamalara ek olarak, ECoG ile gerçek zamanlı fonksiyonel beyin haritalaması, sinirbilimdeki temel sorulara yönelik araştırmaları desteklemek için dikkat çekmiştir. Örneğin, 2017'de yapılan bir araştırma, yüz ve renk işleme alanlarındaki bölgeleri araştırdı ve bu alt bölgelerin görmenin farklı yönlerine oldukça spesifik katkılar sağladığını buldu. Başka bir çalışma, 70-200 Hz arasındaki yüksek frekanslı aktivitenin hem geçici hem de sürekli karar verme ile ilişkili süreçleri yansıttığını buldu. ECoG'ye dayalı diğer çalışma, beyin aktivitesini yorumlamak için yeni bir yaklaşım sunarak, hem güç hem de fazın, doğrudan kortikal uyarılabilirliği düzenleyen anlık voltaj potansiyelini ortaklaşa etkilediğini öne sürdü. Hayali konuşma ve müziğin şifresini çözmeye yönelik çalışma gibi, gerçek zamanlı işlevsel beyin haritalamayı içeren bu araştırma yönergelerinin de hem beyin cerrahisi hem de BCI sistemleri dahil olmak üzere klinik uygulama için etkileri vardır. Bu gerçek zamanlı işlevsel haritalama yayınlarının çoğunda kullanılan sistem, "CortiQ" . hem araştırma hem de klinik uygulamalar için kullanılmıştır.

Son gelişmeler

Elektrokortikogram, epileptojenik bölgeleri tanımlamak için hala " altın standart " olarak kabul edilmektedir ; ancak, bu prosedür riskli ve oldukça invazivdir. Son çalışmalar, invaziv ECoG'nin benzer bilgi ve çözümünü sağlayabilecek cerrahi öncesi planlama için noninvaziv kortikal görüntüleme tekniğinin gelişimini araştırdı.

Yeni bir yaklaşımla Lei Ding ve ark. ECoG'ye invaziv olmayan bir alternatif sağlamak için yapısal bir MRI ve kafa derisi EEG'si tarafından sağlanan bilgileri entegre etmeye çalışın. Bu çalışma, konumları görüntülemek ve kafa derisi EEG'sinden mevcut kaynakların kapsamını tahmin etmek için yüksek çözünürlüklü bir altuzay kaynak yerelleştirme yaklaşımı olan FINE'ı (ilk ilke vektörleri) araştırdı. Epileptojenik kaynakları belirlemek için alt uzay korelasyon değerlerinin elde edilen tomografisine bir eşikleme tekniği uygulandı. Bu yöntem, inatçı epilepsisi olan üç pediatrik hastada test edilmiş ve cesaret verici klinik sonuçlar elde edilmiştir. Her hasta yapısal MRI, kafa derisi elektrotları ile uzun süreli video EEG izleme ve ardından subdural elektrotlar kullanılarak değerlendirildi. ECoG verileri daha sonra doğrudan korteksin yüzeyine yerleştirilmiş implante edilmiş subdural elektrot ızgaralarından kaydedildi. Her konu için MR ve bilgisayarlı tomografi görüntüleri de elde edildi.

Ameliyat öncesi EEG verilerinden tanımlanan epileptojenik bölgeler, her üç hastada da ameliyat sonrası ECoG verilerinden elde edilen gözlemlerle doğrulandı. Bu ön sonuçlar, açıklanan görüntüleme ve birleştirme yöntemlerini kullanarak cerrahi planlamayı yönlendirmenin ve epileptojenik bölgeleri invaziv olmayan bir şekilde yerleştirmenin mümkün olduğunu göstermektedir. EEG bulguları, her üç hastanın da cerrahi sonuçlarıyla daha da doğrulandı. Cerrahi rezeksiyondan sonra iki hasta nöbetsizdir ve üçüncü hasta nöbetlerde önemli bir azalma yaşamıştır. Klinik başarısı nedeniyle FINE, invaziv olmayan bir görüntüleme prosedürü aracılığıyla epileptojenik kaynakların hem yeri hem de kapsamı hakkında bilgi sağlayarak ameliyat öncesi ECoG'ye umut verici bir alternatif sunar.

Ayrıca bakınız

Referanslar