Алгоритм лучше определяет причину приступа, что позволяет проводить более точные хирургические вмешательства
Эпилепсия — одно из самых распространенных неврологических заболеваний в мире, которым страдают более 50 миллионов человек. Хотя большинство форм можно лечить терапевтическими средствами, пациентам с лекарственно-устойчивой эпилепсией часто требуется хирургическое вмешательство для лечения приступов.
В таких случаях нейрохирурги обычно вырезают часть мозга, ответственную за запуск припадков . Но даже эти инвазивные методы эффективны лишь примерно в 60% случаев.
Новый инструмент, разработанный нейроинженерами из Университета Дьюка, может помочь улучшить результаты хирургических вмешательств, позволяя нейрохирургам точнее определять области мозга, где возникают припадки.
Исследование опубликовано в журнале Brain .
Чтобы определить область мозга, ответственную за эпилепсию у пациента, врачи сначала используют ЭЭГ для записи мозговой активности во время припадка, прикрепляя электроды вокруг черепа пациента. Если это не дает достаточно информации, они используют стерео-ЭЭГ, которая требует введения электродов в предполагаемые области мозга через небольшие отверстия, просверленные в черепе. Хотя стерео-ЭЭГ более инвазивна, она обеспечивает более высокое разрешение записи мозговой активности во время припадка, чем ЭЭГ.
«Если [мы видим] мозг [как карту] Европы, стерео-ЭЭГ может сказать нам, происходит ли приступ в Брюсселе или Берлине. Если сигнал поступает из Брюсселя, то хирург удаляет Брюссель», — сказал Уоррен Грилл, почетный профессор биомедицинской инженерии Школы Эдмунда Т. Пратта-младшего.
Но эти стерео-ЭЭГ записи не показывают полный путь распространения приступа по мозгу; они показывают только область с самой высокой активностью. Хотя область с самыми большими сигналами может указывать на область, вызывающую приступ, она также может быть результатом объединения сигналов по мере распространения приступа по нервным путям и не указывать на область, которую необходимо удалить.
«Допустим, электрод, который дает вам самые большие сигналы, находится в Брюсселе, но активность на самом деле началась в Брюгге», — сказал Грилл. «Поэтому, когда вы удаляете Брюссель, пациенту не становится лучше, потому что вы не вырезали область, вызывающую проблему».
Чтобы решить эту проблему, Брэндон Тио, недавний выпускник лаборатории Grill и первый автор статьи, разработал TEDIE. Сокращение от Temporally Dependent Iterative Expansion (временно зависимое итеративное расширение), алгоритм собирает сигналы с каждого имплантированного электрода и реконструирует, как нейронная активность перемещается и изменяется во время приступа.
«Все, что вам нужно, — это данные визуализации мозга пациента и записи стерео-ЭЭГ, чтобы алгоритм мог создать фильм, показывающий, где возник приступ и как он прошел по мозгу», — сказал Тио. «Мы не просто говорим вам, где он начинается, мы также говорим, насколько он большой. Если вы собираетесь пройти инвазивную операцию на мозге, чтобы вырезать часть мозга, вы хотите быть уверены, что вы удалите все это с первой попытки».
После разработки команда протестировала TEDIE на симулированных приступах с известными размерами и локациями и продемонстрировала производительность, которая существенно превзошла другие текущие алгоритмы. Затем они применили TEDIE к данным пациентов, проанализировав стерео-ЭЭГ-записи 46 пациентов с эпилепсией из Медицинского центра Университета Дьюка и Университета Пенсильвании.
Анализ показал, что реконструкции TEDIE точно идентифицировали области, которые были удалены у пациентов, у которых после операции не было симптомов эпилепсии.
Алгоритм также позволил идентифицировать места возникновения приступов, которые отличались от удаленных областей у пациентов, у которых симптомы продолжали проявляться после операции. Грилл, Тио и их коллеги использовали TEDIE для определения потенциальных новых хирургических целей у 12 из 23 пациентов с симптомами эпилепсии, которые сохранялись после операции.
Воодушевленная этим успехом, команда надеется расширить свою работу, внедрив TEDIE в клинические исследования. Они также хотят адаптировать алгоритм для использования в обычной ЭЭГ и тем самым уменьшить необходимость в инвазивной стерео-ЭЭГ и предоставить более доступный инструмент для неэкспертных эпилептических центров. И, добавляет команда, TEDIE более чем способен картировать мозговую активность для поддержки основных нейробиологических исследований.
«Эпилепсия — очень сложное заболевание. У некоторых людей врачи удаляют части мозга, и пациенту становится лучше, но затем через год приступы возвращаются», — сказал Тио. «TEDIE, скорее всего, не доведет эффективность до 100%, но мы надеемся, что он улучшит текущий показатель клинической успешности в 60%».