Ny analyse af hjernens netværksaktivitet giver unik indsigt i epileptiske anfald

Epilepsi er en kompleks neurologisk lidelse, der rammer cirka 50 millioner mennesker verden over. Selvom denne sygdom har været kendt for at eksistere i århundreder, den nøjagtige mekanisme for dets kardinalsymptom, det epileptiske anfald, forbliver dårligt forstået. Faktisk, cirka 25 procent af epileptiske anfald kan ikke kontrolleres af nogen af ​​de tilgængelige terapier i dag.

Nylige fremskridt har ført til en konceptualisering af epilepsi som en "netværkssygdom", der udviser forbindelser i hjernen. Dette store epileptiske netværk omfatter forskellige områder af hjernen, der er involveret i normal hjerneaktivitet under både anfaldsfrie intervaller og dem, der er involveret i såkaldte patofysiologiske aktiviteter, såsom anfald.

Lidt ved man, imidlertid, om hvilke specifikke områder i hjernen, der bidrager til en patients epileptiske netværk eller de roller, disse forskellige områder spiller. Som en gruppe forskere i Tyskland nu rapporterer denne uge i Kaos , en måde at komme tættere på den komplekse ledningsføring i den menneskelige hjerne er ved at fusionere begreber fra en tidsbaseret synkroniseringsteori og rumbaseret netværksteori til at konstruere funktionelle hjernenetværk.

Indtil nu, det "anfaldsskabende område" i hjernen-hvor de tidligste tegn på anfaldsaktivitet kan observeres-blev betragtet som det vigtigste af disse regioner. Dette fund var baseret på meget begrænsede data, og det var uklart, om dets betydning ændrer sig med tiden.

Med denne nye analytiske tilgang, Professor Klaus Lehnertz, leder af Neurophysics Group i Epileptologisk Institut ved University of Bonn, og hans gruppe undersøgte den tidsmæssige og rumlige variation i betydningen af ​​hjernens forskellige regioner.

"Ny udvikling inden for netværksteori giver kraftfulde værktøjer til at konstruere såkaldte 'funktionelle netværk' ud fra observationer af hjerneaktiviteter såsom elektroencefalogram (EEG), og hjælper med at identificere de vigtige noder og links inden for sådanne netværk, "Sagde Lehnertz.

Ved at knytte netværksnoder til individuelt samplede hjerneområder, Lehnertzs ​​gruppe kan definere en forbindelse mellem et par noder ved at vurdere graden af ​​synkronisering mellem neuronale signaler fra alle par af noder; jo højere grad, jo stærkere forbindelsen.

"Anvendelse af disse analysekoncepter til flerkanals langsigtede EEG-optagelser fra 17 epilepsipatienter med høj tidsopløsning gjorde det muligt for os at udlede en række funktionelle hjernenetværk, der strækker sig over flere dage, sagde Christian Geier, en doktorand, der arbejder med Lehnertz. "For hvert netværk, vi vurderer forskellige aspekter af betydningen af ​​enkelte hjerneområder med forskellige centralitetsindeks, der tidligere blev udviklet for samfundsvidenskaberne. Derefter, vi undersøger, hvordan betydningen af ​​netværksnoder svinger over tid. "

Gruppens arbejde er særlig betydningsfuldt, fordi de for første gang viste, hvordan betydningen af ​​individuelle noder inden for funktionelle hjernenetværk svinger på tidsskalaer, der strækker sig over snesevis af sekunder op til dage. De viste endvidere, at disse udsving stort set kan tilskrives det normale, daglige rytmer hos en patient, alligevel kun minimalt tilskrives fænomener, der er direkte relateret til sygdommen.

Måske er deres mest spændende fund, at generelt ifølge Geier, der er ikke et konstant vigtige hierarki mellem hjerneområder.

"Hellere, de skiftes i betydning på forskellige tidsskalaer, "Sagde Geier." Og, afhængigt af hvilket aspekt af betydning der vurderes, det anfaldsskabende område er ikke-som man plejer-den vigtigste knude inden for et stort epileptisk netværk. "

Forståelserne fra denne forskning er en del af det nødvendige fundament for at udvikle behandlinger relateret til årsagerne og symptomerne på epilepsi.

"Når forskellige hjerneområder antager den største betydning inden for et funktionelt hjernenetværk, er nøglen til at forbedre både forudsigelse og kontrol af epileptiske anfald, "Sagde Lehnertz." I det lange løb, denne forbedrede forståelse kan muligvis udvikle bedre behandlingsmuligheder for patienter, der lider af epilepsi. Og at forstå vigtigheden af ​​knuderne og forbindelserne til funktionelle hjernenetværk kan også være relevant for andre neurologiske sygdomme. "