Using computational models and clinical data from depth electrode implants to evaluate active probing paradigms in epilepsy

Abstract

Crises espontâneas recorrentes são a marca registrada da epilepsia, uma doença neurológica que afeta cerca de 1% da população mundial e tem maior incidência em países em desenvolvimento. Em geral, os eventos de crise (ou ictais) são identificados com relativa facilidade devido à sua natureza hipersíncrona e hiperexcitável. Porém, os mecanismos neuronais subjacentes que dão origem a tais eventos não são totalmente esclarecidos. Uma das principais formas de elucidar isso envolve a extração de atributos relevantes de sinais eletroencefalográficos que estão relacionados ao funcionamento neuronal anormal. Uma estratégia promissora para ressaltar e auxiliar na identificação desses atributos é o uso de paradigmas de sondagem ativa. Ou seja, estímulos de sondagem revelariam informações de sistemas neurais, que seriam inacessíveis (ou difíceis de detectar) por meio da observação passiva. Este trabalho avalia o uso de tais estratégias de sondagem em dois contextos diferentes. Na primeira parte desta tese, uma versão modificada de um conhecido modelo de massa neural é usada para testar como estímulos de sondagem de baixa frequência auxiliam na identificação de estados com alta suscetibilidade a crises. Mostramos que, conforme os parâmetros são alterados para trazer o modelo para a atividade ictal, os atributos extraídos da atividade neural simulada refletem essas mudanças quando os estímulos de sondagem são usados. Além disso, as mudanças reveladas pelos estímulos refletem o fenômeno de desaceleração crítica, no qual há um aumento nos tempos de recuperação a perturbações. Isso sinalizaria a perda de resiliência de um sistema e é uma marca comum de uma transição crítica iminente. A incorporação do método aqui avaliado em sistemas de previsão de crises poderia permitir o fechamento da malha de um sistema de intervenções para controle de crises. Na segunda parte do trabalho, uma tarefa auditiva foi utilizada para avaliar o processamento auditivo em pacientes com epilepsia submetidos à monitorização invasiva pré-cirúrgica, com registros de estereoeletroencefalografia (SEEG). Partimos da hipótese que as regiões envolvidas no início das crises exibiriam potenciais evocados auditivos em regime permanente (PEARP, ou ASSR) anormais a sons modulados em amplitude (AM). Ou seja, circuitos epileptogêncicos influenciariam a resposta oscilatória induzida por sons AM. Esse efeito poderia ser (i) na forma de respostas hipersíncronas anormais em regiões que geralmente não estão envolvidas no processamento deste tipo de estímulo, ou (ii) em respostas comprometidas caso os circuitos epileptogênicos prejudicassem o processamento auditivo central. Os resultados mostram que os PEARPs raramente foram observados em contatos dos eletrodos nas zonas de início das crises, contradizendo a primeira hipótese. Avaliar com precisão a segunda hipótese (de diminuição de PEARPs dentro de circuitos epileptogênicos) não foi possível devido à natureza altamente heterogênea dos dados e da grande variabilidade nos esquemas de implantes de todos os pacientes. Este trabalho mostrou o potencial dos estímulos de sondagem de baixa frequência para ressaltar atributos eletrográficos e revelar dinâmicas envolvidas na transição da atividade neural de estados interictais para ictais. No entanto, o uso de PEARPs para identificar com precisão as regiões epileptogênicas foi limitado. Esses tipos de respostas auditivas ainda são promissores para outros diagnósticos, como a identificação de lateralização ou susceptibilidade a crises, assim como outros tipos de estímulos podem ser úteis para identificar regiões epileptogênicas. Modelos computacionais e experimentais serão cruciais para definir as melhores estratégias e parâmetros de abordagens de sondagem ativa para a identificação de atividade anormal e epiléptica.