Avaliação da dinâmica do processo ictal por meio de amostras vetoriais de campo elétrico
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Evaluation of the ictal process dynamics using vector samples of electric field
Primeiro orientador
Membros da banca
Vinícius Rosa Cota
Maria Elisa Calcagnotto
Adriano Tort
Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes
Maria Elisa Calcagnotto
Adriano Tort
Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes
Resumo
A epilepsia é uma doença que afeta cerca de 50 milhões de pessoas,
constituindo um dos distúrbios neurológicos mais prevalentes no mundo. Como
os mecanismos responsáveis pela propagação da crise nos circuitos neurais
ainda não estão totalmente elucidados, a compreensão da dinâmica ictal é
fundamental para o diagnóstico, tratamento e desenvolvimento de modelos de
previsão e prevenção das crises epilépticas. Neste trabalho, propôs-se o uso
do Vector-EEG (Vector-Electroencephalogram), uma técnica de vetorização de
registros eletroencefalográficos, para o estudo da dinâmica do recrutamento de
circuitos neurais durante processos ictogênicos. A primeira etapa do estudo
analisou padrões eletrográficos hipocampais sob influência de estímulos
elétricos aplicados na amígdala basolateral, o que permitiu o estudo dos
circuitos participantes do processo ictogênico em um modelo de crise
generalizada. Os resultados indicaram que a estimulação da amígdala provoca
um potencial evocado no hipocampo e que a rede neural é progressivamente
acoplada aos estímulos. Demonstrou-se que o Vector-EEG apresenta
características distintas do EEG convencional, permitindo a identificação de um
estado de competição entre circuitos que antecede a crise eletrográfica,
seguido pela dominância de um único circuito sincronizado à via facilitada pela
estimulação. A segunda fase da tese investigou a diversidade e a dinâmica de
ativação de circuitos envolvidos no status epilepticus em um modelo de
epilepsia focal, com registros realizados bilateralmente nos hipocampos e
amígdalas basolaterais. A aplicação do Vector-EEG revelou um repertório de
circuitos mais amplo do que aquele obtido pela análise do EEG. Também foram
identificados circuitos preferencialmente ativos em períodos específicos da
crise, além de circuitos especializados em crises isoladas, indicando o aumento
da complexidade da rede envolvida nos sucessivos eventos ictais. Este
trabalho também descreve o desenvolvimento de um sistema de aquisição de
sinais eletrofisiológicos de baixo custo, o MicroMAP, incluindo metodologias
para montagem do conversor analógico-digital e para construção de implantes
com múltiplas regiões cerebrais. O sistema constitui uma solução de baixo
custo para registros eletrofisiológicos, com grande potencial para explorar
processos epileptogênicos em experimentos paralelos de longa duração. Por
fim, apresenta-se a biblioteca CircadiPy para análise de séries temporais
cronobiológicas. Desenvolvida em Python, ela oferece um conjunto de
ferramentas para a extração de dados rítmicos, como atividade locomotora,
expressão gênica e temperatura corporal, importantes para o estudo sistêmico
dos processos epileptogênicos.
Abstract
Epilepsy is a disease that affects approximately 50 million people, making it one
of the most prevalent neurological disorders worldwide. Since the mechanisms
responsible for seizure propagation across neural circuits are not yet fully
understood, understanding ictal dynamics is essential for diagnosis, treatment,
and the development of models for seizure prediction and prevention. In this
work, we propose the use of Vector-EEG (Vector-Electroencephalogram), a
technique for vectorization of electroencephalographic recordings, to study the
dynamics of neural circuit recruitment during ictogenic processes. The first
stage of the study analyzed hippocampal electrographic patterns under the
influence of electrical stimulation applied to the basolateral amygdala, which
enabled the investigation of circuits involved in the ictogenic process in a
generalized seizure model. The results indicated that amygdala stimulation
evokes a potential in the hippocampus and that the neural network is
progressively coupled to the stimuli. We demonstrated that Vector-EEG displays
characteristics distinct from conventional EEG, allowing the identification of a
competitive state among circuits that precedes the electrographic seizure,
followed by the dominance of a single circuit synchronized with the pathway
facilitated by stimulation. The second phase of the thesis investigated the
diversity and activation dynamics of circuits involved in status epilepticus in a
focal epilepsy model, with bilateral recordings in the hippocampi and basolateral
amygdalae. Application of Vector-EEG revealed a broader repertoire of circuits
than that obtained through conventional EEG analysis. Circuits preferentially
active during specific seizure periods, as well as circuits specialized in isolated
seizures, were identified, indicating increasing network complexity across
successive ictal events. This work also describes the development of a low-cost
electrophysiological signal acquisition system, MicroMAP, including
methodologies for assembling the analog-to-digital converter and constructing
implants targeting multiple brain regions. The system provides a low-cost
solution for electrophysiological recordings with great potential for exploring
epileptogenic processes in long-term parallel experiments. Finally, we present
CircadiPy, a Python library for the analysis of chronobiological time series. It
offers a set of tools for extracting rhythmic data, such as locomotor activity,
gene expression, and body temperature, which are important for systemic
studies of epileptogenic processes
Assunto
Engenharia elétrica, Epilepsia do lobo temporal, Eletrofisiologia, Eletroencefalografia, Circuitos neurais
Palavras-chave
Ictogênese, Vector-EEG, Eletrofisiologia, Circuitos neurais, Aquisição de sinais
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