University of Jyväskylä | JYX Digital Repository

  • English  | Give feedback |
    • suomi
    • English
 
  • Login
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.
View Item 
  • JYX
  • Opinnäytteet
  • Väitöskirjat
  • View Item
JYX > Opinnäytteet > Väitöskirjat > View Item

Brain connectivity analysis in epilepsy for epileptogenic focus localization

Thumbnail
View/Open
19.Mb

Downloads:  
Show download detailsHide download details  
Published in
JYU dissertations
Authors
Ren, Ye
Date
2019

 
Abnormal brain neural activities lead to abnormality and complexity of brain network connectivity in patients with epilepsy. The purpose of this research is to investigate the characteristics of brain connectivity and to explore more accurate localization methods of the epileptogenic foci in drug-resistant epilepsy. Brain connectivity measures based on synchronization were first evaluated on electroencephalogram data in healthy subjects to find different performance in detecting the synchronization dynamics in the brain network. Spatial and temporal phase-amplitude coupling characteristics between low and high frequency electrocorticogram data were then estimated in patients with temporal lobe epilepsy. The ‘fall-max’ phase-amplitude coupling pattern appeared in the middle period of seizure was suggested as a reliable biomarker of epileptogenic zone, which provides insight into the underlying neural dynamic between low and high frequency neural activities in the epileptic brain network. Effective connectivity and topology characteristics of the brain network were investigated as well in patients with temporal lobe epilepsy by adopting high temporal resolution effective connectivity measure combined with graph metrics on electrocorticogram data, which describes in detail the strength and direction of information transmission. The transient seizure onset effective connectivity network provides more accurate localization of seizure onset zone and epileptogenic zone. In addition, functional connectivity and source localization were studied on electroencephalogram data of a patients with reflex seizure, which provides insights on generation and propagation of epileptic activities, as well as the local and global topology characteristics on cortical level network. Overall, this research examined the performance of various brain connectivity measures by analyzing the functional connectivity and effective connectivity in healthy people and epilepsy patients, and explored more accurate methods for localization of epileptogenic foci. It provides insights into the underlying mechanism of epileptic brain network connectivity and an important reference for the preoperative evaluation of clinical epilepsy surgery, which can improve the localization accuracy of epileptogenic foci and reduce the probability of epileptic seizures. Keywords: brain connectivity, synchronization, epilepsy, epileptogenic focus, localization ...
 
Epilepsiaa sairastavilla potilailla aivojen poikkeavat neuraaliset aktiviteetit aiheuttavat poikkeavuuksia ja kompleksisuutta aivoverkostojen konnektiviteetteihin. Tämän väitöskirjan tarkoituksena on tutkia aivojen konnektiviteettien ominaisuuksia ja kehittää tarkempia menetelmiä epileptogeenisen fokuksen paikallistamisessa lääkeresistentissä epilepsiassa. Synkronointiin perustuvia aivojen konnektiviteettimittauksia evaluoidaan ensimmäiseksi terveiden henkilöiden aivosähkökäyristä (EEG), tavoitteena havaita eroavaisuuksia aivoverkostojen synkronian dynamiikassa. Sen jälkeen arvioitiin temporaaliepileptisten potilaiden elektokortikografisesta (ECoG) matalan ja korkean taajuuden datasta spatiaalinen ja ajallinen vaihe-amplitudikytkös. Löydettyä nk. ’fall-max’ vaihe-amplitudikytköstä, joka ilmeni kohtauksen keskivaiheilla, ehdotetaan luotettavaksi biomarkkeriksi aivojen epileptogeenisellä aluella, mikä havainto lisää ymmärrystä epileptisten potilaiden aivojen matalan ja korkea taajuuden neuraalisten akvititeettien väliseen dynamiikkaan. Lisäksi tutkittiin näiden potilaiden datasta aivoverkostojen efektiivinen konnektiviteetti ja topologia soveltamalla korkeamman aikaresoluution konnektiviteettimittareita yhdistettynä elektokortikografisesta datasta saatuihin graafisiin metriikoihin, jotka kuvaavat yksityiskohtaisesti informaation siirtymisen voimakkuuden ja suunnan. Kohtauksen transientin alkukohdan konnetiviteettiverkosto antaa tarkemman paikannuksen kohtauksen alkukohdalle ja epileptogeeniselle aluelle. Lisäksi tutkittiin toiminnallista konnektiviteettia ja paikannusta niiden potilaiden aivosähkökäyristä, joilla havaittiin refleksikohtauksia. Tämä tutkimus lisää ymmärrystä epileptisen aktiviteetin syntyyn ja etenemiseen sekä aivokuoritason verkoston paikalliseen ja globaaliin topologiapiirteisiin. Kaiken kaikkiaan, tässä väitöskirjassa tutkittiin erilaisten aivoverkostojen konnektiviteettien mittaustapojen suosituskykyä analysoimalla terveiden ja epileptisten potilaiden aivojen toiminnallista ja efektiivistä konnektiviteettia, kehittäen samalla tarkempia menetelmiä epileptogeenisen fokuksen paikallistamiseen. Tutkimus lisää ymmärrystä epileptisen aivoverkon konnektiviteetin mekanismeihin ja tärkeän referenssin pre-operatiiviseen evaluointiin kliinisessä epilepsialeikkauksessa, antaen parannetun paikannustarkkuuden epileptogeeniselle fokukselle ja näin ollen pienentäen epilepsiakohtausten todennäköisyyttä. Avainsanat: aivojen konnektiviteetti, sykronointi, epilepsia, elileptogeeninen fokus, paikannus ...
 
ISBN
978-951-39-7954-6
Contains publications
  • Artikkeli I: Liang, Z., Ren, Y., Yan, J., Li, D., Voss, L. J., Sleigh, J. W., & Li, X. (2016). A comparison of different synchronization measures in electroencephalogram during propofol anesthesia. Journal of Clinical Monitoring and Computing, 30 (4), 451-466. DOI: 10.1007/s10877-015-9738-z
  • Artikkeli II: Liang, Z., Bai, Y., Ren, Y., Li, X. (2016). Synchronization Measures in EEG signals, In Signal Processing in Neuroscience, Springer. p. 167-202. DOI: 10.1007/978-981-10-1822-0_9
  • Artikkeli III: Zhang, R., Ren, Y., Liu, C., Xu, N., Li, X., Cong, F., . . . , & Wang, Y. (2017). Temporal-spatial characteristics of phase-amplitude coupling in electrocorticogram for human temporal lobe epilepsy. Clinical Neurophysiology, 128 (9), 1707-1718. DOI: 10.1016/j.clinph.2017.05.020
  • Artikkeli IV: Ren, Y., Cong, F., Ristaniemi, T., Wang, Y., Li, X., & Zhang, R. (2019). Transient seizure onset network for localization of epileptogenic zone : effective connectivity and graph theory-based analyses of ECoG data in temporal lobe epilepsy. Journal of Neurology, 266 (4), 844-859. DOI: 10.1007/s00415-019-09204-4
  • Artikkeli V: Ren, Y., Li, X., Cong, F., Xiao, s., Zhang, Q., Ao, T., Zhang, J., Wang, Y., Ristaniemi, T., Zhang. R. (2019). EEG source localization and functional connectivity in a rare patient with cold-induced reflex epilepsy. Epileptic Disorders, ED-2019-08-0138, Under Review.
Keywords
aivotutkimus EEG epilepsia leikkaushoito markkerit epileptogeeninen fokus aivojen konnektiviteetti brain connectivity synchronization epilepsy epileptogenic focus localization
URI

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-7954-6

Metadata
Show full item record
Collections
  • JYU Dissertations [127]
  • Väitöskirjat [3032]

Related items

Showing items with similar title or keywords.

  • Transient seizure onset network for localization of epileptogenic zone : effective connectivity and graph theory-based analyses of ECoG data in temporal lobe epilepsy 

    Ren, Ye; Cong, Fengyu; Ristaniemi, Tapani; Wang, Yuping; Li, Xiaoli; Zhang, Ruihua (Springer Berlin Heidelberg, 2019)
    Objective: Abnormal and dynamic epileptogenic networks cause difficulties for clinical epileptologists in the localization of the seizure onset zone (SOZ) and the epileptogenic zone (EZ) in preoperative assessments of ...
  • Epilepsy in neuropathologically verified Alzheimer's disease 

    Rauramaa, Tuomas; Saxlin, Anna; Lohvansuu, Kaisa; Alafuzoff, Irina; Pitkänen, Asla; Soininen, Hilkka (Elsevier Ltd., 2018)
    Purpose Subjects with Alzheimer’s disease (AD) have been shown to be at a higher risk for epilepsy. The vast majority of the previous studies have not included a full neuropathological examination. Methods The objective ...
  • Musiikillisen harjaantuneisuuden vaikutus aivojen plastisiin muutoksiin 

    Kuivamäki, Tommi (2021)
    Musiikillinen harjaantuneisuus instrumentin opiskelun muodossa saatetaan usein nähdä myönteisessä valossa esimerkiksi yksilön hyvinvoinnin ja kognitiivisten kykyjen kannalta. Aina ei ole kuitenkaan selvää, löytyykö näille ...
  • Dynamic Functional Connectivity in the Musical Brain 

    Niranjan, Dipankar; Toiviainen, Petri; Brattico, Elvira; Alluri, Vinoo (Springer, 2019)
    Musical training causes structural and functional changes in the brain due to its sensory-motor demands. This leads to differences in how musicians perceive and process music as compared to non-musicians, thereby providing ...
  • Connectivity Patterns During Music Listening: Evidence for Action-Based Processing in Musicians 

    Alluri, Vinoo; Toiviainen, Petri; Burunat, Iballa; Kliuchko, Marina; Vuust, Peter; Brattico, Elvira (John Wiley & Sons, Inc., 2017)
    Musical expertise is visible both in the morphology and functionality of the brain. Recent research indicates that functional integration between multi-sensory, somato-motor, default-mode (DMN), and salience (SN) networks ...
  • Browse materials
  • Browse materials
  • Articles
  • Conferences and seminars
  • Electronic books
  • Historical maps
  • Journals
  • Tunes and musical notes
  • Photographs
  • Presentations and posters
  • Publication series
  • Research reports
  • Research data
  • Study materials
  • Theses

Browse

All of JYXCollection listBy Issue DateAuthorsSubjectsPublished inDepartmentDiscipline

My Account

Login

Statistics

View Usage Statistics
  • How to publish in JYX?
  • Self-archiving
  • Publish Your Thesis Online
  • Publishing Your Dissertation
  • Publication services

Open Science at the JYU
 
Data Protection Description

Accessibility Statement

Unless otherwise specified, publicly available JYX metadata (excluding abstracts) may be freely reused under the CC0 waiver.
Open Science Centre