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 networ
k. 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
...
