Einblick ohne Inzision: Fortschritte in der nichtinvasiven Bildgebung des Gehirns bieten Verbesserungen bei der Epilepsie-Chirurgie

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Anonim

Etwa ein Drittel der Epilepsiepatienten muss operiert werden. Um auf schwere Epilepsie zu prüfen, verwenden Kliniker ein chirurgisches Verfahren, das Elektrokortikographie (ECoG) genannt wird. Ein ECoG bildet einen Abschnitt des Hirngewebes ab, um Klinikern dabei zu helfen, durch Krampfanfälle geschädigte Bereiche zu identifizieren.

"Aber ECoG erfordert, dass Sie einen Teil Ihres Schädels herausnehmen und Elektroden direkt auf das Gehirngewebe setzen", sagte Professor Pulkit Grover, Professor an der Fakultät für Elektrotechnik und Computertechnik an der Carnegie Mellon University. Ein ECoG lässt somit einen Patienten anfällig für Infektionen werden. Um eine Alternative zu ECoG zu finden, untersuchte Grovers Team, das nicht-invasive Elektroenzephalogramm (EEG) effektiver zu machen, indem die Elektrodendichte erhöht und Inferenzalgorithmen verbessert wurden. Er und das Team stellten ihre Arbeit kürzlich auf der Jahrestagung der American Clinical Neurophysiology Society vor.

Die Behandlung von Epilepsie beinhaltet das Scannen des Gehirns, um den Fokus epileptischer Anfälle zu lokalisieren. Ein Arzt verwaltet einen EEG-Scan, indem er eine Kappe mit Elektroden am Kopf eines Patienten anbringt. Das EEG zeichnet elektrische Funktionen im gesamten Gehirn auf, die der Arzt dann analysiert. EEG-Scans bieten typischerweise eine geringere Auflösung der Hirnaktivität als ECoG-Scans. Dies ist ein Problem für das EEG, da Kliniker den Ort des Fokus eines Anfalls ableiten müssen, um die richtige Operation durchzuführen. Die Studie von Grover zeigt, dass ECoG-Messungen nicht die Informationen über die Tiefenschärfe und somit den Ort enthalten, die genau genug sind, um eine gute chirurgische Planung zu ermöglichen. Dieser Agnostizismus kann die Krankheit eines Patienten ungenau behandeln oder im schlimmsten Fall die Gehirnfunktion im Operationsgebiet reduzieren.

Um das EEG als diagnostisches Werkzeug zu verbessern, arbeiteten Grover, Ritesh Kumar und Praveen Venkatesh daran, EEG-Scans mit hoher Genauigkeit und Klarheit in die Lage zu versetzen, tiefe Hirnaktivitäten zu lösen. "Die große Überraschung in dieser Studie", so Grover, "ist, dass das nichtinvasive Ultra-Resolution-EEG ECoG in Bezug auf Tiefenschärfe übertrifft, obwohl ECoG viel näher am Gehirn sitzt." Die Ultra-Resolution-EEG-Modalität wurde mit Shawn Kelly, Marlene Behrmann und Michael Tarrs Laboren entwickelt und in separaten Experimenten validiert.

"Eine große Einschränkung ist, dass unsere aktuellen Ergebnisse rein auf gründlichen Simulationen mit echten Gehirn- und Kopfmodellen beruhen", betonte Grover und fügte hinzu, dass sein Labor weitere Experimente mit Dr. Mark Richardson an der UPMC Neurochirurgie und Dr. Arun Antony an der UPMC Neurologie verfolgen werde, der auch Co-Autor der Studie war. Ungeachtet dessen sind die Schlussfolgerungen der Studie vielversprechend. Grover und sein Labor haben möglicherweise einen Weg entdeckt, wie Kliniker Epileptikern ohne invasive Diagnostik eine genaue und gründliche Behandlung geben können, oder zumindest eine bessere Anleitung für chirurgische Schlussfolgerungen gegeben haben.

Mit Behrmann, Tarr und Kelly an der CMU untersucht Grover auch, wie sich das Ultra-Resolution-EEG auf andere Themen und Bereiche wie Gehirn-Maschine-Schnittstellen und die Diagnose von Gehirnerkrankungen von körperlichen Verletzungen bis hin zu Migräne erstrecken könnte.