Μελέτη εντόπισης πηγής και συνδεσιμότητας με ηλεκτροεγκεφαλογράφημα υψηλής πυκνότητας και μαγνητική τομογραφία εγκεφάλου στην ιδιοπαθή γενικευμένη επιληψία

Abstract

Introduction: Generalized spike-and-wave discharges (GSWDs) are the hallmark electroencephalographic feature of Idiopathic Generalized Epilepsies (IGEs). These discharges may occur during either interictal or ictal states, and recent evidence suggests differences in their underlying pathophysiology. The aim of this study was to investigate the pre-interictal network state that precedes the onset of interictal GSWDs in IGEs, through functional connectivity analysis. This study also aimed to localize the sources of interictal GSWDs. Methods: High-density electroencephalography (HD-EEG) was recorded in 21 patients with IGEs, and cortical connectivity was analyzed using lagged coherence in conjunction with individual anatomical data. Graph theory was used to estimate network characteristics, focusing on characteristic path length and clustering coefficient. Source localization of interictal GSWDs was performed using standardized low-resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA). Results: Functional connectivity analysis revealed two distinct networks during the pre-interictal state. These networks exhibited contrasting connectivity attributes and were characterized by synchronized activity in the 3–4 Hz (delta2) band and desynchronized activity in the 8–10.5 Hz (alpha1) band. The delta2 network showed a statistically significant decrease in characteristic path length and an increase in mean clustering coefficient (p < 0.001). In contrast, the alpha1 network exhibited the opposite pattern in these metrics. The key nodes contributing to this state were primarily located within the default mode network (DMN), dorsal attention network (DAN), visual network (VIS), and thalami. In source analysis of interictal GSWDs, the majority of spike activity was localized to the superior and middle frontal gyri. Conclusions: The pre-interictal state was characterized by the coupling of two neural networks with opposing properties at frequencies of 3–4 Hz and 8–10.5 Hz, involving hub nodes of significant influence, primarily belonging to the default mode network. This pre-interictal condition may represent a transitional state preceding the generation of interictal generalized spike-and-wave discharges in idiopathic generalized epilepsies.

Εισαγωγή: Τα γενικευμένα συμπλέγματα αιχμής-κύματος (GSWDs) αποτελούν το χαρακτηριστικό ηλεκτροεγκεφαλογραφικό εύρημα των Ιδιοπαθών Γενικευμένων Επιληψιών (IGEs). Οι εκφορτίσεις αυτές μπορεί να παρατηρούνται τόσο μεσοκρισικά όσο και κρισικά, με πρόσφατα ερευνητικά δεδομένα να υποδεικνύουν διαφορές στην υποκείμενη παθοφυσιολογία τους. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση, μέσω ανάλυσης λειτουργικής συνδεσιμότητας, της προ-μεσοκρισικής κατάστασης των δικτύων σε ασθενείς με IGEs, η οποία προηγείται της εμφάνισης των μεσοκρισικών GSWDs. Επιπλέον, διερευνήθηκε η εντόπιση των πηγών των μεσοκρισικών GSWDs. Μεθοδολογία: Πραγματοποιήθηκε ηλεκτροεγκεφαλογραφική καταγραφή υψηλής πυκνότητας (HD-EEG) σε είκοσι έναν ασθενείς με IGEs, και η ανάλυση της φλοιϊκής συνδεσιμότητας βασίστηκε στη μέθοδο της καθυστερημένης συνοχής (lagged coherence), σε συνδυασμό με την εξατομικευμένη εγκεφαλική ανατομία. Για την εκτίμηση των χαρακτηριστικών των νευρωνικών δικτύων εφαρμόστηκε ανάλυση βάσει της θεωρίας γράφων, με έμφαση στο μήκος χαρακτηριστικού μονοπατιού και στον συντελεστή ομαδοποίησης. Η εντόπιση των πηγών των μεσοκρισικών GSWDs πραγματοποιήθηκε μέσω της μεθόδου sLORETA (standardized Low-Resolution Brain Electromagnetic Tomography). Αποτελέσματα: Η ανάλυση της λειτουργικής φλοιϊκής συνδεσιμότητας αποκάλυψε την ύπαρξη δύο διακριτών νευρωνικών δικτύων κατά την προ-μεσοκρισική κατάσταση. Τα δίκτυα αυτά παρουσίαζαν αντίθετα χαρακτηριστικά συνδεσιμότητας και χαρακτηρίζονταν από συγχρονισμό στη ζώνη συχνοτήτων 3–4 Hz (delta2) και αποσυγχρονισμό στη ζώνη 8–10.5 Hz (alpha1). Το δίκτυο delta2 εμφάνισε στατιστικώς σημαντική μείωση στο μήκος χαρακτηριστικού μονοπατιού και αύξηση στον μέσο συντελεστή ομαδοποίησης (p < 0,001). Αντιθέτως, το δίκτυο alpha1 παρουσίασε αντίστροφα πρότυπα στις ίδιες μετρικές. Οι περιοχές που συνεισέφεραν στην εν λόγω κατάσταση εντοπίζονταν κυρίως στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας (Default Mode Network - DMN), στο δίκτυο προσοχής (Dorsal Attention Network - DAN), στο οπτικό δίκτυο (Visual Network - VIS) καθώς και στους θαλάμους. Όσον αφορά την ανάλυση πηγής των μεσοκρισικών GSWDs, η πλειονότητα των πηγών των αιχμών εντοπίστηκε στην άνω και μέση μετωπιαία έλικα. Συμπεράσματα: Η προ-μεσοκρισική κατάσταση χαρακτηρίστηκε από τη σύζευξη δύο νευρωνικών δικτύων με αντίθετες ιδιότητες στις συχνότητες 3-4 και 8-10.5, και κόμβους σημαντικής επιρροής που εντοπίζονται κυρίως στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας. Η προ-μεσοκρισική κατάσταση μπορεί να θεωρηθεί ως συνθήκη που προηγείται της γένεσης των μεσοκρισικών εκφορτίσεων γενικευμένων συμπλεγμάτων αιχμής κύματος στις ιδιοπαθείς γενικευμένες επιληψίες.