Clemens Béla
KIR hálózati működés neurofiziológiai vizsgálata epilepsziákban
Kenézy Kórház Kft., Neurológia, Debrecen
Epilepsziás hálózat – érvek Az „epilepsziás góc” nem elegendő az ep. jelenségek magyarázatához
Körülírt lézió a KIRKIR-ben kiterjedt, több gócú működészavart okoz
A gócot rejtő agykérgi terület kapcsolt részei együtt jönnek izgalmi állapotba és együtt károsodnak a rohamok / betegség során
A góc eltávolítása gyakran nem szünteti meg a betegséget
GEGE -ban eleve nehézkes a „gócos” magyarázat
Soliter cavernoma, perilesionalis EEG-tüskék és tükörgóc (Jin et al, 2007)
HS: egyoldali hippocampus sorvadással korrelál a sorvadás a limbikus rendszer egészében
4 beteg, tüsketüske vezérelt fMRI: Különféle aktakt -dezakt. BOLD minták
Bénar et al, 2006.
NM (HS(HS-mTLE)
RZs (HS(HS-mTLE)
•
13 é kortól cps
•
11 é. kortól cps
•
MRI: csak bo. kóros (mts)
•
MRI: jo. mts, de a bal med. temp. is kóros
•
EEG: csak bo. temp. tüskék, rohamok
•
•
NP: csak bal féltekei deficit
EEG: koko-independens temp. tüske, TIRDA, iktálisan: bilat. minta FO: jo. rohamkezdés
•
NP: mk. féltekei deficit
•
30 é: jo. standard temp. lobectomia
•
28 é.: bo. standard temp. lobectomia
1 évi rm. után éjjeli rohamok, jobb FT kiterjedt tüske góc
2 éve rohammentes
Mit értünk epilepsziás hálózat alatt?
„ ... ...a a functionally and anatomically connected, bilaterally represented, set of cortical and subcortical brain structures and regions in
which activity in any part of affects activity in all the others” (Spencer 2002)
Epilepsziás hálózatok vizsgálatának módja
Konnektivitás típusai - anatómiai (klasszikus módszerek, traktográfia) - funkcionális (idősorok korrelációja) - effektív (hatás iránya, kauzalitás)
Hálózati metrika (egy mutató jellemzi a teljes hálózatot vagy annak részeit): gráf gráf-analízis
HálózatiHálózati -lokális metrika (egy (egy-egy csomópont vagy összeköttetés) „súlyának” értékelése a gráf-analízis. hálózaton belül: gráf
E
T
GráfGráf -elemzés – történeti háttér
Graph theory
Leonard Euler, 1736
Első gráfgráf-elemzés az idegrendszerben (1998) Watts és Strogatz: Collective dynamics of „small world” neworks (Nature, 1998) Első bizonyíték arra, hogy az idegrendszer szerkezete „small world” jellegű
Caenorhabtidis elegans
GráfGráf -elemzés az egészséges, emberi agyban (2004(2004- )
2005
2006
2007
Az idegrendszeri működések gráfgráf-elemzése (Review, 2007)
GráfGráf -elemzés a neurológiai betegségekben
Első MEGMEG- (2004) és EEGEEG-alapú (2007) gráf analízisek
Gráfok készítése (fC adatokból) E
T
Funkcionális konnektivitás (elemzés lépései) 1. Szignál sorozatos mérése adott agyi helyeken = idősorok (EEG, MEG, diffúziós MRI, fMRI) 2. Térben elkülönült helyekről származó idősorok közötti korreláció (funkcionális konnektivitás) számítása 3. Korrelációs mátrix készítése 4. Küszöb feletti korrelációk kiemelése 5. Kiemelt korrelációk absztrakt megjelenítése (gráf) 6. GráfGráf-analízis
A gráf és alapalap-jellemzői - csomópont (vertex, node) - összeköttetés (edge)
K = degree = a vertexek kapcsolatainak száma ill. azok átlaga C = clustering coefficient = a szomszédos kapcsolatok száma és azok átlaga L = path length = a „legrövidebb út” két vertex között ill. azok átlaga Bonyolultabb (származtatott) mutatók
Súlyozatlan gráf
Súlyozott gráf
N = node’s intensity = egy vertex összes kapcsolatai súlyának összege (súlyozott gráfban) az adott vertex szerepének fontossága a hálózatban sebezhetőség a célzott irányuló ártalommal szemben
A gráfok (hálózatok) fő típusai
Reguláris Small world Random C L
C L
C L
Scale-free
E
T
GráfGráf -metrika: neurobiológiai jelentés
Degree (D) = egy csomópont kapcsolatainak száma av.D heterogenitása a szinkronizálhatósággal egyenesen arányos D(k) = degree distribution heterogenitása a szinkronizálhatósággal egyenesen arányos Clustering coefficient (C) = az egy csomóponthoz „kapcsolt” csomópontok azon hányada, amelyek egymással is közvetlen kapcsolatban állnak av.C lokális konnektivitás mértéke a hálózat szegregációs képessége (lokális adatkezelés) a hálózat ellenállása random károsító tényezőkkel szemben
Path length (L) = A csomópontból B csomópontba hány ugrással lehet eljutni a legrövidebb úton av.L
a hálózaton belüli információ-közlés mértéke (integrációs képesség, gyorsaság) a hálózat szinkronizálhatóságával ford. arányos a hálózat „fenntartási költségével” ford. Arányos
S (small worldness) milyen közel / távol áll a hálózati szerkezet a random-hálózathoz Léziós és epileptogén folyamatok: „network randomization” (small world jelleg csökkenése)
Edge Density (ED) = az összes lehetséges él közül hány a küszöb-feletti ED = a fC mértéke Node’s intensity = egy csomópont súlya a hálózaton belül funkció funkció-vesztés célzott ártalmak kapcsán
Motifs’ metrics
EEG gráf analízis az epilepsziás hálózat vizsgálatában E
T
Szimuláció kicsiben (hippocampal slice modell, 3000 – 24000 vertex = „neuron”)
Az epilepsziás működészavar fellépése a hálózat interiktális mutatóitól függ, azok manipulációjával módosítható: A hosszú összeköttetések számának növelésével (network randomizáció) arányosan nő az epilepsziás jellegű szinkronizáció valószínűsége
Lobáris nagyságrend (icEEG)
21 vertex (elektród) SL (szinkronizációs valószínűség) Interiktálisan random network Roham alatt C, L nőtt = small world irányú 1network normalizáció 1 -13 Hz között alfaPosztiktálisan az alfa -sávban fenn is smallmaradt a small -world jelleg
Roham mint „normalizáló” esemény?
Félteke nagyságrend
Degree
Clustering „eltávolítandó” vertexek
BetweenBetween ness műtét
„Egész agy” nagyságrend: léziós epileptogenezis; kognitív tünetek keletkezése
Eg. kontroll
Gráfok: „C” és funkcionális konnektivitás (SL) csökkenése: - small world jelleg csökken - mindkét féltekében, a lézió oldalától függetlenül!
Effektív EEG konnektivitás
IGE betegekben a precuneus EEG aktivitásának növekedése gátolja a GSW paroxizmusok jelentkezését (Vaudano et al, 2009)
BCTEBCTE -ben a gyrus temp. sup. hátsó részének aktivitása vezérli a perisylvian beszédbeszéd-hálózat tevékenységét (Gow et al, 2009)
IGE interiktális hálózat
Clemens és mtsai 2011.
Lehetséges kérdések (közül néhány)
Mi a különbség - ep. és egészséges szsz-ek hálózatai között? - kezeletlen és jól / sikertelenül kezelt ep. betegek hálózatai között? - aktív és gyógyult betegek között? - rohamkeletkezés mechanizmusai? - vanvan-e összefüggés a kezdeti „gráf” állapot és műtéti kimenetel között?
Tág tere nyílik a fantáziának!
