Passives Echtzeit-Mapping des eloquenten Kortex mit intrakraniellen EEG

Einleitung:

Die Identifikation aktiver Hirnregionen und deren Zuordnung zu bestimmten Funktionen ist wichtiger Bestandteil des Neuromonitoring von Epilepsie- oder Tumorpatienten, die vor einer Hirnoperation stehen. Die Entscheidung, welche Hirnregionen einer Resektion unterzogen werden, kann auf unterschiedlichen klinischen Methoden, wie funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT), Elektroenzephalografie (EEG) mit Video-Monitoring, neuropsychologische Tests, Positrononemissionstomografie (PET) und Magnetoenzephalografie (MEG), basieren. Da eine Resektion von Regionen des eloquenten Kortex zu spürbaren Beeinträchtigungen führen kann, ist eine exakte Lokalisierung aktiver Areale von besonderer Bedeutung. Bisher wurde dies mittels elektrokortikaler Stimulation (ECS) durchgeführt (Abb. 1), eine sehr zeitaufwändige und für den Patienten unangenehme Methode. Ein alternativer, passiver Ansatz, detektiert aufgabenspezifische Hirnaktivitäten basierend auf der SIGFRIED (SIGnal modeling For Real-time Identification and Event Detection) Technologie [1]. In dieser Arbeit möchten wir hier ein neues, passives Echtzeit-Mapping System präsentieren, das auf γ-Aktivität beruht [2].

Methoden:

Die Datenakquisition erfolgt mit 1200 Hz durch einen hochauflösenden Biosignalverstärker, der Signale von subdural implantierten Elektrodengrids aufzeichnet. Die durchschnittliche Leistung des intrakraniellen EEG im hochfrequenten γ-Bereich zwischen 60 und 170 Hz wird zur Laufzeit ausgewertet und als Aktivitätsmerkmal verwendet. Das verwendete Ritaccio-Paradigma umfasst vier Aufgaben: (i) Rubiks-Würfel lösen, (ii) Zunge herausstrecken, (iii) Kussbewegung durchführen und (iv) einer Geschichte zuhören. Jede Aufgabe beinhaltet 15 s Ruhe und 15 s Aktivität, wodurch das System den Leistungsunterschied zwischen Ruhe und Aktivität für jede Elektrodenposition gleichzeitig ermittelt und zur Laufzeit ausgibt.

Ergebnisse:

Sowohl ECS, als auch γ-Mapping wurden mit einem Patienten durchgeführt, der im Zuge einer geplanten Resektion 120 subdurale Elektroden implantiert hatte. Abb. 2 zeigt ein Ergebnis des γ-Mapping nach erfolgreichem Absolvieren des Ritaccio-Paradigmas. Aktivitäten werden durch rote Kreise über der Elektrode für jede Aufgabe normiert dargestellt.

Diskussion:

Die auditiven Areale, sowie die Motor-Areale der Hand, des Mundes und der Zunge stimmen sehr gut in beiden Methoden überein.

In manchen Fällen kann die Lokalisierung mittels ECS auf Grund des zeitlichen Aufwandes, epileptischen Anfällen oder zu großem Schmerzen nicht vollständig abgeschlossen werden. Das γ-Mapping dagegen liefert in wenigen Minuten eine komplette Lokalisierung aktiver Hirnregionen.

Abb. 1: ECS von Motor und Sprach Regionen (Quelle: Wadsworth Center, USA).

Abb. 2: Hirnaktivitäten nach γ-Mapping.

Literatur:

[1] Brunner P, Ritaccio AL, Lynch TM, Emrich JF, Wilson JA, Williams JC, Aarnoutse EJ, Ramsey NF, Leuthardt EC, Bischof H, Schalk G. (2009). A practical procedure for real-time functional mapping of eloquent cortex using electrocorticographic signals in humans. Epilepsy Behav., 15(3):278 – 86.

[2] Schalk G, Leuthardt EC, Brunner P, Ojemann JG, Gerhardt LA, Wolpaw JR. (2008). Real-time detection of event-related brain activity. NeuroImage, 43: 245 – 249.