Van computermodellen voor epilepsie naar klinische toepassing

Epilepsie is een veel voorkomende hersenziekte met een wereldwijde prevalentie
van 0.5-0.8 %. Ongeveer 25% van de patiënten met aanvallen reageren niet op
medicatie van wie de meerderheid lijdt aan focale epilepsie. Deze patiënten
komen in aanmerking voor epilepsiechirurgie als het gebied in de hersenen dat
verantwoordelijk is voor de aanvallen kan worden geïdentificeerd. Het lukt
meestal om de epileptische zone af te bakenen met niet-invasief onderzoek (MRI,
EEG, MEG, PET). Bij 8-10% van de patiënten is invasief onderzoek nodig met
aanvalsregistratie na plaatsing van elektrodes in de schedel. Er wordt 1-2
weken geregistreerd met video-EEG, waarbij er gewacht wordt op spontane
aanvallen zodat het gebied dat betrokken is bij het begin van de aanval kan
worden geïdentificeerd. Samen met het bepalen van nabijgelegen functionele
gebieden door middel van Electrocortical Stimulation Mapping (ESM), bepaalt dit
het chirurgische plan.

Aan intracraniële EEG metingen zijn bepaalde risico*s verbonden: een verhoogde
kans op infectie en bloedingscomplicaties. Daarnaast zijn deze registraties
belastend voor de patiënt, tijdsintensief, duur, en is er een wachtlijst.

Procedures die de registratie kunnen verkorten kunnen van grote waarde zijn, en
moeten dan niet afhankelijk zijn van spontane aanvallen. Dergelijke technieken,
mits efficiënt en snel toe te passen, zouden ook de weg openen naar
intra-operatieve toepassing, waarmee chronische registraties vermeden kunnen
worden.

Single pulse electrical stimulation (SPES) is zo*n alternatieve techniek.
Kortdurende elektrische stimuli worden gegeven aan twee naast elkaar liggende
elektrodes op de cortex en de reactie of responsie in alle andere elektrodes
wordt geanalyseerd. Deze responsies kunnen worden ingedeeld op basis van hun
moment van voorkomen en kunnen dan als epileptisch worden herkend.
Pathologische epileptische reacties zijn reproduceerbaar en treden op in het
gebied waarin aanvallen ontstaan. Als dit gebied wordt verwijderd tijdens de
operatie leidt dit tot een grote kans op aanvalsvrijheid.
Dit roept de gedachte op dat het wachten op een spontane aanval misschien niet
nodig is bij systematische screening van de hersenschors met SPES. De huidige
procedure en analyse van SPES neemt echter vele uren in beslag omdat doorgaans
grote hersengebieden met elektroden moeten worden bedekt. Hierdoor wordt snelle
implementatie tijdens een operatie onmogelijk.

Het begrip van de effecten van SPES wordt belemmerd door de begrensde
mogelijkheden om alle stimulus parameters en instellingen in een patiënt te
testen. Een translationeel model is nodig om de instelling van parameters, de
volgorde van stimulatie en ook het effect van anti-epileptische medicatie of
anesthetica op het brein te optimaliseren. Diermodellen focussen op
gegeneraliseerde epilepsie of de hippocampus en bieden weinig mogelijkheden om
de neocorticale epilepsieën te onderzoeken die de meeste patiënten voor
intracraniële registratie hebben. Computermodellen die gebaseerd zijn op
anatomische en fysiologische kennis, en die geïndividualiseerd kunnen worden,
kunnen uitkomst bieden.

Een sneller SPES algoritme voor uitvoering en analyse dat dezelfde informatie
oplevert als huidige, tijdsintensieve klassieke SPES protocol. Dit snellere
SPES algoritme wordt verkregen door optimale stimulus parameters en
instellingen te voorspellen en tijdens acquisitie aan te passen in een
computermodel, gebaseerd op neurale massa modellen die de elektroderuimte bij
de patient representeren.

Dit is een observationele studie bij 20 patiënten. Elke patiënt ondergaat
gedurende de chronische gridimplantatie twee standaard klinische SPES sessies.
Bij de eerste 10-15 patiënten zullen deze standaard klinische SPES gebruikt
worden om een computeralgoritme te bouwen. Verschillende instellingen van SPES
worden in dit algoritme getest. De instellingen met de hoogste sensitiviteit,
specificiteit en snelheid zal worden getest bij dezelfde patiënten in een
derde, extra SPES sessie, waarvoor wij hier toestemming vragen.
De overige 5-10 patiënten behoren tot de validatieset. Bij deze patiënten zal
de computer zelf het SPES protocol maken aan de hand van het algoritme, zonder
voorkennis van de standaard klinische SPES registraties.

De extra SPES sessie zal uitgevoerd kunnen worden terwijl de patiënt geen
klinische verplichtingen heeft. SPES merkt de patient niet en vraagt geen
instructie van de patient. Hij/zij heeft hier geen last van en hoeft hiervoor
ook niets te doen. De belasting is dus minimaal. Ook het risico is
verwaarloosbaar.