Hoog-resolutie intraoperatieve ECoG - een pilot studie

Met het toenemen van de analytische mogelijkheden binnen de mathematica, en de
alsmaar groeiende rekenkracht van computers worden metingen van de elektrische
activiteit van de menselijke hersenen steeds belangrijker. Een toenemend aantal
artikelen is gewijd aan de neurophysiologische processen die ten grondslag
liggen aan cognitie en menselijk gedrag. Deze artikelen rapporteren vaak over
onderzoek met electrode-matjes (siliconen matjes met ingebedde platinum
schijfjes, ook wel electrocorticogram (ECoG) genoemd) die onder de dura van
chirurgie-patienten worden geplaatst. Standaard worden hiervoor electrode
matjes gebruikt met 1cm afstand tussend de eleckroden (laag-resolutie ECoG).De
studies beogen vaak het blootleggen van mechanismen, met als doel de
behandeling van neurologische en psychiatrische hersen-afwijkingen te
optimaliseren. Electrofysiologische metingen hebben aangetoond dat
hersenfuncties worden uitgevoerd door kleine groepen neuronen die dezelfde
specifieke taak uitvoeren, zogenaamde neuronale ensembles of functionele
eenheden. Optimaal onderzoek aan de menselijke hersenfuncties zou moeten
plaatsvinden op dit niveau van detail. Electrocorticografie wordt al klinisch
ingezet tijdens epilepsie chirurgie en soms tijdens tumor chirurgie om het
epileptogene weefsel op te sporen. Nieuwe biomarkers voo epilepsie, high
frequentie oscillaties, treden typisch op in kleine corticale gebieden en
kunnen worden gemist met laag-resolute metingen.

In het UMC Utrecht wordt onderzoek gedaan met hoog-resolute elektrode-matjes
bij epilepsie patienten, als onderdeel van een groter ethisch voorstel
(goedgekeurd METC protocol 14-420). De duur van de projecten in dit protocol is
behoorlijk lang, vanwege een laag aantal volwassen patienten die intracraniele
elektroden krijgen (6-8 per jaar) met een bedekking die steeds verschilt. Het
wordt verwacht dat het beantwoorden van de onderzoeksvragen van dit protocol
waarvoor hoog-resolute elektrodematjes nodig zijn, 3-6 jaar zal duren. Dit is
een beperkende factor. In het huidige voorstel willen de de mogelijkheid
onderzoeken om hoog-resolutie ECoG data te verzamelen bij patienten die een
(wakkere) hersenoperatie ondergaan, hetgeen elke week plaatsvindt.

Het UMC Utrecht heeft een uitstekende reputatie op het gebied van onderzoek van
hersenfuncties en epilepsie met geimplanteerde en/of intra-operatieve
laag-resolutie ECoG binnen het epilepsie onderzoeksprogramma. Patienten die een
hersenoperatie ondergaan met als doel om een tumor of (epileptische) laesie te
verwijderen, ondergaan een wakkere of slapende procedure, die ook kliische
registratie van epilepsie met standaard laag-resolutie ECoG kan bevatten. In
2013 is het aantal UMC chirurgen, getraind voor wakkere operaties bij patienten
met een vroeg stadium van hersentumoren, verdubbeld (nu 4), en het aantal
wakkere operaties is fors vergroot, tot meer dan 50 per jaar. (Wakkere) tumor
operaties vormen een unieke mogelijkheid om hersenfunctie onderzoek en
onderzoek aan epileptogenese te doen. Tijdens de operatie, na het verwijderen
van de tumor, is er een periode van 15-20 minuten waarin de chirurg afwacht of
het bloeden stopt (haemostase), terwijl de patient wakker is. In deze periode
kan een elektrode matje geplaatst worden op de gezonde cortex om functionele
hoog-resolutie ECoG data te verzamelen, terwijl de patient een of twee
specifieke taken uitvoert. Tijdens operaties waarbij ook intra-operatieve
(laag-resolutie) ECoG metingen worden uitgevoerd om het gebied met epileptisch
hersenweefsel af te grenzen, is het mogelijk om in parallel metingen met een
hoog-resolutie ECoG uit te voeren. Hiermee kan dus hoog-resolutie ECoG data van
epileptisch weefsel verzameld worden, zonder dat dit extra tijd kost.

Het onderzoek heeft twee primaire doelstellingen met betrekking tot
hoog-resolutie ECoG metingen, die uitgevoerd worden in dezelfde patienten
populatie (patienten met een tumor en/of epileptische afwijking die een
hersenoperatie ondergaan). De hoog resolutie ECoG meeting zullen uitgevoerd
met als doel het verkrijgen van:
1. functionele data - van gezond hersenweefsel- in patienten die een wakkere
hersenoperatie krijgen.
2. data van epileptisch hersenweefsel in patienten die een wakkere of slapende
hersenoperatie krijgen waarbij ook routine laag-resolutie ECoG metingen worden
gedaan om het epileptische weefsel af te grenzen.

Er zijn twee primaire doelen:
1) bepalen of (wakkere) operaties bij patienten met een hersentumor of
epilepsie het mogelijk maken om HD-ECoG data te verzamelen met goede kwaliteit
om onderzoek aan hersenfuncties uit te voeren. Met andere woorden, we willen
bepalen of HD-ECoG onderzoek aan hersenfuncties met goede kwaliteit uit te
voeren is tijdens wakkere OK.
2) het ontwikkelen en testen van HD-ECoG voor betere herkenning van
epileptogeen weefsel en uiteindelijk de standaard laag-resolute grids te
vervangen.

Proefpersonen worden geincludeerd in een observationele pilot studie waarbij
intra-operatieve hoog-resolutie ECoG metingen worden uitgevoerd op gezond
(primaire doelstelling 1) en/of epileptisch hersenweefsel (primaire
doelstelling 2). Een fMRI scan wordt uitgevoerd om de grid locatie op gezond
hersenweefsel bepalen (alleen voor primaire doelstelling 1).

Er zijn geen risico's verbonden met prechirurgische fMRI scans, en de belasting
is minimaal (uitvoeren van fMRI localiser taken kan iets vermoeiend zijn).
Tijdens de operatie vragen we de chirurg om tijdelijk een hoog-resoluut
elektrodematje op het blootliggende of toegankelijke brein te leggen, op een
moment dat daarvoor geschikt is. Elektrodematjes worden veelvuldig gebruikt
tijdens epilepsie chirurgie en er zijn geen risico's verbonden aan het
intraoperatief gebruik ervan. De ECoG metingen zijn niet nodig voor de
chirurgie. Er is geen direct belang voor de proefpersonen. Alles bij elkaar
genomen kan de belasting als minimaal worden beschouwd.