L'irregolarità del segnale cerebrale può fornire indizi per comprendere il processo epilettico
I ricercatori propongono un nuovo metodo per differenziare i segnali del focolaio epilettico da quelli registrati in altre parti del cervello senza la presenza di un attacco epilettico. Questa tecnica può aiutare a rilevare le caratteristiche indotte dall'epilessia da questi segnali molto più rapidamente rispetto alle tecniche di analisi convenzionali. Circa l'1% della popolazione mondiale soffre di epilessia, un disturbo neurologico che provoca crisi epilettiche. In queste crisi, un gruppo di neuroni mostra un'attività neuronale eccessiva anormale nel cervello.
Ma il 9% di tutti i pazienti epilettici soffre di quella che è nota come epilessia a esordio focale farmacoresistente. In questi pazienti, le crisi epilettiche non possono essere controllate dai farmaci. Per loro, una potenziale terapia è la resezione neurochirurgica dell'area cerebrale dove iniziano le convulsioni.
Tuttavia, devono essere eseguite varie tecniche diagnostiche per cercare di localizzare questo focus. L'attività elettrica del cervello viene misurata mediante l'elettroencefalografia, una tecnica che utilizza elettrodi per raccogliere i segnali elettroencefalografici (segnali EEG). In questo lavoro, sono stati utilizzati segnali registrati utilizzando elettrodi intracranici (vedi foto), direttamente collegati alla superficie del cervello, per registrare l'attività elettrica del paziente e quindi individuare il focus.
Ma questo studio cerca di individuare esattamente dove nel cervello inizia la crisi epilettica? Anaïs Espinoso, ricercatrice PhD con il gruppo di ricerca "Nonlinear Time Series Analysis" (NTSA) presso l'UPF e primo autore della pubblicazione, spiega che "questo non è l'obiettivo del lavoro, i segnali del focolaio epilettico hanno una dinamica diversa da quelli che non provengono direttamente dal focus. Studiamo queste dinamiche e vogliamo ottenere la tecnica che possa accentuare al meglio le differenze tra i due tipi di segnali".
Per questo motivo, hanno studiato i segnali prodotti da cinque pazienti affetti da epilessia focale farmacoresistente. Hanno applicato le tecniche di analisi del segnale EEG per vedere vari aspetti come la sincronizzazione di fase e l'irregolarità, un approccio concettualmente semplice ed efficace per caratterizzare le registrazioni elettroencefalografiche di pazienti con epilessia. Espinoso spiega che "molti studi sui segnali elettroencefalografici applicano tecniche complesse che incoraggiano l'analisi di un gran numero di pazienti. Questi studi, inoltre, analizzano il segnale direttamente, ma questo può essere alterato da artefatti fisiologici o durante il processo di acquisizione del segnale".
"È un metodo semplice ed efficace che consente di analizzare vari segnali molto rapidamente e inoltre non è necessario attendere che la persona soffra di un attacco epilettico per ottenere risultati. Soffrire un attacco può portare a una serie di problemi per il paziente , come convulsioni, movimenti muscolari involontari, perdita di coscienza, ecc. Pertanto, i segnali senza attacchi epilettici acquistano importanza quando si tratta di integrare la diagnosi"
Per questo motivo, in questo studio gli autori ottengono la fase istantanea dei segnali. "Ottenere la fase non è altro che considerare che la dinamica del segnale oscilla in un cerchio ogni certo periodo di tempo e indicarne la posizione in questo cerchio in ogni momento", spiega Ralph Gregor Andrzejak, direttore del gruppo NTSA e co -autore della pubblicazione. "Quindi, le tecniche di analisi del segnale per cercare di differenziare i segnali del focolaio epilettico (segnali focali) da altri registrati in diverse parti del cervello (segnali non focali) analizzano direttamente questa fase".
I risultati hanno mostrato che i segnali focali sono più sincronizzati rispetto ai segnali non focali. Per quanto riguarda l'irregolarità di fase, questa tecnica consente anche di differenziare entrambi i tipi di segnali, "i segnali focali hanno meno irregolarità rispetto a quelli non focali, l'assenza di queste irregolarità è indotta dal processo epilettico stesso", continua Espinoso. "In termini molto semplificati, i segnali cerebrali coinvolti nel sequestro tendono a sincronizzarsi più facilmente ed essere più regolari".
La tecnica in questione, sottolineano gli autori, consiste nel quantificare l'irregolarità della fase ottenuta dal segnale. Espinoso spiega che "l'irregolarità può essere dovuta a diversi motivi: il rumore, la non linearità, la stocasticità e la non stazionarietà della fase del segnale".
Andrzejak commenta che avevano precedentemente studiato questi segnali con altre tecniche di analisi e non avevano raggiunto un livello di differenza così alto come in questo articolo.
Questa tecnica ha diversi vantaggi. "È un metodo semplice ed efficace che consente di analizzare vari segnali molto rapidamente e inoltre non è necessario attendere che la persona soffra di un attacco epilettico per ottenere risultati. Soffrire un attacco può portare a una serie di problemi per il paziente , come convulsioni, movimenti muscolari involontari, perdita di coscienza, ecc. Pertanto, i segnali senza crisi epilettiche acquistano importanza quando si tratta di integrare la diagnosi", concludono.
Il concetto di scienza aperta è l'idea che la ricerca scientifica dovrebbe essere accessibile a tutti, gratuitamente. Per questo motivo, gli autori di questo articolo hanno pubblicato in repository pubblici i risultati ei codici ottenuti nello studio. Così, chiarisce Espinoso, "sarà possibile avanzare più rapidamente nello studio dell'epilessia con l'aiuto di altri ricercatori". Una versione non formattata dell'articolo può essere trovata nell'UPF e-Repository. Questa ricerca fa parte della tesi di dottorato di Espinoso ed è stata condotta con il supporto del Ministero spagnolo della Scienza e dell'Innovazione e dell'Agenzia statale per la ricerca.