La electrocorticografía ( ECoG ) o electroencefalografía intracraneal ( iEEG ) es un tipo de monitorización electrofisiológica que utiliza electrodos colocados directamente sobre la superficie expuesta del cerebro para registrar la actividad eléctrica de la corteza cerebral . Por el contrario, los electrodos de electroencefalografía (EEG) convencionales controlan esta actividad desde el exterior del cráneo. El ECoG se puede realizar en el quirófano durante la cirugía (ECoG intraoperatorio) o fuera de la cirugía (ECoG extraoperatorio). Porque una craneotomía (una incisión quirúrgica en el cráneo) para implantar la rejilla de electrodos, el ECoG es un procedimiento invasivo.
Electrocorticografia | |
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Sinónimos | Electroencefalografía intracraneal |
Propósito | registrar la actividad eléctrica de la corteza cerebral (invasiva) |
Historia
El ECoG fue iniciado a principios de la década de 1950 por Wilder Penfield y Herbert Jasper , neurocirujanos del Instituto Neurológico de Montreal . [1] Los dos desarrollaron ECoG como parte de su innovador procedimiento de Montreal , un protocolo quirúrgico utilizado para tratar a pacientes con epilepsia grave . Los potenciales corticales registrados por ECoG se utilizaron para identificar zonas epileptogénicas, regiones de la corteza que generan ataques epilépticos . Estas zonas luego serían removidas quirúrgicamente de la corteza durante la resección, destruyendo así el tejido cerebral donde se originaron las convulsiones epilépticas. Penfield y Jasper también utilizaron estimulación eléctrica durante las grabaciones de ECoG en pacientes sometidos a cirugía de epilepsia bajo anestesia local . [2] Este procedimiento se utilizó para explorar la anatomía funcional del cerebro, mapeando las áreas del habla e identificando las áreas de la corteza somatosensorial y somatomotora para excluir de la extirpación quirúrgica. Un médico llamado Robert Galbraith Heath también fue uno de los primeros investigadores del cerebro en la Facultad de Medicina de la Universidad de Tulane. [3] [4]
Base electrofisiológica
Las señales de ECoG se componen de potenciales postsinápticos sincronizados (potenciales de campo local ), registrados directamente desde la superficie expuesta de la corteza. Los potenciales ocurren principalmente en las células piramidales corticales y, por lo tanto, deben conducirse a través de varias capas de la corteza cerebral, el líquido cefalorraquídeo (LCR), la piamadre y la aracnoides antes de llegar a los electrodos de registro subdurales colocados justo debajo de la duramadre (membrana craneal externa). . Sin embargo, para llegar a los electrodos del cuero cabelludo de un electroencefalograma (EEG) convencional , las señales eléctricas también deben conducirse a través del cráneo , donde los potenciales se atenúan rápidamente debido a la baja conductividad del hueso . Por esta razón, la resolución espacial de ECoG es mucho más alta que la de EEG, una ventaja de imagen crítica para la planificación prequirúrgica. [5] ECoG ofrece una resolución temporal de aproximadamente 5 ms y una resolución espacial de 1 cm. [6]
Usando electrodos de profundidad, el potencial de campo local da una medida de una población neuronal en una esfera con un radio de 0,5 a 3 mm alrededor de la punta del electrodo. [7] Con una frecuencia de muestreo suficientemente alta (más de aproximadamente 10 kHz), los electrodos de profundidad también pueden medir potenciales de acción . [8] En cuyo caso, la resolución espacial se reduce a las neuronas individuales, y el campo de visión de un electrodo individual es de aproximadamente 0,05 a 0,35 mm. [7]
Procedimiento
El registro de ECoG se realiza a partir de electrodos colocados en la corteza expuesta. Para acceder a la corteza, un cirujano primero debe realizar una craneotomía, extrayendo una parte del cráneo para exponer la superficie del cerebro. Este procedimiento se puede realizar bajo anestesia general o bajo anestesia local si se requiere la interacción del paciente para el mapeo cortical funcional. Luego, los electrodos se implantan quirúrgicamente en la superficie de la corteza, con la colocación guiada por los resultados del EEG preoperatorio y la resonancia magnética (MRI). Los electrodos pueden colocarse fuera de la duramadre (epidural) o debajo de la duramadre (subdural). Las matrices de electrodos de ECoG generalmente constan de dieciséis electrodos de acero inoxidable, punta de carbono, platino, aleación de platino-iridio o bola de oro estériles y desechables , cada uno montado en una articulación de rótula para facilitar su colocación. Estos electrodos están unidos a un marco superpuesto en una configuración de "corona" o "halo". [9] Los electrodos de rejilla y banda subdural también se utilizan ampliamente en varias dimensiones, y tienen entre 4 y 256 [10] contactos de electrodos. Las rejillas son transparentes, flexibles y están numeradas en cada contacto de electrodo. El espacio estándar entre los electrodos de rejilla es de 1 cm; los electrodos individuales tienen típicamente 5 mm de diámetro. Los electrodos se colocan suavemente sobre la superficie cortical y están diseñados con suficiente flexibilidad para garantizar que los movimientos normales del cerebro no causen lesiones. Una ventaja clave de las matrices de electrodos en tiras y rejillas es que pueden deslizarse por debajo de la duramadre en regiones corticales no expuestas por la craneotomía. Los electrodos de tira y las matrices de corona se pueden usar en cualquier combinación deseada. Los electrodos de profundidad también se pueden usar para registrar la actividad de estructuras más profundas como el hipocampo .
DCES
La estimulación eléctrica cortical directa (DCES), también conocida como mapeo de estimulación cortical , se realiza con frecuencia junto con el registro ECoG para el mapeo funcional de la corteza y la identificación de estructuras corticales críticas. [9] Cuando se usa una configuración de corona, se puede usar un estimulador bipolar de varita manual en cualquier lugar a lo largo de la matriz de electrodos. Sin embargo, cuando se usa una tira subdural, se debe aplicar estimulación entre pares de electrodos adyacentes debido al material no conductor que conecta los electrodos en la rejilla. Las corrientes de estimulación eléctrica aplicadas a la corteza son relativamente bajas, entre 2 y 4 mA para la estimulación somatosensorial y cerca de 15 mA para la estimulación cognitiva. [9] La frecuencia de estimulación suele ser de 60 Hz en América del Norte y de 50 Hz en Europa, y cualquier densidad de carga superior a 150 μC / cm2 causa daño tisular. [11] [12]
Las funciones más comúnmente asignadas a través de DCES son motor primario, sensorial primario y lenguaje. El paciente debe estar alerta e interactivo para los procedimientos de cartografía, aunque la participación del paciente varía con cada procedimiento de cartografía. El mapeo del lenguaje puede incluir nombrar, leer en voz alta, repetición y comprensión oral; El mapeo somatosensorial requiere que el paciente describa las sensaciones experimentadas en la cara y las extremidades cuando el cirujano estimula diferentes regiones corticales. [9]
Aplicaciones clínicas
Desde su desarrollo en la década de 1950, la ECoG se ha utilizado para localizar zonas epileptogénicas durante la planificación prequirúrgica, trazar un mapa de las funciones corticales y predecir el éxito de la resección quirúrgica epiléptica. ECoG ofrece varias ventajas sobre las modalidades de diagnóstico alternativas:
- Colocación flexible de electrodos de grabación y estimulación [2]
- Se puede realizar en cualquier etapa antes, durante y después de una cirugía.
- Permite la estimulación eléctrica directa del cerebro, identificando regiones críticas de la corteza que deben evitarse durante la cirugía.
- Mayor precisión y sensibilidad que una grabación de cuero cabelludo EEG: la resolución espacial es mayor y la relación señal / ruido es superior debido a la proximidad más cercana a la actividad neuronal
Las limitaciones de ECoG incluyen:
- Tiempo de muestreo limitado: es posible que las convulsiones ( eventos ictales ) no se registren durante el período de registro de ECoG
- Campo de visión limitado: la colocación de los electrodos está limitada por el área de la corteza expuesta y el tiempo de la cirugía; pueden producirse errores de muestreo
- La grabación está sujeta a la influencia de los anestésicos, los analgésicos narcóticos y la propia cirugía [2].
Epilepsia intratable
La epilepsia se clasifica actualmente como el tercer trastorno neurológico diagnosticado con mayor frecuencia y afecta a aproximadamente 2,5 millones de personas solo en los Estados Unidos. [13] Las convulsiones epilépticas son crónicas y no están relacionadas con ninguna causa inmediatamente tratable, como toxinas o enfermedades infecciosas, y pueden variar ampliamente según la etiología, los síntomas clínicos y el sitio de origen dentro del cerebro. Para los pacientes con epilepsia intratable (epilepsia que no responde a los anticonvulsivos) , el tratamiento quirúrgico puede ser una opción de tratamiento viable.
- ECoG extraoperatorio
Antes de que se pueda identificar a un paciente como candidato para la cirugía de resección, se debe realizar una resonancia magnética para demostrar la presencia de una lesión estructural dentro de la corteza, respaldada por evidencia EEG de tejido epileptogénico. [2] Una vez que se ha identificado una lesión, se puede realizar una ECoG para determinar la ubicación y extensión de la lesión y la región irritante circundante. El EEG del cuero cabelludo, aunque es una valiosa herramienta de diagnóstico, carece de la precisión necesaria para localizar la región epileptogénica. La ECoG se considera el estándar de oro para evaluar la actividad neuronal en pacientes con epilepsia y se usa ampliamente para la planificación prequirúrgica para guiar la resección quirúrgica de la lesión y la zona epileptógena. [14] [15] El éxito de la cirugía depende de la localización y eliminación precisas de la zona epileptogénica. Los datos de ECoG se evalúan con respecto a la actividad de pico ictal ("actividad de onda rápida difusa" registrada durante una convulsión) y la actividad epileptiforme interictal (IEA), breves estallidos de actividad neuronal registrados entre eventos epilépticos. La ECoG también se realiza después de la cirugía de resección para detectar cualquier actividad epileptiforme restante y para determinar el éxito de la cirugía. Los picos residuales en el ECoG, inalterados por la resección, indican un control deficiente de las convulsiones y una neutralización incompleta de la zona cortical epileptógena. Puede ser necesaria una cirugía adicional para erradicar completamente la actividad convulsiva. La ECoG extraoperatoria también se utiliza para localizar áreas funcionalmente importantes (también conocidas como corteza elocuente) que se conservarán durante la cirugía de epilepsia. [16] Se informa que las tareas motoras, sensoriales y cognitivas durante la ECoG extraoperatoria aumentan la amplitud de la actividad de alta frecuencia a 70-110 Hz en áreas involucradas en la ejecución de tareas determinadas. [16] [17] [18] La actividad de alta frecuencia relacionada con la tarea puede animar "cuándo" y "dónde" la corteza cerebral se activa e inhibe en una forma 4D con una resolución temporal de 10 milisegundos o menos y una resolución espacial de 10 mm o menos. [17] [18]
- ECoG intraoperatorio
El objetivo de la cirugía de resección es eliminar el tejido epileptogénico sin provocar consecuencias neurológicas inaceptables. Además de identificar y localizar la extensión de las zonas epileptogénicas, el ECoG utilizado junto con DCES también es una herramienta valiosa para el mapeo cortical funcional . Es vital localizar con precisión las estructuras cerebrales críticas, identificando qué regiones debe preservar el cirujano durante la resección (la " corteza elocuente ") para preservar el procesamiento sensorial, la coordinación motora y el habla. El mapeo funcional requiere que el paciente pueda interactuar con el cirujano y, por lo tanto, se realiza bajo anestesia local en lugar de general. La estimulación eléctrica que utiliza electrodos corticales y de profundidad aguda se utiliza para explorar distintas regiones de la corteza con el fin de identificar los centros del habla, la integración somatosensorial y el procesamiento somatomotor. Durante la cirugía de resección, también se puede realizar una ECoG intraoperatoria para controlar la actividad epiléptica del tejido y asegurar que se reseque toda la zona epileptogénica.
Aunque el uso de ECoG extraoperatorio e intraoperatorio en la cirugía de resección ha sido una práctica clínica aceptada durante varias décadas, estudios recientes han demostrado que la utilidad de esta técnica puede variar según el tipo de epilepsia que presente el paciente. Kuruvilla y Flink informaron que si bien la ECoG intraoperatoria juega un papel fundamental en las lobectomías temporales personalizadas, en las transecciones subpiales múltiples (MST) y en la eliminación de malformaciones del desarrollo cortical (MCD), se ha encontrado que no es práctico en la resección estándar del lóbulo temporal medial. epilepsia (TLE) con evidencia de resonancia magnética de esclerosis temporal mesial (MTS). [2] Un estudio realizado por Wennberg, Quesney y Rasmussen demostró la importancia prequirúrgica de la ECoG en los casos de epilepsia del lóbulo frontal (FLE). [19]
Aplicaciones de investigación
ECoG ha surgido recientemente como una técnica de grabación prometedora para su uso en interfaces cerebro-computadora (BCI). [20] Las BCI son interfaces neuronales directas que proporcionan control de dispositivos protésicos, electrónicos o de comunicación mediante el uso directo de las señales cerebrales del individuo. Las señales cerebrales se pueden registrar de forma invasiva, con dispositivos de grabación implantados directamente en la corteza, o de forma no invasiva, utilizando electrodos de EEG en el cuero cabelludo. ECoG sirve para proporcionar un compromiso parcialmente invasivo entre las dos modalidades, mientras que ECoG no atraviesa la barrera hematoencefálica como los dispositivos de grabación invasivos, presenta una resolución espacial más alta y una relación señal / ruido más alta que el EEG. [20] ECoG ha llamado la atención recientemente para decodificar voz o música imaginarias, lo que podría conducir a BCI "literales" [21] en los que los usuarios simplemente imaginan palabras, oraciones o música que el BCI puede interpretar directamente. [22] [23]
Además de las aplicaciones clínicas para localizar regiones funcionales para apoyar la neurocirugía, el mapeo funcional del cerebro en tiempo real con ECoG ha ganado atención para apoyar la investigación sobre cuestiones fundamentales en neurociencia. Por ejemplo, un estudio de 2017 exploró regiones dentro de las áreas de procesamiento de rostros y colores y encontró que estas subregiones hicieron contribuciones muy específicas a diferentes aspectos de la visión. [24] Otro estudio encontró que la actividad de alta frecuencia de 70 a 200 Hz reflejaba procesos asociados con la toma de decisiones tanto transitoria como sostenida. [25] Otro trabajo basado en ECoG presentó un nuevo enfoque para interpretar la actividad cerebral, lo que sugiere que tanto la potencia como la fase influyen conjuntamente en el potencial de voltaje instantáneo, que regula directamente la excitabilidad cortical. [26] Al igual que el trabajo para decodificar el habla y la música imaginarias, estas direcciones de investigación que involucran el mapeo funcional del cerebro en tiempo real también tienen implicaciones para la práctica clínica, incluyendo tanto la neurocirugía como los sistemas BCI. El sistema que se utilizó en la mayoría de estas publicaciones de cartografía funcional en tiempo real, "CortiQ" . se ha utilizado tanto para la investigación como para aplicaciones clínicas.
Avances recientes
El electrocorticograma todavía se considera el " estándar de oro " para definir zonas epileptogénicas; sin embargo, este procedimiento es arriesgado y altamente invasivo. Estudios recientes han explorado el desarrollo de una técnica de imagenología cortical no invasiva para la planificación prequirúrgica que puede proporcionar información y resolución similares del ECoG invasivo.
En un enfoque novedoso, Lei Ding et al. [27] buscan integrar la información proporcionada por una resonancia magnética estructural y un EEG del cuero cabelludo para proporcionar una alternativa no invasiva a la ECoG. Este estudio investigó un enfoque de localización de fuentes subespaciales de alta resolución, FINE (primeros vectores principales) para obtener imágenes de las ubicaciones y estimar la extensión de las fuentes de corriente del EEG del cuero cabelludo. Se aplicó una técnica de umbralización a la tomografía resultante de valores de correlación subespacial con el fin de identificar fuentes epileptogénicas. Este método se probó en tres pacientes pediátricos con epilepsia intratable, con resultados clínicos alentadores. Cada paciente fue evaluado mediante resonancia magnética estructural, monitoreo de video EEG a largo plazo con electrodos en el cuero cabelludo y posteriormente con electrodos subdurales. A continuación, se registraron los datos de ECoG a partir de rejillas de electrodos subdurales implantadas colocadas directamente sobre la superficie de la corteza. También se obtuvieron imágenes de resonancia magnética y tomografía computarizada para cada sujeto.
Las zonas epileptogénicas identificadas a partir de los datos de EEG preoperatorios se validaron mediante observaciones de los datos de ECoG posoperatorios en los tres pacientes. Estos resultados preliminares sugieren que es posible dirigir la planificación quirúrgica y localizar zonas epileptogénicas de forma no invasiva utilizando los métodos de integración y de imagen descritos. Los hallazgos del electroencefalograma se validaron aún más por los resultados quirúrgicos de los tres pacientes. Después de la resección quirúrgica, dos pacientes están libres de convulsiones y el tercero ha experimentado una reducción significativa de las convulsiones. Debido a su éxito clínico, FINE ofrece una alternativa prometedora al ECoG preoperatorio, proporcionando información sobre la ubicación y el alcance de las fuentes epileptogénicas a través de un procedimiento de imagen no invasivo.
Ver también
- Interfaz cerebro-computadora
- Electroencefalograma
- Epilepsia
- Imagen de resonancia magnética
- Herbert Jasper
- Wilder Penfield
Referencias
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