Practical implementation of simultaneous, synchronous MEG and thalamic LFP recordings using a novel deep brain stimulation device

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2024-06-17

Department

Major/Subject

Biomedical Engineering

Mcode

SCI3059

Degree programme

Master’s Programme in Life Science Technologies

Language

en

Pages

52+2

Series

Abstract

Epilepsy is one of the most common neurological diseases worldwide, and it is characterised by a permanent predisposition to spontaneous epileptic seizures. One third of epilepsy patients do not respond adequately to antiepileptic drugs. One potential treatment option for drug resistant epilepsy is deep brain stimulation (DBS). A novel DBS device, the Percept PC, can deliver electrical stimulation and record local field potentials (LFPs) simultaneously, and is magnetoencephalography (MEG) compatible. This allows for detailed research to identify biomarkers of treatment effects, with a long-term goal to develop closed-loop DBS protocols in epilepsy. The goal of this study was (1) to implement simultaneous MEG and LFP recordings in practise, (2) to explore how the Percept PC device records LFP data, and (3) to investigate options for synchronizing the MEG and LFP signals. The study consisted of in vitro test measurements and one patient measurement. An experimental pipeline was successfully implemented for collecting simultaneous MEG and LFP data and to guide the use of Percept PC device during the recordings. Rhythmic tapping on the implantable pulse generator appeared as the most promising synchronization method, although potential problems with repeatability should be considered, and synchronization based on cardiac signal artifact needs further investigation.

Epilepsia on yksi maailman yleisimmistä neurologisista sairauksista, ja sille on ominaista pysyvä taipumus spontaaneihin epileptisiin kohtauksiin. Kolmasosalla epilepsiapotilaista lääkevaste ei ole riittävä. Yksi lupaava hoitovaihtoehto lääkeresistenssiin epilepsiaan on syväaivostimulaatio (deep brain stimulation, DBS). Uudenlainen DBS-laite, Percept PC, lähettää sähköstimulaatiota ja tallentaa kenttäpotentiaaleja (local field potential, LFP) samanaikaisesti, ja on yhteensopiva magnetoenkefalografiamenetelmän (MEG) kanssa. Tämä mahdollistaa yksityiskohtaisen tutkimuksen hoitovasteeseen liittyvien biomarkkereiden tunnistamiseksi, tavoitteena kehittää suljetun silmukan DBS-hoitoprotokollia epilepsiaan. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli (1) toteuttaa koeasetelma samanaikaisia MEG- ja LFP-mittauksia varten, (2) selvittää, miten Percept PC -laite kerää LFP-dataa ja (3) tutkia MEG- ja LFP-signaalien synkronisointivaihtoehtoja. Tutkimus koostui in vitro -testimittauksista sekä yhdestä potilasmittauksesta. Työssä toteutettiin onnistuneesti samanaikainen MEG- ja LFP-mittaus, ja luotiin käytännön ohjeistus Percept PC -laitteen käyttöä varten. Implantoitavan pulssigeneraattorin rytminen napauttaminen oli lupaavin signaalien synkronisointimenetelmä, mutta mahdolliset ongelmat toistettavuuden kanssa pitää ottaa huomioon ja selvittää sydänsignaalin käytön mahdollisuuksia synkronoinnissa.

Description

Supervisor

Renvall, Hanna

Thesis advisor

Pauls, Amande

Keywords

epilepsy, deep brain stimulation, magnetoencephalography, local field potential, synchronization

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202406234908

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI