Characterization of thalamocortical coherence in ANT DBS for epilepsy - Feasibility and findings of simultaneous LFP and MEG recordings
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-09-30
Department
Major/Subject
Human Neuroscience and Technology
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Life Science Technologies
Language
en
Pages
77
Series
Abstract
Over 30% of people with epilepsy suffer from drug-resistant epilepsy (DRE). Deep brain stimulation (DBS) of the anterior nucleus of the thalamus (ANT) provides a promising treatment option for DRE patients ineligible for resective surgery. The recently released Medtronic Percept PC is the first commercially available DBS device able to record local field potentials (LFPs) from the chronically implanted leads. LFP recordings combined with simultaneous magnetoencephalography (MEG) recordings enable investigations of functional thalamocortical connectivity patterns which could be useful for elucidating mechanisms underlying the DBS effects and optimizing stimulation parameters. Here, seven ANT DBS patients implanted with the Percept PC device participated in resting state simultaneous LFP and MEG recordings, with the aim to assess the feasibility of such recordings and to characterize the coherence between the ANT and cortical brain regions. The DBS device and LFP data streaming are known to cause severe MEG artefacts, which were successfully suppressed using spatiotemporal signal space separation (tSSS). The coherence estimation requires precise temporal synchronization between the LFP and MEG signals, achieved here by developing new artefact-based alignment methods. Significant thalamocortical coherence that depended on the vigilance stage of the participant was found in the theta frequency band (4-8 Hz). The coherence was strongest in ipsilateral medial prefrontal regions, matching the anatomical connections of the ANT. LFP channels at different ANT depths displayed partially overlapping but at the same time discernible coherence patterns, with the most inferior LFP channel generally exhibiting more widespread connectivity patterns and higher theta band coherence. Overall, the results demonstrate the feasibility of simultaneous LFP and MEG recordings in ANT DBS patients and provide solutions for data synchronization. However, further studies including more subjects are required to more precisely characterize the relationship between thalamocortical coherence and anatomical lead locations, and how these factors may affect the clinical outcome of ANT DBS.Över 30% av alla personer med epilepsi lider av läkemedelsresistent epilepsi (DRE). Djup hjärnstimulering (DBS) av främre thalamiska kärnan (ANT) är en lovande behandlingsmetod för icke-opererbar DRE. Medtronic:s nyligen godkända Percept PC är den första kommersiellt tillgängliga neurostimulatorn som även kan registrera elektriska fältpotentialer (local field potentials; LFPs) innuti hjärnan med de kroniskt implanterade elektroderna. LFP-mätningar kombinerat med samtidig magnetoencefalografi (MEG) kan användas för att bättre förstå mekanismerna bakom DBS och för att optimera stimuleringsparametrar. Sju DRE patienter med implanterade Percept PC neurostimulatorer deltog i samtidiga LFP och MEG mätningar i vilotillstånd, vars syfte var att undersöka genomförbarheten av LFP-MEG mätningar och karakterisera koherensen mellan ANT och områden i hjärnbarken. Både neurostimulatorn och den trådlösa LFP-dataöverföringen orsakar magnetiska artefakter som effektivt dämpades genom spatiotemporal signal space separation (tSSS). Koherensberäkningarna kräver att LFP och MEG signalerna är tidsmässigt synkroniserade, vilket uppnåddes genom att utveckla nya artefaktbaserade synkroniseringsmetoder. Signifikant thalamokortikal koherens som berodde på deltagarnas vaksamhetstillstånd upptäcktes i theta frekvenser (4-8 Hz). Högst koherens förekom i ipsilaterala mediala prefrontala områden, vilket överensstämmer med ANT:s anatomiska förbindelser. LFP kanaler belägna på olika djup innuti ANT hade delvis överlappande men samtidigt distinkta koherensmönster, där den djupaste LFP kanalen ofta uppvisade mer utspridda koherensmönster och starkare theta koherens. Resultaten demonstrerar genomförbarheten av samtidiga LFP och MEG mätningar hos ANT DBS patienter och utvecklar lösningar för datasynkronisering. Framtida studier med fler deltagare krävs dock för att karakterisera sambandet mellan thalamokortikal koherens och DBS-elektrodernas exakta position innuti thalamus, och hur dessa faktorer påverkar det kliniska utfallet av ANT DBS.Description
Supervisor
Renvall, HannaThesis advisor
Pauls, AmandeKeywords
drug-resistant epilepsy, deep brain stimulation, anterior nucleus of the thalamus, magnetoencephalography, local field potentials, thalamocortical coherence