Hochfrequente Gehirnaktivität im hochauflösenden EEG

Epilepsie eine der häufigsten chronischen, neurologischen Erkrankungen. Besonders hart trifft es jene 30% der Epilepsiepatienten, welche trotz medikamentöser Therapie weiterhin an Anfällen leiden. In diesem Fall besteht allerdings bei 60-80% der Patienten die Chance, dass eine Operation zur gewünschten Anfallsfreiheit führt. Allerdings hängt der Erfolg dieses Eingriffs davon ab, wie gut die Gehirnregion definiert wird, welche entfernt werden sollte. Leider gibt es bis heute aber noch keine Untersuchungsmethode, welche diese Region direkt eingrenzen kann. Seit wenigen Jahren versuchen Forscher aus aller Welt herauszufinden, ob neuronale hochfrequente Aktivität jenseits der 80Hz ein genauerer und direkter Indikator sein könnte. Zu dieser hoffnungsschweren Frage möchten wir auf drei Ebenen einen Beitrag leisten: Zunächst wird diese Aktivität üblicherweise mit invasiven Elektroden gemessen, welche direkt in das Gehirn eingeführt werden müssen. Hierfür ist eine aufwändige, teure und zu einem gewissen Maß auch für den Patienten riskante Operation notwendig. Einige Studien konnten die hochfrequente Aktivität mit dem klassischen Elektroencephalogramm messen, d.h. indem 21 Elektroden an der Kopfoberfläche positioniert wurden. Das ist vergleichsweise billig und gänzlich risikolos. Allerdings werden hochfrequente Aktivitäten des Gehirns räumlich sehr begrenzt erzeugt und breiten sich auch nicht weiter aus. Es ist daher anzunehmen, dass dieser klassische Ansatz einen Großteil der interessanten Aktivität gar nicht erfassen kann. Darum möchten wir das hochauflösende Elektroencephalogramm verwenden, das 256 statt der üblichen 21 Elektroden verwendet. Zweitens möchten wir die Techniken zur automatischen Erfassung der hochfrequenten Aktivitäten weiterentwickeln, da die visuelle Untersuchung von hochauflösenden Daten wenig objektiv und für die klinische Praxis viel zu zeitaufwändig ist. Außerdem gibt es bis heute nur Algorithmen für die automatische Detektion von invasiv aufgezeichneter hochfrequenter Aktivität. Leider sind diese Algorithmen sehr ungeeignet für das Oberflächen-EEG. Drittens stellt sich die Frage, welche dieser hochfrequenten Aktivitätsmuster überhaupt relevant sind. Es gibt nämlich auch im gesunden Gehirn hochfrequente Aktivität, die z.B. in bestimmten Gehirnregionen auftritt, wenn unser Gedächtnis Inhalte langfristig abspeichert, bei Bewegungskontrolle, oder bei der visuellen Wahrnehmung. Zur Zeit erfolgt die Unterscheidung meistens dadurch, dass in diesen Regionen mit vermutlich gesunder Aktivität gar nicht nach hochfrequenter Aktivität gesucht wird. Es gibt jedoch zahlreiche Formen von Epilepsie, bei welchen die epileptischen Anfälle in genau so einer Region ihren Ursprung nehmen. Wir möchten nun die gesunde Aktivität in diesen Regionen provozieren und aufgrund des Anstiegs hochfrequenter Aktivität während der Provokation auf die Natur dieser Muster schließen. Unsere Vision ist es, dass die riskanten invasiven Untersuchungen eines Tages zumindest teilweise durch die Aktivitätsmessung an der Kopfoberfläche ersetzt werden kann.

Epilepsie ist eine der häufigsten chronischen, neurologischen Erkrankungen. Besonders hart trifft es jene 30% der Epilepsiepatienten, welche trotz medikamentöser Therapie weiterhin an Anfällen leiden. In diesem Fall besteht allerdings bei 60-80% der Patienten die Chance, dass eine Operation zur gewünschten Anfallsfreiheit führt. Allerdings hängt der Erfolg dieses Eingriffs davon ab, wie gut die Gehirnregion definiert wird, welche entfernt werden sollte. Leider gibt es bis heute aber noch keine Untersuchungsmethode, welche diese Region direkt eingrenzen kann. Seit einigen Jahren versuchen Forscher aus aller Welt herauszufinden, ob neuronale hochfrequente Aktivität jenseits der 80Hz ein genauerer und direkter Indikator sein könnte. Bislang wird diese Aktivität üblicherweise mit invasiven Elektroden gemessen, welche direkt in das Gehirn eingeführt werden müssen. Hierfür ist eine aufwändige, teure und zu einem gewissen Maß auch für den Patienten riskante Operation notwendig. Einige Studien konnten die hochfrequente Aktivität mit dem klassischen Elektroencephalogramm messen, d.h. indem 21 Elektroden an der Kopfoberfläche positioniert wurden. Das ist vergleichsweise billig und gänzlich risikolos. Allerdings werden hochfrequente Aktivitäten des Gehirns räumlich sehr begrenzt erzeugt und breiten sich auch nicht weiter aus. Es ist daher anzunehmen, dass dieser klassische Ansatz einen Großteil der interessanten Aktivität gar nicht erfassen kann. Darum wurde in dem vorliegenden Projekt das hochauflösende Elektroencephalogramm verwendet, mit 256 statt der üblichen 21 Elektroden. Tatsächlich lassen dank der höheren Auflösung im Schnitt mehr dieser hochfrequenten Aktivitäten messen. In diesem Projekt wurden die Techniken zur automatischen Erfassung der hochfrequenten Aktivitäten weiterentwickelt, da die visuelle Untersuchung von hochauflösenden Daten wenig objektiv und für die klinische Praxis viel zu zeitaufwändig ist. Es gibt bis heute nur Algorithmen für die automatische Detektion von invasiv aufgezeichneter hochfrequenter Aktivität. Wir konnten zeigen, dass diese Algorithmen nicht für das Oberflächen-EEG geeignet sind. Drittens stellt sich die Frage, welche dieser hochfrequenten Aktivitätsmuster überhaupt relevant sind. Es gibt nämlich auch im gesunden Gehirn hochfrequente Aktivität, die z.B. in bestimmten Gehirnregionen auftritt, wenn unser Gedächtnis Inhalte langfristig abspeichert, bei Bewegungskontrolle, oder bei der visuellen Wahrnehmung. Zur Zeit erfolgt die Unterscheidung meistens dadurch, dass in diesen Regionen mit vermutlich gesunder Aktivität gar nicht nach hochfrequenter Aktivität gesucht wird. Es gibt jedoch zahlreiche Formen von Epilepsie, bei welchen die epileptischen Anfälle in genau so einer Region ihren Ursprung nehmen. Wir provozierten die gesunde Aktivität in diesen Regionen, jedoch mussten wir feststellen, dass die Unterscheidbarkeit zwischen gesunder und krankhafter Aktivität mit dieser Strategie nicht zielführend ist. In Summe stimmen unsere größtenteils negativen Schlussfolgerungen mit der mittlerweile in wissenschaftlichen Fachkreisen laut gewordenen Ernüchterung überein, dass die anfängliche Euphorie über hochfrequente Aktivitäten als neuer Biomarker nicht durch Daten gestützt werden kann wenn strenge wissenschaftliche Kriterien angewandt werden.