Searching for epileptiform region in patients with temporal lobe epilepsy: alternative methods based on fMRI and EEG-fMRI

A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a forma mais comum de epilepsia e a mais resistente ao tratamento medicamentoso. Existem diversos tipos de drogas anti-epilépticas usadas no controle das crises. Entretanto, em alguns casos, esse tipo de tratamento não é eficaz e a cirurgia para remoção da zona epileptogênica (ZE) pode ser uma alternativa recomendada. A ZE é definida como aquela onde as crises são originadas. Trata-se de um conceito teórico e, atualmente, não existem técnicas capazes de delimitá-la precisamente. Na prática, exames de EEG, vídeo-EEG, MEG, SPECT, PET e diversas técnicas de MRI, em especial as funcionais, têm sido usados para mapear zonas relacionadas à ZE. Contudo, em alguns casos, os resultados permanecem não convergentes e a determinação da ZE inconclusiva. Desse modo, é evidente a importância do surgimento de novas metodologias para auxiliar a localização da ZE. Assim, pois, o objetivo deste trabalho foi desenvolver dois métodos para a avaliação da ZE, ambos baseados na imagem funcional por ressonância magnética. No primeiro, investigamos possíveis alterações da resposta hemodinâmica (HRF) quando da modulação da pressão parcial de CO2. Para tanto, fizemos um estudo sobre 22 pacientes com ELT e 10 voluntários assintomáticos modulando a pressão parcial de CO2 sanguíneo cerebral por um protocolo de manobra de pausa respiratória e outro de inalação passiva de CO2/ar. Os resultados mostram que o tempo de onset da HRF tende a ser maior e a amplitude da HRF tende a ser menor em áreas do lobo temporal de pacientes com ELT quando comparados com os dados de voluntários assintomáticos. Além disso, os resultados mostram mapas de onset individuais coincidentes com exames de SPECT ictal. O segundo estudo foi baseado em medidas de EEG-fMRI simultâneo. Neste, avaliamos a relação entres as potências dos ritmos cerebrais alfa e teta (EEG) e o contraste BOLD (fMRI) de 41 pacientes com ELT e 7 voluntários assintomáticos em estado de repouso. A análise da banda alfa mostrou correlações negativas nos lobos occipital, parietal e frontal tanto nos voluntários quanto nos pacientes com ELT. As correlações positivas nos voluntários foram dispersas e variáveis em ambos hemisférios cerebrais. Por outro lado, encontramos forte correlação positiva no tálamo e ínsula dos pacientes com ELT. Na análise da banda teta observamos correlações positivas bilaterais nos giros pré e pós central de voluntários. Ainda, foram observados clusters no cíngulo anterior, tálamo, ínsula, putamen, em regiões parietais superior, frontais e giros temporais. Também, utilizamos um cálculo de índice de lateralização (IL) no lobo temporal em confrontos entre pacientes com ELT à direita, pacientes com ELT à esquerda e voluntários assintomáticos. Verificamos que os ILs, utilizando os clusters obtidos nas análises em teta, foram coincidentes com o diagnóstico clínico prévio da localização da ZE em todas as análises dos grupos de pacientes com ELT à direita, e na maioria do grupo de pacientes com ELT à esquerda. De forma geral, verificamos que o método de hipercapnia se mostrou ferramenta interessante na localização da ZE comprovada pelos coincidentes achados pela avaliação de SPECT. Inferimos que o maior tempo de onset e menor amplitude da HRF observadas nos pacientes em relação a voluntários possam estar relacionados a um stress vascular devido à recorrência de crises. Já o método de ritmicidade alfa e teta proposto parece promissor para ser usado na determinação da lateralização da ZE em pacientes com ELT.Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common and resistant form of epilepsy to anti-epileptic drug. There are several types of anti-epileptic drugs used in seizure control. However, in some cases drug treatment is not effective and surgery to remove the epileptogenic zone (EZ) is a recommended alternative. EZ is a theoretical concept and there are many techniques that have been applied to enclose it precisely. In practice, EEG, video-EEG, MEG, SPECT, PET and various MRI techniques, especially functional MRI (fMRI), have been used to map areas related to EZ. However, in some cases, the results remain non-convergent and the EZ, undefined. Therefore, the use of new methodologies to assist the location of EZ have been proposed. Herein, our goal was to develop two methods for assessing the EZ. The first one was designed to access changes in the hemodynamic response (HRF) of the EZ in response to hypercapnia. 22 patients with TLE and 10 normal volunteers were evaluated by modulating the partial pressure of CO2 during the acquisition of fMRI in a breathing holding and a passive inhalation CO2/air protocols. The results show increased onset times and decreased amplitude of the HRF in the temporal lobe of TLE patients compared with asymptomatic volunteers. Moreover, most patients had onset maps coincident with ictal SPECT localizations. The second proposed study was based on simultaneous EEG-fMRI acquisitions. The relationship between powers of alpha and theta bands (EEG) and BOLD contrast (fMRI) was investigated in 41 TLE patients and 7 healthy controls. Alpha band results show a consistent negative correlation in the occipital, parietal and frontal lobes both in controls and TLE patients. In addition, controls show disperse positive correlations in both hemispheres. On the other hand, TLE patients presented strong positive correlations in the thalamus and insula. Theta band analysis, in controls, primarily show positive correlations in bilateral pre-and post-central gyri. In patients, robust positive correlations were observed in the anterior cingulate gyrus, thalamus, insula, putamen, superior parietal, frontal and temporal gyri. Moreover, the lateralization index (LI) indicates a coincidence between the side of the EZ evaluated by clinical diagnosis and clusters detected in the theta band. In conclusion, the hipercapnia study showed to be an interesting tool in locating EZ and the results are similar to SPECT findings. The longer onset and lower amplitude of the HRF observed in patients may be related to a vascular stress due to the recurrence of seizures. Furthermore, alpha and theta rhythms may be a promising tool to be used in determining the lateralization of EZ in patients with TLE