Correlation of diffusion tensor imaging tractography with cognition in patients with mesial temporal lobe epilepsy

A epilepsia de lobo temporal mesial associado a esclerose hipocampal (ELTM-EH) é o tipo de epilepsia farmacorresistente mais comum em adultos, possui bom prognóstico de controle de crises após cirurgia, porém, as queixas cognitivas ainda são motivos de preocupação, principalmente em habilidades de memória e linguagem. Estudos de neuroimagem têm sido realizados a fim de compreender melhor a relação entre alterações morfológicas e cognitivas. A imagem por tensor de difusão (DTI) é uma técnica baseada na difusão da água em meio anisotrópico em três eixos (x, y e z) e se destaca pela capacidade de avaliar a integridade da substância branca cerebral com alto grau de confiabilidade. O objetivo de nosso trabalho foi verificar se as métricas quantitativas de DTI podem oferecer informações sobre o desfecho cognitivo em pacientes com ELTM-EH submetidos a cirurgia para controle de crises. Foram incluídos pacientes adultos com ELTM-EH unilateral, destros, submetidos a lobectomia anteromesial com amígdalo-hipocampectomia no Centro de Cirurgia e Epilepsia (CIREP), Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo (HCFMRP-USP), no período entre 2008 e 2018. Dados clínicos, demográficos, avaliação por DTI e avaliação neuropsicológica antes e após cirurgia foram incluídos. Para identificar diferenças na integridade da substância branca cerebral, adultos destros saudáveis pareados por idade e sexo formaram o grupo controle para dados de neuroimagem. A amostra esteve composta por 107 indivíduos (ELTM-EH-E n=40; ELTM-EH-D n=39, Controle n=28). Os dados clínicos e demográficos foram homogêneos para todos os grupos. O nosso trabalho traz resultados indicando que pacientes com EH esquerda apresentam alterações de substância branca cerebral mais difundidas bilateralmente, declínio em habilidades de memória para conteúdo verbal e linguagem, enquanto aqueles com EH direita podem apresentar alterações ipsilaterais ao foco epileptogênico e experimentar melhora no desempenho em tarefa de linguagem. Os tratos com piores índices de integridade são: fórceps minor (Fminor), feixe angular do cíngulo (CAB), cíngulo (CCG), radiação talâmica anterior (ATR), fascículo longitudinal inferior (ILF), fascículo longitudinal superior - temporal (SLFT) e fascículo uncinado (UNC). No grupo EH esquerda, o ATR, CAB e UNC ipsilaterais exibem diminuição em medidas de FA no pós operatório, no grupo EH direita o ATR, CAB, CCG, ILF e UNC ipsilaterais têm redução das medidas de FA, enquanto UNC e CCG contralateral tem aumento dessa medida. Os dados de correlação sugerem melhor desempenho nas tarefas cognitivas a melhores índices de integridade da substância branca dos tratos avaliados. Os grupos que não apresentam declínio cognitivo significativo após a cirurgia têm piores indicadores de integridade tecidual antes da cirurgia. A utilização de técnicas de DTI apresentam potencial para detectar diferenças estruturais e contribuir no prognóstico cognitivo de pacientes com ELTM-EH submetidos a cirurgia.Mesial temporal lobe epilepsy associated with hippocampal sclerosis (ELTM-EH) is the most common type of drug-resistant epilepsy in adults and has a good prognosis for seizure control after surgery. However, cognitive complaints are still a cause for concern, especially in memory and language skills. Neuroimaging studies have been conducted better to understand the relationship between morphological and cognitive changes. Diffusion tensor imaging (DTI) is a technique based on the diffusion of water in an anisotropic medium in three axes (x, y and z). It stands out for its ability to assess the integrity of the cerebral white matter with high reliability. Our study aimed to verify whether quantitative DTI metrics can provide predictive information on cognitive outcomes in patients with MTLE-HS undergoing surgery for seizure control. This study included right-handed adult patients with unilateral MTLE-HS. All underwent anteromesial lobectomy with amygdalohippocampectomy at an epilepsy specialized center (CIREP) located at the Clinical Hospital at Ribeirão Preto Medical School - University of São Paulo (HCFMRP-USP) between 2008 and 2018. We included clinical and demographic data, preoperative neuroimaging, and neuropsychological assessment before and after surgery. Also, we had healthy right-handed adults matched by sex and age to identify structural changes in DTI analysis. Our sample was composed by 107 individuals (ELTM-EH-E n=40; ELTM-EH-D n=39, Control n=28). Clinical and demographic data were homogeneous for all groups. Our results indicate that patients with left-sided HS present bilaterally with more widespread cerebral white matter alterations and a decline in memory skills for verbal content and language. Right-sided HS patients present alterations ipsilateral and experience improvement in language task performance. The tracts with the worst integrity indexes are forceps minor (Fminor), cingulum-angular bundle (CAB), cingulum-cingulate gyrus (CCG), anterior thalamic radiations (ATR), inferior longitudinal fasciculus (ILF), superior longitudinal fasciculus - temporal (SLFT), and uncinate fasciculus (UNC). In the left EH group, the ipsilateral ATR, CAB, and UNC shows a decline in FA measurements in the postoperative period. In the right EH group, the ATR, CAB, CCG, ILF, and UNC have a reduction in FA measurements, while the contralateral UNC and CCG have increased this measure. Correlation data suggest better performance in cognitive tasks and better white matter integrity indices of the evaluated tracts. Groups that do not show a significant cognitive decline after surgery have worse tissue integrity indicators before surgery. The use of DTI techniques has the potential to detect structural differences and contribute to the cognitive prognosis of patients with ELTMEH undergoing surgery