Elektrografické charakteristiky záchvatů v animálních modelech epilepsie

Abstract

Animální modely hrají ve výzkumu epilepsie zásadní roli, zejména při zkoumání farmakorezistentních forem, jako je epilepsie temporálního laloku (TLE) a epilepsie na podkladě fokální kortikální dysplázie (FCD). Tyto modely umožňují pozorování spontánních záchvatů za kontrolovaných podmínek, což umožňuje studium vývoje záchvatů bez rušivých účinků léčby. Pochopení toho, zda se charakteristiky záchvatů v průběhu času vyvíjejí strukturovaným způsobem, má význam například pro optimalizaci chronoterapie. Tato studie zkoumala dynamiku záchvatů u 13 myší s FCD typu II vyvolanou in utero elektroporací mutovaného genu mTOR a u 7 potkanů s TLE vyvolanou injekcí tetanotoxinu do dorsálního hipokampu. U modelu FCD byly jednokanálové záznamy EEG použity k extrakci třinácti časově proměnných příznaků týkajících se statistických vlastností, spektrálního obsahu a aktivity hrotů. Vývoj příznaků podél záchvatu vytvořil trajektorii v multidimenzionálním prostoru. Trajektorie byla nazvána seizure pathway - dráha záchvatů. Podobnost záchvatů byla kvantifikována pomocí dynamického časového zkreslení (DTW) na drahách a dráhy záchvatů byly vizualizovány pomocí analýzy hlavních komponent (PCA). U většiny subjektů byla pozorována významná souvislost mezi podobností záchvatů a časovou blízkostí, s omezeným a nekonzistentním náznakem cirkadiánní modulace. V modelu TLE bylo k dispozici vícekanálové EEG, a proto byly záchvatové dráhy konstruovány pomocí vzorců konektivity. Byla zjištěna statisticky významná korelace mezi podobností záchvatů a časovou vzdáleností mezi záchvaty. Jednokanálové analýzy využívající stejných 13 rysů jako u myší zejména z dorzálního hipokampu ukázaly podobně silnou korelaci s časovou vzdáleností. Srovnání mezi přístupy založenými na příznacích a konektivitě však odhalilo pouze mírnou shodu v rozdílnosti záchvatových drah, což naznačuje, že každá metoda zachycuje komplementární aspekty variability záchvatů. Nicméně v rámci modelu TLE nebyl pozorován žádný statisticky významný rozdíl mezi jednokanálovým a vícekanálovým přístupem, což naznačuje, že oba zachycují časovou strukturu v podobném rozsahu. Při použití stejné jednokanálové metody u obou modelů byla korelace v modelu TLE signifikantně silnější než v modelu FCD, což naznačuje konzistentnější časovou organizaci záchvatů u TLE. Tato zjištění podporují přítomnost vývoje záchvatů v obou modelech. Výsledky podtrhují význam integrace přístupů založených na příznacích a konektivitě pro lepší pochopení vývoje záchvatů.

Animal models play a critical role in epilepsy research, particularly in investigating pharmacoresistant forms such as temporal lobe epilepsy (TLE) and epilepsy associated with focal cortical dysplasia (FCD). These models allow for the observation of spontaneous seizures under controlled conditions, allowing the study of seizure evolution without the confounding effects of treatment. Understanding whether seizure characteristics evolve in a structured manner over time has implications, for example, in optimizing chronotherapy. This study examined the dynamics of seizures in 13 mice with FCD type II induced by in utero electroporation of mutated mTOR gene and 7 rats with TLE induced by intrahippocampal injection of tetanus toxin. In the FCD model, single-channel EEG recordings were used to extract thirteen time-varying features related to statistical properties, spectral content, and spike activity. The evolution of the features along the seizure created a trajectory in the multidimensional. The trajectory was called a seizure pathway. Seizure similarity was quantified using dynamic time warping (DTW) on the pathways, and seizure pathways were visualized through principal component analysis. A significant association between seizure similarity and temporal proximity was observed in most subjects, with limited and inconsistent evidence of circadian modulation. In the TLE model, multi-channel EEG was available and, therefore, seizure pathways were constructed using the connectivity patterns. Statistically significant correlation was found between seizure similarity and temporal distance across animals. Single-channel analyses using the same 13 features as in the miceparticularly from the dorsal hippocampusshowed a similarly strong correlation with temporal distance. However, comparisons between feature-based and connectivity-based approaches revealed only moderate agreement in the dissimilarities between seizure pathways, suggesting that each method captures complementary aspects of seizure variability. Nevertheless, no statistically significant difference was observed between single-channel and multi-channel approaches within the TLE model, indicating that both capture temporal structure to a similar extent. When applying the same single-channel method across models, the correlation in the TLE model was significantly stronger than in the FCD model, suggesting a more consistent temporal organization of seizures in TLE. These findings support the presence of seizure evolution in both models. The results underscore the importance of integrating feature-based and connectivity-based approaches to better understand seizure progression.