Dynamika a funkční organizace neuronálních populací v epileptickém mozku
Dynamics and functional organization of neuronal populations in epileptic brain
Typ dokumentu
disertační prácedoctoral thesis
Autor
Jan Kudláček
Vedoucí práce
Jiruška Přemysl
Oponent práce
Procházka Aleš
Studijní obor
Teoretická elektrotechnikaStudijní program
Elektrotechnika a informatikaInstituce přidělující hodnost
katedra teorie obvodůPráva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Epilepsie je chronické neurologické onemocnění postihující 0.5 až 1 % světové populace. Hlavním projevem epilepsie jsou epileptické záchvaty. Zdánlivá náhodnost a nepředvídatelnost záchvatů představuje jednu z nejvíce nepříjemných vlastností epilepsie. Nicméně objevuje se stále vice důkazů, že záchvaty nejsou zcela náhodné, tj. nereprezentují Poissonův proces. Cílem této práce bylo popsat dlouhodobou dynamiku záchvatů v tetanotoxinovém modelu epilepsie a navrhnout, jaké mechanizmy za ni mohou být zodpovědné. Pomocí statistických technik jsme ukázali, že záchvaty v tetanotoxinovém modelu epilepsie nejsou Poissonovské. Zjistili jsem, že záchvaty se vyskytují ve shlucích trvajících přibližně dva dny a jsou odděleny přibližně dvoudenními obdobími bez záchvatů. Hlavním původním výsledkem této práce je popis vnitřní struktury shluku. Zjistili jsme, že na začátku shluku se vyskytují především fokální záchvaty, avšak s postupem shluku se zvyšuje zastoupení záchvatů generalizovaných. Frekvence výskytu záchvatů se s postupem shluku postupně snižuje. Navrhujeme teorii, že fokální záchvaty na začátku shluku usnadňují generalizaci pozdějších záchvatů, pravděpodobně prostřednictvím mechanismu zvaného kindling. Když se pak objeví generalizované záchvaty, mají naopak inhibiční vliv ve formě zvyšování prahu pro vyvolání záchvatu, což vede ke snížení frekvence výskytu záchvatů. Kumulace tohoto inhibičního vlivu pak může vést k ukončení shluku záchvatů. Analyzovali jsme také dlouhodobé profily epileptických sérií výbojů (angl. burst), což je méně známý grafoelement pozorovaný v tetanotoxinovém modelu epilepsie. Série výbojů nám umožnily zkoumat dynamiku epileptického mozku v období mezi shluky záchvatů, ve kterém se žádné záchvaty nevyskytují. Zjistili jsme, že v mezi-shlukovém období se zvyšuje frekvence výskytu sérií výbojů. Jejich délka z počátku klesá, ale s blížícím se následujícím shlukem záchvatů začne růst. Výkon signálu sérií výbojů v hipokampech se zvyšuje. Vzájemná korelační funkce mezi hipokampy, a taktéž mezi hipokampem a motorickou kůrou, roste. Tyto změny interpretujeme jako projev postupně se zvyšující excitability mozku a facilitace propagace epileptické aktivity. To je důkazem skrytého dynamického procesu, ke kterému dochází během mezishlukového období, a který vede k dalšímu shluku záchvatů. Epilepsy is a neurological disorder affecting 0.5 to 1 % worldwide. The main manifestation of epilepsy is epileptic seizures. The seeming randomness and unpredictability of seizures constitutes a major debilitating factor for people with epilepsy. There is, however, increasing body of evidence that the seizures are not fully random, i.e. they are not a Poisson process. In this work we aimed at investigating the long-term dynamics of seizures in the tetanus toxin model of epilepsy in rats and proposing the mechanisms that could govern it. Using statistical techniques, we have shown that the seizures in the tetanus toxin model of epilepsy in rats are not Poissonian. We have found that the seizures occur in clusters of approximately 2 days duration interleaved by approximately 2-day seizure-free periods. The main original finding of this work is the internal structure of the cluster. We have found that at the beginning of the cluster there are mostly focal seizures but with the cluster progression there is gradually increasing proportion of generalized seizures. The seizure rate gradually decreases with the cluster progression. We propose a theory that the focal seizures at the beginning of the cluster facilitate the generalization of later seizures possibly via kindling mechanism. Once the generalized seizures appear, they have rather inhibiting effect in that they gradually decrease the seizure rate. Accumulation of such inhibition may be then responsible for the termination of the seizure cluster. We have also analyzed the long-term profiles of epileptic bursts, a less well known graphoelement observed in the tetanus toxin model of epilepsy. Bursts enabled us to investigate the dynamics of the epileptic brain during the inter-cluster periods where no seizures are present. We have found that during the inter-cluster period, the burst rate increases. The duration of the bursts initially decreases but with an approaching seizure cluster it increases again. The signal power of the bursts in the hippocampi increases. Cross-correlation function between the hippocampi as well as between the hippocampus and motor cortices increases. We interpret these changes as a manifestation of gradually increasing excitability of the brain and facilitation of the propagation of epileptic activity. This is an evidence of a hidden dynamic process which takes place during the inter-cluster period and which slowly leads to the next seizure cluster. Our findings on long-term seizure dynamics have implications for understanding the principles of seizure generation, evaluation of epilepsy therapy, evaluation of seizure risk (seizure forecasting) and ultimately, they may help in introduction of patient-tailored treatment strategies, such as chronopharmacotherapy, which improve efficacy and reduce side effects of the drugs.
Zobrazit/ otevřít
Kolekce
- Disertační práce - 13000 [694]