Clinical effects of direct cortical stimulation of the human brain and proposal for a functional atlas
Effets cliniques de la stimulation corticale directe du cerveau humain et proposition d'un atlas fonctionnel
Abstract
For almost one century, direct cortical stimulation (DCS) has appeared as a powerful technique to map brain functions in epilepsy surgery and tumor surgery patients. This has provided a large amount of data on the key structures involved in various perceptual and behavioral phenomena which are, however, very difficult to synthesize and therefore uneasy to use. The aim of our work was to assess the feasibility to generate a functional atlas from DCS-derived clinical data, including video clips. This atlas was imagined to be symptom-based and anatomically-based, both at the individual and group level, in order to be usable for students, clinicians and researchers. To do so, 1642 clinical responses (DCS-R) elicited by 1436 stimulations applied at 1007 cortical sites were extracted from DCS performed in 50 epilepsy surgery candidates submitted to Stereotactic intracerebral EEG (SEEG) investigation. Data were carefully analysed to provide information on the stimulated dipole, stimulation parameters, DCS-R (classified according to Lüders's classification) and SEEG changes. Video-SEEG segments of DCS-R were extracted from the video-SEEG files to provide the full clinical information. Anatomical description of the patients' brains were extracted from the database generated by the IntrAnat Electrode sofware that we use in routine. Data were anonymized and coded before to be further processed. We then used two already existing in-house softwares (HIBoP and BrainTVreplay) developed by the Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon to link together anatomical and SEEG data and review video sequences. Our premiminary results shows that the atlas allows, both at the individual and group level, and with a video output, a convenient 3D visualization of the cortical networks associated with similar DCS-R, as well as of all DCS-R elicited from a given cortical parcel. A tutorial has been elaborated to help future users to export DCS-R in HIBoP, from where they can be easily displayed on brain anatomy, and further visualized using BrainTVreplay. We expect this preliminary work to provide convincing arguments on the practicality and interest of this proof-of-concept of atlas, that will need further improvements to make it available in routine. We assume that the present dataset, while limited, already provides a firm basis for a collaborative effort across epilepsy surgery centers to update the atlas over time.
Depuis un siècle, la stimulation corticale directe (SCD), utilisée au cours de la chirurgie d’exérèse tumorale, comme du bilan préopératoire des épilepsies pharmacorésistantes, s’est imposée comme une technique primordiale pour cartographier les fonctions cérébrales. A partir des données recueillies ont pu être extraites de nombreuses informations sur le fonctionnement de structures cérébrales clés, notamment dans le cadre de processus comportementaux et perceptifs. Néanmoins ces données nombreuses ne sont pas uniformisées, difficiles à synthétiser et de ce fait peu utilisables en pratique. Le but de notre travail était d’évaluer la faisabilité d’un atlas fonctionnel incluant une illustration par vidéo des symptômes obtenus, se basant sur le recueil des stimulations corticales directes responsables de signes cliniques (SCD-R) recueillies dans le cadre des explorations SEEG. Cet atlas a été pensé comme un atlas à double entrée, accessible, par une entrée clinique (symptômes provoqués par la stimulation), soit par une entrée anatomique. (région stimulée). La lecture de cet atlas peut se faire pour un patient donné ou un groupe de patients dans le but d’être utilisé à la fois par des étudiants, des cliniciens ou des chercheurs. Pour ce faire nous avons recueilli 1642 réponses cliniques (SCD-R) provoquées par 1436 stimulations appliquées en 1007 localisations corticales différentes dans le cadre de l’exploration SEEG de 50 patients candidats à une chirurgie de l’épilepsie. Les données de chaque stimulation ont été analysées afin de fournir les caractéristiques électriques de chaque dipôle stimulé, des modifications SEEG en regard de cette stimulation et des symptômes provoqués par cette dernière (classés selon la classification de Luders). Les fichiers vidéo des stimulations ont été extraits afin de fournir le maximum de précision sur la symptomatologie clinique présentée par le patient au cours de la stimulation. La description anatomique du cerveau des patients a été extraite de la base de données générée par le logiciel IntrAnat Electrode utilisé en pratique quotidienne. Les données ont été anonymisées et codées avant d’être utilisées. Nous avons ensuite utilisé deux logiciels préexistants (HIBoP and BrainTVreplay) développés par le Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon pour faire le lien entre les données anatomiques, SEEG, et le visionnage des vidéos. Nos premiers résultats montrent que notre atlas permet une bonne visualisation tridimensionnelle des réseaux corticaux responsables d’une SCD-R mais aussi de l’ensemble des SCD-R associés à une localisation corticale donnée, à l’échelle d’un patient donné comme du groupe de patients. Un tutoriel a été édité pour permettre aux futurs utilisateurs d’exporter facilement les SCD-R et de permettre leur visualisation dans HiBoP puis dans BTVReplay. Ce travail a pour but de fournir les preuves suffisantes de la faisabilité d’un atlas fonctionnel basé sur l’obtention des SCD-R et doit être vu comme une preuve de concept, à développer dans les différents centres de chirurgie de l’épilepsie. Afin de rendre son utilisation plus pratique au quotidien, notre atlas nécessitera des ajustements et améliorations. Cependant la base de données initiale présenteé ici permet d’initier le travail de recueil ; à travers les différents centres de chirurgie de l’épilepsie et par conséquent son amélioration au cours du temps.
Origin | Files produced by the author(s) |
---|