Epilepsie is een complexe neurologische aandoening die wereldwijd ongeveer 50 miljoen mensen treft. Hoewel bekend is dat deze ziekte al eeuwen bestaat, het exacte mechanisme van zijn kardinale symptoom, de epileptische aanval, blijft slecht begrepen. In feite, ongeveer 25 procent van de epileptische aanvallen kan niet worden gecontroleerd door een van de therapieën die tegenwoordig beschikbaar zijn.

Recente ontwikkelingen hebben geleid tot een conceptualisering van epilepsie als een "netwerkziekte" die verbindingen in de hersenen vertoont. Dit grootschalige epileptische netwerk omvat verschillende hersengebieden die betrokken zijn bij normale hersenactiviteit, zowel tijdens aanvalsvrije intervallen als bij zogenaamde pathofysiologische activiteiten zoals epileptische aanvallen.

Weinig is bekend, echter, over welke specifieke hersengebieden bijdragen aan het epileptische netwerk van een patiënt of welke rollen deze verschillende gebieden spelen. Zoals een groep onderzoekers in Duitsland nu deze week meldt in Chaos , een manier om dichter bij de complexe bedrading van het menselijk brein te komen, is door concepten uit een op tijd gebaseerde synchronisatietheorie en op ruimte gebaseerde netwerktheorie samen te voegen om functionele hersennetwerken te construeren.

Tot nu, het "aanval-genererende gebied" van de hersenen - waarin de vroegste tekenen van epileptische activiteit kunnen worden waargenomen - werd als de belangrijkste van deze regio's beschouwd. Deze bevinding was gebaseerd op zeer beperkte gegevens en het was onduidelijk of het belang ervan met de tijd verandert.

Met deze nieuwe analytische benadering Professor Klaus Lehnertz, hoofd van de Neurophysics Group in de afdeling Epileptologie van de Universiteit van Bonn, en zijn groep onderzochten de temporele en ruimtelijke variabiliteit van het belang van de verschillende hersengebieden.

"Nieuwe ontwikkelingen in de netwerktheorie bieden krachtige hulpmiddelen om zogenaamde 'functionele netwerken' te construeren op basis van waarnemingen van hersenactiviteiten zoals het elektro-encefalogram (EEG), en helpen bij het identificeren van de belangrijke knooppunten en links binnen dergelijke netwerken, ' zei Lehnertz.

Door netwerkknooppunten te associëren met individueel bemonsterde hersengebieden, De groep van Lehnertz kan een verband tussen een paar knooppunten definiëren door de mate van synchronisatie tussen neuronale signalen van alle paren knooppunten te beoordelen; hoe hoger de graad, hoe sterker de band.

"Door deze analyseconcepten toe te passen op meerkanaals EEG-opnames op lange termijn van 17 epilepsiepatiënten met een hoge temporele resolutie, konden we een reeks functionele hersennetwerken afleiden die meerdere dagen duurden, " zei Christian Geier, een promovendus die met Lehnertz werkt. "Voor elk netwerk we beoordelen verschillende aspecten van het belang van individuele hersengebieden met verschillende centraliteitsindices die eerder zijn ontwikkeld voor de sociale wetenschappen. Vervolgens, we onderzoeken hoe het belang van netwerkknooppunten in de loop van de tijd fluctueert."

Het werk van de groep is bijzonder belangrijk omdat ze voor het eerst lieten zien hoe het belang van individuele knooppunten binnen functionele hersennetwerken fluctueert op tijdschalen van tientallen seconden tot dagen. Ze toonden verder aan dat deze fluctuaties grotendeels kunnen worden toegeschreven aan de normale, dagelijkse ritmes van een patiënt, maar slechts minimaal toegeschreven aan verschijnselen die direct verband houden met de ziekte.

Misschien is hun meest intrigerende bevinding dat in het algemeen, volgens Geier, er is geen constante belangrijkheidshiërarchie tussen hersengebieden.

"Liever, ze wisselen van belang op verschillende tijdschalen, "Zei Geier. "En, afhankelijk van welk aspect van belang wordt beoordeeld, het epileptische gebied is niet - zoals algemeen wordt aangenomen - het belangrijkste knooppunt binnen een grootschalig epileptisch netwerk."

De inzichten die uit dit onderzoek zijn verkregen, vormen een onderdeel van de noodzakelijke basis voor het ontwikkelen van behandelingen die verband houden met de oorzaken en symptomen van epilepsie.

"Wanneer verschillende hersenregio's het grootste belang hebben binnen een functioneel hersennetwerk, is dit de sleutel tot het verbeteren van zowel de voorspelling als de controle van epileptische aanvallen, " zei Lehnertz. "Op de lange termijn, dit verbeterde inzicht kan de ontwikkeling van betere behandelingsopties voor patiënten met epilepsie mogelijk maken. En het begrijpen van het belang van de knooppunten en verbindingen van functionele hersennetwerken kan ook relevant zijn voor andere neurologische ziekten."