ラットにおけるてんかん発生の定量化と応答性のある自発的な脳状態動態の定量化

Quantifying epileptogenesis in rats with spontaneous and responsive brain state dynamics.

• Dakota N Crisp
• Warwick Cheung
• Stephen V Gliske
• Alan Lai
• Dean R Freestone
• David B Grayden
• Mark J Cook
• William C Stacey

抄録

てんかん発生のバイオマーカーを同定することは、後の発作の発生を予測する上で非常に重要である。本研究では、ラットのてんかん発症モデルにおいててんかんの進行を定量化する2つの新規電気生理学的バイオマーカーを同定した。長期破傷風トキシンラットモデルを用いて、数週間にわたるてんかんの発症と寛解を示した。周期的な電気刺激に対する反応と、数週間にわたる自発発作ダイナミクスの特徴を測定した。両方のバイオマーカーは、てんかん発症時に劇的な変化を示した。電気的に誘発された反応は発作が始まる数日前から変化し始め、発作が治まるまで変化し続けた。これらの変化は動物間で一貫しており、どの動物が後にてんかんを発症するかを鑑別するアルゴリズムを開発することができた。発作が始まると、最近の理論的な予測と密接に一致する発作ダイナミクスの進行が見られ、基礎となる脳の状態が時間の経過とともに変化していることが示唆された。この研究は、誘導された電気的反応と発作発生ダイナミクスが、てんかん発生の動的変化を定量化するのに有用なバイオマーカーであることを示している。これらのツールは、基礎となるてんかん発生の定量化や、発作の後続発症の予測に有望である。

There is a crucial need to identify biomarkers of epileptogenesis that will help predict later development of seizures. This work identifies two novel electrophysiological biomarkers that quantify epilepsy progression in a rat model of epileptogenesis. The long-term tetanus toxin rat model was used to show the development and remission of epilepsy over several weeks. We measured the response to periodic electrical stimulation and features of spontaneous seizure dynamics over several weeks. Both biomarkers showed dramatic changes during epileptogenesis. Electrically induced responses began to change several days before seizures began and continued to change until seizures resolved. These changes were consistent across animals and allowed development of an algorithm that could differentiate which animals would later develop epilepsy. Once seizures began, there was a progression of seizure dynamics that closely follows recent theoretical predictions, suggesting that the underlying brain state was changing over time. This research demonstrates that induced electrical responses and seizure onset dynamics are useful biomarkers to quantify dynamical changes in epileptogenesis. These tools hold promise for robust quantification of the underlying epileptogenicity and prediction of later development of seizures.

© The Author(s) (2020). Published by Oxford University Press on behalf of the Guarantors of Brain.