発作検出(Seizure detection)

てんかんは、すべての年齢の人々に発作を引き起こす一般的な神経障害です。てんかんの割合は、西欧では1,000人に約4~10人、開発途上国ではその5倍に達します。てんかん発作は脳内の電気活動の障害の結果ですが、すべての発作がてんかんに起因するものではありません。

発作に関する研究(Research on seizures)

複数のタイプの発作が区別されます。 現在、40種類以上の異なるタイプを同定しています。発作活動のげっ歯類モデルは、典型的には不在発作(脳全体の電気的活動に影響を与える一般的なてんかんの一種)と側頭葉のてんかん(部分的なてんかん脳の半球)があります。

不在発作(Absence seizures)

不在発作(以前は小児発作と呼ばれていた)は、小児では主に見られ、通常は思春期に消失します。 これらの発作は目に見えにくく肉眼では検出が困難です。 典型的な発作活動の代わりに、しばしば患者はしばらく「空白になる」と考えられています。 臨床的にそれらを診断するために、または実験研究でそれらを認識するためには、EEG活動を測定しなければなりません。

間質性側頭葉てんかん(Mesial Temporal Lobe Epilepsy)

部分的なてんかんは全てんかん患者の約60%を占め、腹膜側頭葉てんかんが最も一般的な形態です 。 その比較的高い有病率、一時的な葉の発作の不能な性質、および薬物による治療の難しさのために、このタイプのてんかん、特に過去20年間にわたる多くの研究が研究されています。

動物研究における発作の研究(Study of seizures in animal research)

神経学的経路、および可能な治療法を調べるために、いくつかのタイプの発作を前臨床試験します。 これらの研究では、発作の持続時間、回数、強度が重要なパラメータです。 これらを測定するために、脳波記録と行動観察の組み合わせがしばしば用いられます。

側頭葉てんかんでは、発作は海馬および扁桃体に由来します。 これらは化学的または電気的にラットおよびマウスにおいて容易に興奮します。 状態のてんかんおよび熱性発作のためのもののようないくつかのモデルは、第1段階で発作を誘発し、発作のない静かな期間が続き、最後の段階で自発的な発作が起こります。 サイレント期間は数日から数週間に及ぶため、研究者はしばしば、後に発作が起こるときに行動を特定するために数時間のビデオを観察する必要があります。

発作スケール(Seizure scales)

多くの研究では、げっ歯類の発作エピソードを行動的に分類するためにラシーンスケールを使用しています。 しかし、この尺度は出版物とほぼ同じくらい多くの研究で修正されているので、長年の研究によって尺度が検証されているが、その適用と解釈は研究者の裁量のもとで行われています。 このため、一部の研究者は、発作スケールの自動検出を使用することを躊躇しているのは当然です。

動物研究技術の進歩

ビデオ追跡技術の最近の進歩は、いくつかの点で間質研究の容易さと効率を確実に高めることができます。 EthoVision XTは、 動物を追跡するだけでなく、ピクセルレベルでのビデオの活動変化を検出する 、自動ビデオ追跡ソフトウェアプログラムです。 このようにして、動物が静止している場合でも(したがって、動物の鼻先、中心点、および尻尾が同じ場所に留まる)身体の活動を検出することができます。 ソフトウェアは、各ビデオフレームを前のビデオフレームと比較することによって、変更を検出します。 実験設計に応じて、この技術は発作研究においていくつかの方法で適用することができ、フリージング行動(発作活動の反対)を検出するためにも使用されます。

発作の自動検出

活動の特定の閾値を設定することにより、特定の活動量の発作を自動的に分類し、期間、頻度などを分析することができます。 頭部のうなずきや飼育や落下などの大きな動きなどの小さな動きは、EthoVision XTで簡単に除外して分類することができます。 閾値は、実験者によって設定され、特定の実験や研究の質問、さらには特定の種や緊張の状況を微調整することができます。

発作エピソードのスキャン

活動の検出は非常に正確ですが、発作行動の詳細な手動スコアリングが必要な研究もあります。 この場合、同じテクニックを使用して数時間のビデオから起こりうる発作を取り除くことができ、研究者はすべてのビデオを手動で処理する必要がありません。 EthoVision XTソフトウェアでは、研究者が興味のある発作イベントを手動でスコアリングすることができますが、詳細な行動スコアリングのためのツールを提供するThe Observer XTソフトウェアと組み合わせて使用​​することもできます。 実際、 EvoVision XTのビデオやビヘイビアの状態をThe Observer XTにエクスポートして、データをより詳細に簡単に評価することができます。

EEG計測とビデオトラッキングおよび手動スコアリングの組み合わせ

多くの研究において、脳波測定は、発作、特に視覚的に検出することができない発作のタイプを検出するために使用される。 EthoVision XTとThe Observer XTは、脳波などの生理学的データをビデオトラッキングや活動検出の行動スコアと完全に統合することができます。 両方のプログラムには、すべてのデータを一度に簡単に選択、視覚化、分析するツールがあります。 これにより、例えば、研究者は、脳波の読み取り値と活動の測定値に基づいてデータを選択し分析することができます。

発作検出と追加の行動テストの設定例

PhenoTyperケージをホームケージ環境として使用し、7日間連続して発作を誘発したラットをモニター。 ホームケージの探索はEthoVision XTによって測定され、発作はEEG記録を使用して測定され、Racineスケール発作の重症度はThe Observer XTを使用して採点され、解析と視覚化のためにすべてのデータを組み合わせて、複数の発作の検出と活動の完全な画像を提供しました。

参考文献

Paradiso, B.; Zucchini, S.; Su, T.; Bovolenta, R. Berto, E.; Marconi, P.; Marzola, A.; Navarro Mora, G.; Fabene, P.F.; Simonato, M. (2011). Localized overexpression of FGF-2 and BDNF in hippocampus reduces mossy fiber sprouting and spontaneous seizures up to 4 weeks after pilocarpine-induced status epilepticus. Epilepsia, 52(3), 572?578.