Investigadors del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF proposen un nou mètode per diferenciar els senyals procedents del focus epilèptic amb els registrats a altres parts del cervell sense la presència de l'atac epilèptic. La tècnica pot ajudar a detectar les característiques induïdes per l'epilèpsia a partir d'aquests senyals de manera molt més ràpida que les tècniques d'anàlisi convencionals. Els resultats es van publicar a la revista Physical Review E.

Al voltant d'un 1% de la població mundial pateix epilèpsia, un trastorn neurològic que produeix atacs epilèptics. En aquests atacs, un grup de neurones té un excés de descàrregues elèctriques.

Però un 9% de tots els pacients epilèptics pateix el que es coneix com a epilèpsia farmacoresistent focal. En aquests pacients, els atacs epilèptics no es poden controlar amb medicació. Per a ells, una possible teràpia és treure la part del cervell on comencen aquests atacs epilèptics mitjançant cirurgia.

Tot i això, s’ha de realitzar diferents tècniques de diagnòstic per intentar localitzar aquest focus. L'activitat elèctrica del cervell es mesura a través de l'electroencefalografia, una tècnica que utilitza elèctrodes per recollir els senyals electroencefalogràfics (senyals EEG). En aquest treball es van fer servir senyals registrats amb elèctrodes intracranials (veure foto), directament connectats a la superfície del cervell, per registrar l'activitat elèctrica del pacient i així localitzar el focus.

Però, aquest estudi intenta localitzar de manera exacta a quina part del cervell comença l'atac epilèptic? Anaïs Espinoso, investigadora doctoral del grup “Nonlinear Time Series Analysis” (NTSA) de la UPF i primera autora de la publicació, explica que “aquest no és l'objectiu del treball, els senyals del focus epilèptic tenen una dinàmica diferent de les que no vénen directament del focus. Estudiem aquestes dinàmiques i volem veure la tècnica que aconsegueixi accentuar més les diferències entre tots dos tipus de senyals”.

Per això van estudiar els senyals produïts per cinc pacients que patien epilèpsia farmacoresistent focal. Van aplicar tècniques d'anàlisi del senyal EEG per veure diversos aspectes com la sincronització i la irregularitat de fase, un enfocament conceptualment simple i eficaç per caracteritzar els registres electroencefalogràfics dels pacients amb epilèpsia. Espinoso explica que “molts estudis de senyals electroencefalogràfics apliquen tècniques complexes que alenteixen l'anàlisi d'una gran quantitat de pacients. Aquests estudis, a més, analitzen el senyal directament, però aquest es pot alterar per artefactes fisiològics o durant el procés d'adquisició del senyal”.

“És un mètode simple i eficaç que permet l'anàlisi de diversos senyals de manera molt ràpida, i tampoc no cal esperar que la persona pateixi un atac epilèptic per obtenir resultats. Patir un atac pot produir una sèrie de problemes al pacient, com ara convulsions, moviments musculars involuntaris, pèrdua de consciència, etc. Així, els senyals sense atacs epilèptics guanyen importància a l'hora de complementar el diagnòstic”

Per això, en aquest estudi els autors obtenen la fase instantània dels senyals. “Obtenir la fase no és més que considerar que la dinàmica del senyal oscil·la en un cercle cada cert temps i indicar la seva posició en aquest cercle a cada instant de temps”, explica Ralph Gregor Andrzejak, director del grup NTSA i coautor de la publicació . "Per això, les tècniques d'anàlisi del senyal per intentar diferenciar els senyals del focus epilèptic (senyals focals) amb altres de registrades a diferents parts del cervell (senyals no focals) analitzen directament aquesta fase".

Els resultats van mostrar que els senyals focals estan més sincronitzats que els emesos pels senyals no focals. Quant a la irregularitat de fase, aquesta tècnica també permet diferenciar ambdós tipus de senyals “Els senyals originats al focus tenen menys irregularitats que els no focals, l'absència d'aquestes irregularitats està induïda pel mateix procés epilèptic”, continua Espinoso. "De manera molt simplificada, els senyals del cervell involucrats en l'atac tendeixen a sincronitzar-se de manera més fàcil i a ser més regulars".

La tècnica en qüestió, indiquen els autors, tracta de quantificar la irregularitat de la fase obtinguda del senyal. Espinoso aclareix que “la irregularitat pot tenir diversos orígens: el soroll, la no-linealitat, l'estocasticitat i la no estacionarietat de la fase del senyal”.

Andrzejak comenta que prèviament havíem estudiat aquests senyals amb altres tècniques d'anàlisi i no havíem aconseguit tant nivell de diferència com en aquest article.

Aquesta tècnica té diversos avantatges. “És un mètode simple i eficaç que permet l'anàlisi de diversos senyals de manera molt ràpida, i tampoc no cal esperar que la persona pateixi un atac epilèptic per obtenir resultats. Patir un atac pot produir una sèrie de problemes al pacient, com ara convulsions, moviments musculars involuntaris, pèrdua de consciència, etc. Així, els senyals sense atacs epilèptics guanyen importància a l'hora de complementar el diagnòstic”, conclouen.

El concepte de ciència oberta (o open science en anglès) és la idea que la investigació científica sigui accessible de forma gratuïta per a tothom. Per això, els autors d'aquest article han publicat a repositoris públics els resultats i codis obtinguts a l'estudi. D'aquesta manera, aclareix Espinoso "es podrà avançar el tema de l'estudi de l'epilèpsia de manera més ràpida amb l'ajuda d'altres investigadors". Es pot trobar una versió sense maquetar de l'article a l'e-Repositori de la UPF. La recerca forma part de la tesi doctoral d'Espinoso i va ser realitzada amb el suport del Ministeri de Ciència i Innovació d'Espanya i de l'Agència Estatal de Recerca.