neurosurgeryНейрохирургияRussian journal of neurosurgery1683-32952587-7569Издательский дом "МедИНК"10.17650/1683-3295-2019-21-3-37-43neurosurgery-744Research ArticleОРИГИНАЛЬНАЯ РАБОТАORIGINAL REPORTПассивное речевое картирование высокой точности во время операций по поводу глиом доминантного полушарияHigh resolution passive speech mapping in dominant hemisphere glioma surgeryhttps://orcid.org/0000-0001-5026-0060СинкинМ. В.SinkinM. V.

Михаил Владимирович Синкин

mvsinkin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8827-9429ОсадчийА. Е.OsadchiyA. E.https://orcid.org/0000-0003-0355-8723ЛебедевМ. А.LebedevM. A.https://orcid.org/0000-0002-2487-8542ВолковаК. В.VolkovaK. V.https://orcid.org/0000-0002-7971-6479КондратоваМ. С.KondratovaM. S.https://orcid.org/0000-0002-6911-0975ТрифоновИ. С.TrifonovI. S.https://orcid.org/0000-0001-5256-0905КрыловВ. В.KrylovV. V.ГБУЗ «Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения г. Москвы»; ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава РоссииРоссияN.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine, Moscow Healthcare Department; A.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry, Ministry of Health of RussiaRussian FederationФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”»РоссияNational Research University “Higher School of Economics”Russian FederationФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава России; ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”»РоссияA.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry, Ministry of Health of Russia; National Research University “Higher School of Economics”Russian FederationФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава РоссииРоссияA.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry, Ministry of Health of RussiaRussian Federation2019140920192133743Copyright © Синкин М.В., Осадчий А.Е., Лебедев М.А., Волкова К.В., Кондратова М.С., Трифонов И.С., Крылов В.В., 20192019Синкин М.В., Осадчий А.Е., Лебедев М.А., Волкова К.В., Кондратова М.С., Трифонов И.С., Крылов В.В.Sinkin M.V., Osadchiy A.E., Lebedev M.A., Volkova K.V., Kondratova M.S., Trifonov I.S., Krylov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.therjn.com/jour/article/view/744Актуальность

Актуальность. Картирование речевых зон – один из важнейших этапов нейрохирургического вмешательства в области коры головного мозга. Обычно для этой цели применяют электрическую стимуляцию, которая, однако, может вызвать судорожный приступ, что делает невозможным дальнейшее проведение процедуры и значительно изменяет ход операции, особенно в случае выполнения речевого картирования во время интраоперационного пробуждения пациента.

Цель исследования – апробировать установку для интраоперационного пассивного картирования функциональных зон коры мозга, сравнить информативность и безопасность пассивного и активного картирования речевых зон.

Материалы и методы

Материалы и методы. Авторами создан и апробирован мобильный программно-аппаратный комплекс для высокоточного определения расположения зоны Брока на основе анализа процессов десинхронизации колебаний высокочастотного гамма-диапазона, регистрируемых 64-микроэлектродной сеткой для электрокортикографии в момент произношения пациентом названий предметов и действий.

Результаты

Результаты. Выявлено точное совпадение локализации речевого центра, которую определили путем анализа изменений биоэлектрического сигнала, полученного от коры мозга при электрокортикографии, и локализации, которую определили путем электростимуляции по классической методике W. Penfield.

Заключение

Заключение. Пассивное картирование функциональных зон коры головного мозга позволяет расширить возможности нейрохирургических операций в соответствующей области мозга и увеличить число пациентов, у которых можно точно установить локализацию речевого центра. Необходимы дальнейшие исследования с разработкой алгоритмов предъявления стимулов и расширением перечня функциональных зон, подлежащих пассивному картированию.

Background

Background. Intraoperative brain mapping is one of the most critical stages of neurosurgical intervention in the eloquent area of the cerebral cortex. Traditionally direct cortical electrical stimulation is used for these purposes, but it can lead to seizures and loss of consciousness that makes it impossible to continue the procedure. Moreover, it significantly changes the surgery plan, especially in case of speech mapping during awake craniotomy.

The study objective is to create a setup for intraoperative eloquent cortical areas passive mapping, and to compare informativity and safety of passive and active speech mapping.

Materials and methods

Materials and methods. We have created and tested a mobile device for high-resolution mapping of the Broca’s area that uses the analysis of the desynchronization processes in high-gamma oscillations in 64 micro-contact grid electrode for electrocorticography during awake craniotomy when patient pronounces the objects and actions.

Results

Results. We found precise coincidence for localization of the Broca’s area, determined by analyzing of bioelectric signal obtained from the electrocorticography and cortical mapping performed by bipolar direct cortical stimulation using Penfield method.

Conclusion

Conclusion. The passive cortical speech mapping expands the potentialities of neurosurgical operations in the eloquent area of the brain and can increase the number of patients for whom this study is achievable. Further studies needed to evolve algorithms and sets of stimuli to expand the list of functional zones that can be mapped passively.

электрокортикографияречевое картированиеколебания высокочастотного гамма-диапазонафункциональные зоны мозгаэлектростимуляцияelectrocorticographyspeech mappinghigh-gamma oscillationsfunctional zoneselectrical stimulationReferencesНейрохирургия и нейрореаниматология. Под ред. В.В. Крылова. М.: АБВпресс, 2018. 792 c. [Neurosurgery and neuroresuscitation. Ed. by V.V. Krylov. Moscow: ABV-press, 2018. 792 p. (In Russ.)].Нейрохирургия и нейрореаниматология. Под ред. В.В. Крылова. М.: АБВпресс, 2018. 792 c. [Neurosurgery and neuroresuscitation. Ed. by V.V. Krylov. Moscow: ABV-press, 2018. 792 p. (In Russ.)].Крылов В.В., Гехт А.Б., Трифонов И.С. и др. Хирургическое лечение больных с магнитно-резонансно-негативными фармакорезистентными формами эпилепсии. Неврологический журнал 2016;21(4):213–8. [Krylov V.V., Gekht A.B., Trifonov I.S. et al. Surgical treatment of patients with magnetic resonance-negative drug-resistant forms of epilepsy. Nevrologichesky zhurnal = Neurological Journal 2016;21(4):213–8. (In Russ.)]. DOI: 10.18821/1560-9545-2016-21-4- 213-218.Крылов В.В., Гехт А.Б., Трифонов И.С. и др. Хирургическое лечение больных с магнитно-резонансно-негативными фармакорезистентными формами эпилепсии. Неврологический журнал 2016;21(4):213–8. [Krylov V.V., Gekht A.B., Trifonov I.S. et al. Surgical treatment of patients with magnetic resonance-negative drug-resistant forms of epilepsy. Nevrologichesky zhurnal = Neurological Journal 2016;21(4):213–8. (In Russ.)]. DOI: 10.18821/1560-9545-2016-21-4- 213-218.Penfield W., Boldrey E. Somatic motor and sensory representation in the cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation. Brain 1937;60(4):389–443. DOI: 10.1093/brain/60.4.389.Penfield W., Boldrey E. Somatic motor and sensory representation in the cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation. Brain 1937;60(4):389–443. DOI: 10.1093/brain/60.4.389.So E.L., Alwaki A. A guide for cortical electrical stimulation mapping. J Clin Neurophysiol 2018;35(2):98–105. DOI: 10.1097/WNP.0000000000000435.So E.L., Alwaki A. A guide for cortical electrical stimulation mapping. J Clin Neurophysiol 2018;35(2):98–105. DOI: 10.1097/WNP.0000000000000435.Dineen J., Maus D.C., Muzyka I. et al. Factors that modify the risk of intraoperative seizures triggered by electrical stimulation during supratentorial functional mapping. Clin Neurophysiol 2019;130(6):1058–65. DOI: 10.1016/J.CLINPH.2019.03.006.Dineen J., Maus D.C., Muzyka I. et al. Factors that modify the risk of intraoperative seizures triggered by electrical stimulation during supratentorial functional mapping. Clin Neurophysiol 2019;130(6):1058–65. DOI: 10.1016/J.CLINPH.2019.03.006.Sinai A., Bowers C.W., Crainiceanu C.M. et al. Electrocorticographic high gamma activity versus electrical cortical stimulation mapping of naming. Brain 2005;128(Pt 7):1556–70. DOI: 10.1093/brain/awh491.Sinai A., Bowers C.W., Crainiceanu C.M. et al. Electrocorticographic high gamma activity versus electrical cortical stimulation mapping of naming. Brain 2005;128(Pt 7):1556–70. DOI: 10.1093/brain/awh491.Ogawa H., Kamada K., Kapeller C. et al. Rapid and minimum invasive functional brain mapping by real-time visualization of high gamma activity during awake craniotomy. World Neurosurg 2014;82(5):912.e1–10. DOI: 10.1016/j.wneu.2014.08.009.Ogawa H., Kamada K., Kapeller C. et al. Rapid and minimum invasive functional brain mapping by real-time visualization of high gamma activity during awake craniotomy. World Neurosurg 2014;82(5):912.e1–10. DOI: 10.1016/j.wneu.2014.08.009.Драгой О.В., Крабис А.В., Толкачева В.А., Буклина С.Б. Русский интраоперационный тест на называние: стандартизированный инструмент для картирования функции называния существительных и глаголов во время нейрохирургических операций в сознании. Российский журнал когнитивной науки 2016;3(4):4–25. [Dragoy O.V., Chrabaszcz A.V., Tolkacheva V.A., Buklina S.B. Russian Intraoperative Naming Test: a standardized tool to map noun and verb production during awake neurosurgeries. Rossiysky zhurnal kognitivnoy nauki = Russian Journal of Cognitive Science 2016;3(4):4–25. (In Russ.)].Драгой О.В., Крабис А.В., Толкачева В.А., Буклина С.Б. Русский интраоперационный тест на называние: стандартизированный инструмент для картирования функции называния существительных и глаголов во время нейрохирургических операций в сознании. Российский журнал когнитивной науки 2016;3(4):4–25. [Dragoy O.V., Chrabaszcz A.V., Tolkacheva V.A., Buklina S.B. Russian Intraoperative Naming Test: a standardized tool to map noun and verb production during awake neurosurgeries. Rossiysky zhurnal kognitivnoy nauki = Russian Journal of Cognitive Science 2016;3(4):4–25. (In Russ.)].Oppenheim A.V., Schafer R.W. Digital signal processing. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1975. 585 p.Oppenheim A.V., Schafer R.W. Digital signal processing. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1975. 585 p.Garrett M.C., Pouratian N., Liau L.M. Use of language mapping to aid in resection of gliomas in eloquent brain regions. Neurosurg Clin N Am 2012;23(3):497–506. DOI: 10.1016/j.nec.2012.05.003.Garrett M.C., Pouratian N., Liau L.M. Use of language mapping to aid in resection of gliomas in eloquent brain regions. Neurosurg Clin N Am 2012;23(3):497–506. DOI: 10.1016/j.nec.2012.05.003.Penfield W., Jasper H. Epilepsy and the functional anatomy of the human brain. J Am Med Assoc 1954;155(1):86. DOI: 10.1001/jama.1954.03690190092039.Penfield W., Jasper H. Epilepsy and the functional anatomy of the human brain. J Am Med Assoc 1954;155(1):86. DOI: 10.1001/jama.1954.03690190092039.Karakis I., Leeman-Markowski B.A., Leveroni C.L. et al. Intra-stimulation discharges: an overlooked cortical electrographic entity triggered by direct electrical stimulation. Clin Neurophysiol 2015;126(5):882–8. DOI: 10.1016/j.clinph.2014.08.011.Karakis I., Leeman-Markowski B.A., Leveroni C.L. et al. Intra-stimulation discharges: an overlooked cortical electrographic entity triggered by direct electrical stimulation. Clin Neurophysiol 2015;126(5):882–8. DOI: 10.1016/j.clinph.2014.08.011.Taniguchi M., Cedzich C., Schramm J. et al. Modification of cortical stimulation for motor evoked potentials under general anesthesia: technical description. Neurosurgery. 1993;32(2):219–26. DOI: 10.1227/00006123-199302000-00011.Taniguchi M., Cedzich C., Schramm J. et al. Modification of cortical stimulation for motor evoked potentials under general anesthesia: technical description. Neurosurgery. 1993;32(2):219–26. DOI: 10.1227/00006123-199302000-00011.Verst S.M., de Aguiar P.H.P., Joaquim M.A.S. et al. Monopolar 250–500 Hz language mapping: results of 41 patients. Clin Neurophysiol Pract 2018;4:1–8. DOI: 10.1016/j.cnp.2018.11.002.Verst S.M., de Aguiar P.H.P., Joaquim M.A.S. et al. Monopolar 250–500 Hz language mapping: results of 41 patients. Clin Neurophysiol Pract 2018;4:1–8. DOI: 10.1016/j.cnp.2018.11.002.Abdullah A., El Shitany H., Abbass W. et al. Surgical resection of low-grade gliomas in eloquent areas with the guidance of the preoperative functional magnetic resonance imaging and craniometric points. J Neurosci Rural Pract 2016;7(4):571–6. DOI: 10.4103/0976-3147.188629.Abdullah A., El Shitany H., Abbass W. et al. Surgical resection of low-grade gliomas in eloquent areas with the guidance of the preoperative functional magnetic resonance imaging and craniometric points. J Neurosci Rural Pract 2016;7(4):571–6. DOI: 10.4103/0976-3147.188629.Пойдашева А.Г., Баулин И.С., Чернявский А.Ю. и др. Картирование корковых представительств мышц с помощью навигационной транскраниальной магнитной стимуляции: возможности применения в клинической практике. Медицинский алфавит 2017;2(22):21–5. [Poydasheva A.G., Bakulin I.S., Chernyavskiy A.Yu. et al. Motor cortex mapping with navigated transcranial magnetic stimulation and its clinical application. Meditsinsky alfavit = Medical Alphabet 2017;2(22):21–5. (In Russ.)].Пойдашева А.Г., Баулин И.С., Чернявский А.Ю. и др. Картирование корковых представительств мышц с помощью навигационной транскраниальной магнитной стимуляции: возможности применения в клинической практике. Медицинский алфавит 2017;2(22):21–5. [Poydasheva A.G., Bakulin I.S., Chernyavskiy A.Yu. et al. Motor cortex mapping with navigated transcranial magnetic stimulation and its clinical application. Meditsinsky alfavit = Medical Alphabet 2017;2(22):21–5. (In Russ.)].Pantev C. Evoked and induced gammaband activity of the human cortex. Brain Topogr 1995;7(4):321–30. DOI: 10.1007/BF01195258.Pantev C. Evoked and induced gammaband activity of the human cortex. Brain Topogr 1995;7(4):321–30. DOI: 10.1007/BF01195258.Pfurtscheller G., Neuper C., Kalcher J. 40-Hz oscillations during motor behavior in man. Neurosci Lett 1993;164(1–2): 179–82. DOI: 10.1016/0304- 3940(93)90886-p.Pfurtscheller G., Neuper C., Kalcher J. 40-Hz oscillations during motor behavior in man. Neurosci Lett 1993;164(1–2): 179–82. DOI: 10.1016/0304- 3940(93)90886-p.Tallon-Baudry C., Bertrand O. Oscillatory gamma activity in humans and its role in object representation. Trends Cogn Sci 1999;3(4):151–62.Tallon-Baudry C., Bertrand O. Oscillatory gamma activity in humans and its role in object representation. Trends Cogn Sci 1999;3(4):151–62.Ferree T., Clay M., Tucker D. The spatial resolution of scalp EEG. Neurocomputing 2001;38–40:1209–16. DOI: 10.1016/S0925-2312(01)00568-9.Ferree T., Clay M., Tucker D. The spatial resolution of scalp EEG. Neurocomputing 2001;38–40:1209–16. DOI: 10.1016/S0925-2312(01)00568-9.Kapeller C., Ogawa H., Schalk G. et al. Real-time detection and discrimination of visual perception using electrocorticographic signals. J Neural Eng 2018;15(3):036001. DOI: 10.1088/1741-2552/aaa9f6.Kapeller C., Ogawa H., Schalk G. et al. Real-time detection and discrimination of visual perception using electrocorticographic signals. J Neural Eng 2018;15(3):036001. DOI: 10.1088/1741-2552/aaa9f6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.