Feasibility of Focal Transcranial DC Polarization with Simultaneous EEG Recording: Preliminary Assessment in Healthy Subjects and Human Epilepsy

We aimed to investigate the feasibility of an experimental system for simultaneous transcranial DC stimulation(tDCS) and EEG recording in human epilepsy. We report tolerability of this system in a cross-over controlled trial with 15 healthy subjects and preliminary effects of its use, testing repeated tDCS sessions, in two patients with drug-refractory Continuous Spike-Wave Discharges During Slow Sleep (CSWS). Our system combining continuous recording of the EEG with tDCS allows detailed evaluation of the interictal activity during the entire process. Stimulation with 1 mA was well‐tolerated in both healthy volunteers and patients with refractory epilepsy. The large reduction in interictal epileptiform EEG discharges in the two subjects with epilepsy supports further investigation of tDCS using this combined method of stimulation and monitoring in epilepsy. Continuous monitoring of epileptic activity throughout tDCS improves safety and allows detailed evaluation of epileptic activity changes induced by tDCS in patients.

Análise da sonolência na condução rodoviária a partir de sinais EEG

A Sociedade Europeia de Pesquisa do Sono realizou muito recentemente um estudo, onde mostrou que a prevalência média de adormecimento ao volante nos últimos 2 anos foi de 17%. Além disto, tem sido provado por todo o mundo que a sonolência durante a condução é uma das principais causas de acidentes de trânsito. Torna-se assim conveniente, o desenvolvimento de sistemas que analisem a suscetibilidade de um determinado condutor para adormecer no trânsito, bem como de ferramentas que monitorem em tempo real o estado físico e mental do condutor, para alertarem nos momentos críticos. Apesar do estudo do sono se ter iniciado há vários anos, a maioria das investigações focaram-se no ciclo normal do sono, estudando os indivíduos de forma relaxada e de olhos fechados. Só mais recentemente, têm surgido os estudos que se focam nas situações de sonolência em atividade, como _e o caso da condução. Uma grande parte Dos estudos da sonolência em condução têm utilizado a eletroencefalografia (EEG), de forma a perceber se existem alterações nas diferentes bandas de frequência desta, que possam indicar o estado de sonolência do condutor. Além disso, a evolução da sonolência a partir de alterações no piscar dos olhos (que podem ser vistas nos sinais EEG) também tem sido alvo de grande pesquisa, tendo vindo a revelar resultados bastante promissores. Neste contexto e em parceria com a empresa HealthyRoad, esta tese está integrada no projeto HealthyDrive, que visa o desenvolvimento de um sistema de alerta e deteção de sinais de fadiga e sonolência nos condutores de veículos automóveis. A contribuição desta tese no projeto prendeu-se com o estudo da sonolência dos indivíduos em condução a partir de sinais EEG, para desta forma investigar possíveis indicadores dos diferentes níveis desta que possam ser utilizados pela empresa no projeto. Foram recolhidos e analisados 17 sinais EEG de indivíduos em simulação de condução. Além disso foram desenvolvidos dois métodos de análise destes sinais: O primeiro para a deteção e análise dos piscar de olhos a partir de EEG, o segundo para análise do espetro de potência. Ambos os métodos foram utilizados para analisar os sinais recolhidos e investigar que tipo de relação existe entre a sonolência do condutor e as alterações nos piscares dos olhos, bem como as alterações do espetro do EEG. Os resultados mostraram uma correlação entre a duração do piscar de olhos e a sonolência do condutor. Com o aumento da sonolência velicou-se um aumento da duração do piscar, desencadeado principalmente pelo aumento na duração de fecho, que chegou aos 51.2%. Em relação ao espectro de potência, os resultados sugerem que a potência relativa de todas as bandas analisadas fornecem informações relevantes sobre a sonolência do condutor. Além disso, o parâmetro (_+_)/_ demostrou estar relacionado com variações da sonolência, diminuindo com o seu avanço e aumentando significativamente (111%) no instante em que os condutores adormeceram.

Análise por componentes independentes dos exames de EEG/IfRM de epilepsia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Interictal Spike EEG Source Analysis in Hypothalamic Hamartoma Epilepsy

Objective: The epilepsy associated with the hypothalamic hamartomas constitutes a syndrome with peculiar seizures, usually refractory to medical therapy, mild cognitive delay, behavioural problems and multifocal spike activity in the scalp electroencephalogram (EEG). The cortical origin of spikes has been widely assumed but not specifically demonstrated. Methods: We present results of a source analysis of interictal spikes from 4 patients (age 2–25 years) with epilepsy and hypothalamic hamartoma, using EEG scalp recordings (32 electrodes) and realistic boundary element models constructed from volumetric magnetic resonance imaging (MRIs). Multifocal spike activity was the most common finding, distributed mainly over the frontal and temporal lobes. A spike classification based on scalp topography was done and averaging within each class performed to improve the signal to noise ratio. Single moving dipole models were used, as well as the Rap-MUSIC algorithm. Results: All spikes with good signal to noise ratio were best explained by initial deep sources in the neighbourhood of the hamartoma, with late sources located in the cortex. Not a single patient could have his spike activity explained by a combination of cortical sources. Conclusions: Overall, the results demonstrate a consistent origin of spike activity in the subcortical region in the neighbourhood of the hamartoma, with late spread to cortical areas.

Analysis of the EEG Dynamics of Epileptic Activity in Gelastic Seizures Using Decomposition in Independent Components

Objective: Gelastic seizures are a frequent and well established manifestation of the epilepsy associated with hypothalamic hamartomas. The scalp EEG recordings very seldom demonstrate clear spike activity and the information about the ictal epilepsy dynamics is limited. In this work, we try to isolate epileptic rhythms in gelastic seizures and study their generators. Methods: We extracted rhythmic activity from EEG scalp recordings of gelastic seizures using decomposition in independent components (ICA) in three patients, two with hypothalamic hamartomas and one with no hypothalamic lesion. Time analysis of these rhythms and inverse source analysis was done to recover their foci of origin and temporal dynamics. Results: In the two patients with hypothalamic hamartomas consistent ictal delta (2–3 Hz) rhythms were present, with subcortical generators in both and a superficial one in a single patient. The latter pattern was observed in the patient with no hypothalamic hamartoma visible in MRI. The deep generators activated earlier than the superficial ones, suggesting a consistent sub-cortical origin of the rhythmical activity. Conclusions: Our data is compatible with early and brief epileptic generators in deep sub-cortical regions and more superficial ones activating later. Significance: Gelastic seizures express rhythms on scalp EEG compatible with epileptic activity originating in sub-cortical generators and secondarily involving cortical ones.

Quantification of the TMS-EEG response in epilepsy

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Comparison of Methods and Co-Registration Maps of EEG and fMRI in Occipital Lobe Epilepsy

Clinically childhood occipital lobe epilepsy (OLE) manifests itself with distinct syndromes. The traditional EEG recordings have not been able to overcome the difficulty in correlating the ictal clinical symptoms to the onset in particular areas of the occipital lobes. To understand these syndromes it is important to map with more precision the epileptogenic cortical regions in OLE. Experimentally, we studied three idiopathic childhood OLE patients with EEG source analysis and with the simultaneous acquisition of EEG and fMRI, to map the BOLD effect associated with EEG spikes. The spatial overlap between the EEG and BOLD results was not very good, but the fMRI suggested localizations more consistent with the ictal clinical manifestations of each type of epileptic syndrome. Since our first results show that by associating the BOLD effect with interictal spikes the epileptogenic areas are mapped to localizations different from those calculated from EEG sources and that by using different EEG/fMRI processing methods our results differ to some extent, it is very important to compare the different methods of processing the localization of activation and develop a good methodology for obtaining co-registration maps of high resolution EEG with BOLD localizations.

Optimization of fMRI Processing Parameters for Simutaneous Acquisition of EEG/fMRI in Focal Epilepsy

In the context of focal epilepsy, the simultaneous combination of electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) holds a great promise as a technique by which the hemodynamic correlates of interictal spikes detected on scalp EEG can be identified. The fact that traditional EEG recordings have not been able to overcome the difficulty in correlating the ictal clinical symptoms to the onset in particular areas of the lobes, brings the need of mapping with more precision the epileptogenic cortical regions. On the other hand, fMRI suggested localizations more consistent with the ictal clinical manifestations detected. This study was developed in order to improve the knowledge about the way parameters involved in the physical and mathematical data, produced by the EEG/fMRI technique processing, would influence the final results. The evaluation of the accuracy was made by comparing the BOLD results with: the high resolution EEG maps; the malformative lesions detected in the T1 weighted MR images; and the anatomical localizations of the diagnosed symptomatology of each studied patient. The optimization of the set of parameters used, will provide an important contribution to the diagnosis of epileptogenic focuses, in patients included on an epilepsy surgery evaluation program. The results obtained allowed us to conclude that: by associating the BOLD effect with interictal spikes, the epileptogenic areas are mapped to localizations different from those obtained by the EEG maps representing the electrical potential distribution across the scalp (EEG); there is an important and solid bond between the variation of particular parameters (manipulated during the fMRI data processing) and the optimization of the final results, from which smoothing, deleted volumes, HRF (used to convolve with the activation design), and the shape of the Gamma function can be certainly emphasized.

Reconhecimento de artefactos relativos à fala em registos de EEG

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

EEG (eletroencefalografia) e as próteses auditivas: um instrumento de avaliação de Tecnologia?

Como parte integrante da Escola de Inverno do Curso Doutoral em Avaliação de Tecnologia, que decorreu no dia 13 de Dezembro de 2011, na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, apresentou-se o Plano de Tese “Estudo Eletroencefalográfico em Crianças com Deficiência Auditiva Com e Sem Prótese”. O presente documento é o resultado da mesma apresentação onde salientamos as suas partes fundamentais. O sistema auditivo é um dos sistemas sensoriais mais interveniente no desenvolvimento cognitivo, psicológico, social e consequentemente relacional do indivíduo pelo que qualquer perturbação que o afete tem um enorme impacto a todos os níveis. Avaliar, diagnosticar e (re)abilitar auditivamente o indivíduo é a área profissional da doutoranda. Este estudo surge no contexto profissional mas também pessoal onde se pensa contribuir de forma efetiva na melhoria da qualidade de vida dos portadores de défice auditivo, desde a mais tenra idade. Este estudo irá utilizar o EEG como instrumento na avaliação da perceção auditiva. Para tal, serão avaliadas crianças com défice auditivo adaptadas proteticamente, seguidas na consulta de otorrinolaringologia pediátrica do Hospital Garcia de Orta. O EEG será realizado em dois passos – com e sem prótese auditiva – enquanto a criança é submetida a um estímulo sonoro.

La Réforme des soins en santé mentale en Belgique: analyse d'un modéle

RESUMO: O relatório anual de 2001 da Organização Mundial de Saúde (OMS), anunciou o interesse social dos problemas crescentes em matéria de saúde mental e relativo à necessidade urgente de uma extensão, como também, para uma melhor organização da oferta de tratamento. Sob proposta da Bélgica, esta observação foi traduzida em uma resolução « Mental health :responding to the call for action » (déclaração de intenção do 18 de maio de 2002). Nós notamos que certos países, como os Estados Unidos ou a Grã Bretanha transformam sistematicamente o tratamento residencial em um tratamento mais dirigido para a comunidade. Eles também se concentram na descoberta prematura dos problemas psiquiátricos. Este fenômeno de désinstitutionalisação obteve resultados concretos e traz um ganho certo, tanto para os atores do campo da saúde mental, como também para os candidatos a um tratamento. O tratamento das pessoas dentro do seu meio de vida é muito claramente reconhecido. As evoluções que marcaram os tratamentos em saúde mental na Bélgica durante estes utimos 40 anos mostram que vários paços importantes já foram feitos. A reforma tem como objetivo converter a oferta hospitalar e montar tratamentos dirigidos para e dentro da comunidade pela criação de equipas móveis que se inscrevem no dispositivo comunitário, historicamente muito activo bem que sub-financiado. A reorganização dos sistemas de tratamento está baseada na criação de redes, para construir um dispositivo flexível e contínuo que considera as necessidades dos pacientes. Esta reforma é, ao mesmo tempo, ambiciosa e complexa,. É uma visão nova, uma mudança de cultura, não só, para todos os atores da saúde mental, mas também para os pacientes e suas famílias. A reforma está baseada numa visão global e integrada que associa no mesmo movimento todas as autoridades competentes relativamente a saúde que elas sejam federais, regionais ou comunitárias.-----------ABSTRACT: The World Health Organization’s (WHO) annual report of 2001 identified a social interest for the increasing problems related to mental health and the urgent need of an extension and a better organization of mental health care. On a proposal of Belgium this statement was transformed into a resolution « Mental health: responding to the call for action» (Declaration of Intent, May 18th, 2002). Some countries such as the USA or the UK systematically dismantled in-patient residential care in favor of more community-based care and a focus on early detection of psychiatric problems. This de -institutionalization has clearly and concretely paid off and the value of bringing mental health care to claimants and treating them in their own residence was acknowledged. In Belgium, the evolutions which have shaped mental health care in the last forty years indicate that a number of important steps are already taken. The Reform aims to convert the supply of hospital care into community-based mental health care services through the creation of mobile teams which offer services in everyday life of the user. These teams take place in the community, historically highly active howbeit underfunded. The reorganization of health care system relies upon the creation of networks in order to build a flexible and continuous device which take into account user’s needs. This Reform can be seen as both ambitious and complex. It is a completely new vision, a major cultural shift for all mental health care stakeholders, but also for users and their relatives. The Reform is based on a global and integrated approach which links I, a same movement all relevant health authorities whether they be federal, regional or community. de-institutionalization – community mental health – recovery - users and families involvement - networking.

Estudo do controlo motor via Sincronias entre sinais de EEG e de EMG / Motor control study through sincrony between EEG and EMG signals

Um dos maiores desafios da neurofisiologia é o de compreender a forma como a informação é transmitida através do sistema nervoso. O estudo do sistema nervoso tem várias aplicações, tanto na neurologia, permitindo avanços ao nível clínico, como noutras áreas, e.g., nos sistemas de processamento de informação baseados em redes neuronais. A transmissão de informação entre neurónios é feita por via de sinais elétricos. A compreensão deste fenómeno é ainda incompleta e há projectos a nível europeu e mundial com o objetivo de modular o sistema nervoso no seu todo de forma a melhor o compreender. Uma das teses que se desenvolve hoje em dia é a de que a transmissão de sinais elétricos no sistema nervoso é influenciada por fenómenos de sincronia. O objetivo desta dissertação é o de otimizar um protocolo de aquisição e análise de dados reais de eletroencefalograma e eletromiograma com o propósito de observar fenómenos de sincronia, baseando-se num algoritmo (análise por referência de fase, ou RPA, do inglês reference phase analysis) que deteta sincronias de fase entre os sinais de eletroencefalograma (EEG) e um sinal de referência, que é, no caso presente, o eletromiograma (EMG). A otimização deste protocolo e sua validação indicaram a existência de fenómenos significativos de sincronia no sinal elétrico, transmitido entre os músculos da mão e o córtex motor, no decorrer da ação motora.