電極表面積は、ヒト頭蓋内EEGの高頻度振動の測定に影響を与えます

目的：高周波振動（HFO）は、てんかん患者の外科的結果の予後の有望なバイオマーカーです。それらの発生率と形態は、さまざまな幾何学の電極からの記録を使用して広範囲に研究されています。電極サイズはHFO研究の潜在的な交絡因子ですが、一貫した証拠がないためにほとんど無視されています。したがって、HFO測定に対する電極サイズの影響を直接テストする実験を設計しました。 方法：最初に、電極組織相互作用のまとめモデルを使用してHFO測定をシミュレートしました。次に、8人のヒト被験者にそれぞれ、硬膜電極の高密度8x8グリッドを埋め込みました。移植後、最近のグループが開発した手法を使用して電極サイズを変更し、静的な脳の位置から3つの異なる電極表面積の頭蓋内EEG記録を可能にしました。HFOはデータで自動的に検出され、その特性が計算されました。 結果：人間の被験者の測定値は、モデルと一致していました。具体的には、組織の領域ごとに測定されたHFO速度は、電極の表面積が増加するにつれて大幅に減少しました。最小の電極は、波紋よりも速い波紋を記録しました。検出されたHFOの振幅も、電極の表面積が増加するにつれて減少しましたが、持続時間とピーク周波数は影響を受けませんでした。 結論：これらの結果は、異なる表面積の電極を使用して測定されたHFOレートを直接比較できないことを示唆しています。 重要性：これは、特に複数のサイズの電極と患者と研究全体で行われたHFO率の比較を埋め込んだ個々の患者にとって、外科的計画のツールとしてのHFOに大きな意味を持ちます。

OBJECTIVE: High-frequency oscillations (HFOs) are a promising prognostic biomarker of surgical outcome in patients with epilepsy. Their rates of occurrence and morphology have been studied extensively using recordings from electrodes of various geometries. While electrode size is a potential confounding factor in HFO studies, it has largely been disregarded due to a lack of consistent evidence. Therefore, we designed an experiment to directly test the impact of electrode size on HFO measurement. METHODS: We first simulated HFO measurement using a lumped model of the electrode-tissue interaction. Then eight human subjects were each implanted with a high-density 8x8 grid of subdural electrodes. After implantation, the electrode sizes were altered using a technique recently developed by our group, enabling intracranial EEG recordings for three different electrode surface areas from a static brain location. HFOs were automatically detected in the data and their characteristics were calculated. RESULTS: The human subject measurements were consistent with the model. Specifically, HFO rate measured per area of tissue decreased significantly as electrode surface area increased. The smallest electrodes recorded more fast ripples than ripples. Amplitude of detected HFOs also decreased as electrode surface area increased, while duration and peak frequency were unaffected. CONCLUSION: These results suggest that HFO rates measured using electrodes of different surface areas cannot be compared directly. SIGNIFICANCE: This has significant implications for HFOs as a tool for surgical planning, particularly for individual patients implanted with electrodes of multiple sizes and comparisons of HFO rate made across patients and studies.