Nuevo potencial talámico asociado con potenciales evocados somatosensoriales


Nuevo potencial talámico asociado con potenciales evocados somatosensoriales

Lorena Vega-Zelaya, Cristina V. Torres, Marta Navas-García, Rafael G. Sola, Jesús Pastor

Servicio de Neurofisiología Clínica (L. Vega-Zelaya, J. Pastor); Servicio de Neurocirugía (C.V. Torres,
M. Navas-García, R.G. Sola); Hospital Universitario La Princesa. Instituto de Investigación Sanitaria Princesa (C.V. Torres, M. Navas-García,
J. Pastor). Madrid, España.

Correspondencia: Dr. Jesús Pastor Gómez. Servicio de Neurofisiología Clínica. Hospital Universitario La Princesa. Diego de León, 62. E-28006 Madrid.

E-mail: jesus.pastor @ salud.madrid.org

Aceptado tras revisión externa: 22.06.17.

Cómo citar este artículo:
Vega-Zelaya L, Torres CV, Navas-García M, Sola RG, Pastor J. Nuevo potencial talámico asociado con potenciales evocados somatosensoriales. Rev Neurol

Introducción.

La respuesta del tálamo durante el estudio con potenciales evocados somatosensoriales (PESS) no está suficientemente comprendida.

Caso clínico.

Varón de 30 años intervenido con sedación completa mediante estimulación cerebral profunda en el núcleo centromediano por epilepsia farmacorresistente. Durante la intervención se registraron las respuestas de los núcleos talámicos mediante cuatro microelectrodos a los PESS. Estas respuestas se pueden descomponer en tres tipos: potenciales de campo local (PCL), oscilaciones rápidas de baja amplitud (ORB) y oscilaciones lentas de gran amplitud (OLG). Las ORB están muy extendidas por gran parte de las regiones registradas (> 5 mm) y en los cuatro electrodos simultáneamente. Sin embargo, las OLG están localizadas en un único punto del registro y están íntimamente asociadas con los PCL. Además, el análisis de wavelets muestra un componente espectral y un tiempo de aparición diferentes.

Conclusiones.

Aunque se ha considerado la presencia de ORB como indicador de la presencia del tálamo sensorial, su amplia extensión por diferentes núcleos talámicos sugiere que se trata de una respuesta poco específica a los PESS. Sin embargo, la localización espacial restringida de los OLG y su asociación con PCL sugiere que estos potenciales de nueva descripción son los marcadores de la presencia del tálamo sensorial. Su identificación puede resultar muy útil en estimulación cerebral profunda talámica en pacientes despiertos y, especialmente, en los que precisen sedación.
Palabras clave. Epilepsia farmacorresistente. Estimulación cerebral profunda. Oscilaciones de alta frecuencia. Potenciales de campo local. Registro extracelular. Tálamo sensorial.

Introducción

La cirugía de estimulación cerebral profunda en el tálamo está indicada en numerosas patologías, como la enfermedad de Parkinson o el temblor esencial en el núcleo ventral intermedio o el núcleo ventral oral posterior, el dolor en el núcleo ventrocaudal, la epilepsia o el síndrome de Gilles de la Tourette en el núcleo centromediano/parafascicular o la epilepsia en el núcleo anterior [1?5]. La eficacia de la cirugía depende, en gran medida, de que la estimulación eléctrica se realice con la mayor exactitud posible en la diana seleccionada, y de este modo disminuyen los efectos secundarios y se optimiza el consumo energético del sistema [6].

En la actualidad existen básicamente dos métodos para establecer el blanco. Éstos son el mapeo neurofisiológico intraoperatorio [7,8] y la fusión de técnicas de neuroimagen, fundamentalmente la resonancia magnética y la tomografía computarizada. Es habitual la utilización de ambas, de modo que se fija el blanco teórico mediante pruebas de imagen y, con posterioridad, se identifica el blanco definitivo intraoperatoriamente con los estudios neurofisiológicos [9]. Esto es importante en la cirugía talámica, donde numerosos núcleos no pueden identificarse morfológicamente.

Entre las técnicas neurofisiológicas, además del registro con microelectrodos, es habitual la realización de pruebas funcionales, como la ejecución de movimientos activos o pasivos, la estimulación táctil o la estimulación eléctrica para inducir tanto respuestas motoras (tetania en la estimulación de cápsula interna) como sensoriales (parestesias al estimular el lemnisco medial o el núcleo ventrocaudal) [10,11]. Estas técnicas son un complemento muy útil al registro con microelectrodos. Sin embargo, por su propia naturaleza, precisan la colaboración del paciente, que debe permanecer consciente durante esa parte de la cirugía.

En algunos casos, sin embargo, esta colaboración no es posible (pacientes con deterioro cognitivo o con un gran componente de ansiedad). Es precisamente en estos casos donde la técnica descrita en este trabajo puede resultar de más ayuda para la localización de los núcleos talámicos.

Caso clínico

Varón de 30 años, remitido a la Unidad de Referencia Nacional para el Tratamiento de la Epilepsia Refractaria del Hospital Universitario de la Princesa. Nacido tras embarazo y parto normal. Sin embargo, ya desde el nacimiento se observó un importante retraso en el desarrollo intelectual y psicomotor, con déficits cognitivos en relación con el lenguaje, representación mental y praxis. A los 7 años comenzó con crisis mioclónicas simétricas. La frecuencia de las crisis era diaria.

Tras el protocolo de valoración preoperatoria [12,13] se realizó un estudio de resonancia magnética cerebral de 1,5 T con protocolo específico de epilepsia, que mostró una grave displasia cortical frontotemporal bilateral. El videoelectroencefalograma mostró una epilepsia generalizada y multifocal, y se descartó la cirugía resectiva, por lo que se propuso para estimulación cerebral profunda bilateral en el núcleo centromediano. Dadas las condiciones de grave afectación cognitiva, la intervención sólo podía realizarse con el paciente bajo sedación completa.

El electrodo definitivo de estimulación cerebral profunda se dejó en ambos lados en el electrodo central, de acuerdo con los resultados de los registros intraoperatorios y la localización anatómica (Fig. 1a).

Registro intraoperatorio

El paciente fue sedado con propofol (4,25 mg/kg/h) y remifentanilo (0,2 g/kg/min), con relajación neuromuscular (cisatracurio 0,5 mg/kg). No existe una descripción fisiológica completa del núcleo centromediano humano, aunque nuestro equipo tiene experiencia en él [14,15]. Sin embargo, es un núcleo que está situado inmediatamente por dentro del núcleo ventrocaudal. Por ello, realizamos potencia?
les evocados somatosensoriales (PESS).

Registro de potenciales evocados somatosensoriales (PESS)

Figura 1. Registro de potenciales evocados somatosensoriales (PESS) durante la intervención de estimulación cerebral profunda. a) Localización de los electrodos en scalp para el registro de los PESS; se observa el trépano derecho; b) Registros de scalp (dos registros superiores) y a través de diversos puntos (distancia al blanco definitivo indicada mediante los números de la izquierda) del registro del electrodo lateral derecho (banda de filtros completa 2-5.000 Hz).

Existen muy pocos trabajos que hayan estudiado la respuesta bioeléctrica del tálamo a los PESS mediante registro con microelectrodos [16?18], aunque algunos autores han estudiado dicha respuesta mediante los electrodos de estimulación definitiva [19,20]. En ambos casos se ha descrito como una respuesta característica del tálamo sensitivo la presencia de unos potenciales de alta frecuencia y baja amplitud, sobre potenciales de campo local (PCL) de mayor voltaje. En un trabajo previo, nuestro grupo comunicó la existencia de otro tipo de potencial, de baja frecuencia, probablemente asociado con la región donde se produce la sinapsis del lemnisco medial sobre el núcleo ventrocaudal, pero caracterizado de forma parcial [15].

El registro con microelectrodos se realizó mediante cuatro microelectrodos (FHC ®, Maine, Estados Unidos): anterior, central, posterior y lateral, separados entre ellos 2 mm, con impedancias superiores a 1.500 ky electrodo de referencia 1 cm por encima. El blanco teórico se estableció mediante el atlas de Shaltebran-Wharen [21] en relación con el punto medio intercomisural, según las coordenadas x = 10, y = ?8, z = 0 mm. Los registros se realizaron con un equipo Leadpoint ® (California, Estados Unidos), con frecuencia de muestreo de 24 kHz y banda de filtros de 0,2?5 kHz (notch a 50 Hz). Se iniciaron 10 mm por encima de la diana teórica, en intervalos de 0,5 mm. El registro de los PCL se realizó a través de los microelectrodos.

A los 6 mm de la diana teórica y cada milímetro se comenzó la realización de PESS, que se repitieron en dos rondas de 500 pulsos/ronda. Los PESS se indujeron mediante estimulación eléctrica del nervio mediano en la muñeca, con electrodos de superficie, con una intensidad 1,5 veces el umbral motor (20 mA), con pulsos de 200 µs, a una frecuencia de 7,1 Hz [22]. Se registraron el punto cervical (C2Fpz) y la región parietal contralateral (C3’/C4’?Fpz) mediante agujas subdermales de 18 mm (SGM ®, Ljubiceva, Croacia), con una banda de filtros de 10-1.500 Hz (con filtro de notch). Simultáneamente, se promedió la actividad de registro con microelectrodos.

Registros de potenciales de campo local (

Figura 2. Separación de los registros en dos bandas de filtros para el análisis de los componentes: a) Registros de potenciales de campo local (2-200 Hz); b) Registros de alfa frecuencia (500-5.000 Hz). Se indican las trayectorias a lo largo de 6 mm (columna izquierda) de los cuatro electrodos. Obsérvese la presencia de oscilaciones rápidas de baja amplitud en las trayectorias de los cuatro electrodos y a profundidades desde 5-6 mm, hasta 0 mm. Sin embargo, nótese la presencia de oscilaciones lentas de gran amplitud únicamente en el electrodo lateral a 1 mm.

Caracterización de los potenciales talámicos asociados con los PESS

Las respuestas a los PESS consistieron en oscilaciones rápidas (> 1 kHz) y de baja amplitud (ORB), superpuestas a PCL (Fig. 1b). Estas ORB aparecen en los cuatro electrodos y en trayectos de más de 6 mm. Sin embargo, se encontró la presencia de otros potenciales, denominados oscilaciones lentas de gran amplitud (OLG), que sólo aparecen en un punto del registro y únicamente en un electrodo (el lateral en el derecho y el central en el izquierdo).

El análisis de los potenciales se llevó a cabo offline. Para ello se exportaron los registros en formato ASCII y se analizaron mediante un programa elaborado por los autores en MATLAB ® R2016 (The Math Works, Natick, MA). Los registros se filtraron con dos tipos de bandas: banda baja, comprendida entre 2-200 Hz, y banda alta, entre 500-5.000 Hz.

La figura 2 muestra la respuesta del registro del tálamo derecho para los cuatro electrodos desde una distancia de 6 mm a la diana. Se muestran los registros de PCL y los de alta frecuencia. Las ORB aparecen en todos los trayectos y durante recorridos de varios milímetros. Sin embargo, las OLG sólo aparecen en un punto del trayecto lateral.

Caracterización de los potenciales talámicos asociados con potenciales evocados somatosensoriales

Figura 3. Caracterización de los potenciales talámicos asociados con potenciales evocados somatosensoriales para el registro del tálamo derecho. a) Registros superpuestos obtenidos de la banda baja (línea discontinua) y la banda alta (línea continua) para los electrodos central (verde), posterior (morado) y lateral (rojo), a tres profundidades diferentes; b) Espectros de potencia para cada uno de los registros de banda de alta frecuencia. La línea vertical discontinua indica el valor de 1 kHz, por encima del cual se han definido las oscilaciones rápidas de baja amplitud. En el caso del electrodo lateral, se ha superpuesto también el registro del electrodo central del lado izquierdo (en azul), con objeto de mostrar el pico espectral principal < 1 kHz, que denota la presencia de oscilaciones lentas de gran amplitud. c) Análisis de tiempo (eje x)-frecuencia (eje y) mediante DWT para los registros lateral a 1 mm y central a 0 mm. Se han superpuesto ambos registros para permitir una mejor identificación de los componentes espectrales. Obsérvese la diferencia en el rango de las barras de calibración.

En la figura 3a se muestra la relación entre los PCL y los ORB para tres de los electrodos. Los PCL tienen característicamente dos fases, una inicial negativa (deflexión hacia arriba) y, posteriormente, una positiva (deflexión hacia abajo). La única variante sobre este patrón es la que aparece junto con los OLG, en la que el PCL presenta tres fases, y la primera es positiva, que es, precisamente, la que se asocia con los OLG.

Para una mejor caracterización de estas respuestas se analizó su composición espectral de dos formas. En primer lugar, se analizó la respuesta de banda alta mediante la transformación rápida de Fourier. En la figura 3b se muestra cómo la presencia de OLG está indicada por un pico espectral específico y de gran potencia, con picos de frecuencia en 797 Hz para el lado derecho y 656 Hz para el izquierdo. Sin embargo, las ORB tienen componentes espectrales principalmente por encima de 1.000 Hz (Fig. 3b). La presencia de estos componentes lentos presenta un gradiente de distancia, es decir, el pico espectral es menor a mayor distancia. El análisis de la transformación rápida de Fourier no permite estudiar la relación entre la frecuencia y el tiempo de aparición, por lo que se analizaron los registros mediante la transformación de wavelets. Como puede verse en la figura 3c, el componente lento del análisis de wavelets aparece antes y con mucha mayor potencia en el caso de los OLG, y es de menor amplitud y más tardío en las ORB.

En la tabla se muestran algunas de las caracterís­ticas de los tres componentes talámicos de los PESS. Puede observarse que se trata de potenciales y ge­neradores claramente diferentes.

Tabla. Características de los tres componentes talámicos.

Tabla. Características de los tres componentes talámicos. No se indica el error estándar de la media en los valores de OLG por tener una n < 3.
OLG: oscilaciones lentas de gran amplitud; ORB: oscilaciones rápidas de baja amplitud; PCL: potenciales de campo local. a La amplitud se ha contabilizado a partir de los seis picos registrados.

Discusión

Describimos por primera vez la presencia de un nuevo tipo de potencial del tálamo sensorial asociado con PESS, que podría servir de forma específica para la identificación del núcleo ventrocaudal durante los registros para estimulación cerebral profunda.

Hasta el momento, la mayoría de los autores que han analizado la respuesta del tálamo durante la realización de PESS lo han hecho con el electrodo de estimulación cerebral profunda definitivo. En los últimos 15 años, únicamente hay un artículo [17] que haya realizado un análisis con microelectrodos durante la intervención. En estos artículos se han descrito tanto la presencia de PCL como las ORB. Diversos autores concluyeron que la presencia de estos potenciales, especialmente las ORB, servirían para la identificación positiva del tálamo somatosensorial (núcleo ventrocaudal). Sin embargo, esta afirmación no está completamente demostrada y presenta algunas dificultades conceptuales para ser aceptada. Como hemos visto, estos ORB aparecen a lo largo de una trayectoria muy extensa (hasta 6 mm) y en electrodos distantes hasta 4 mm. Aunque un electrodo único difícilmente podría hacer toda la trayectoria dentro del núcleo ventrocaudal, es muy difícil (o imposible) pensar que los cuatro electrodos permanezcan dentro de él. Esto indica que las ORB probablemente aparecen en núcleos distintos del núcleo ventrocaudal. Sin embargo, las OLG, caracterizadas por primera vez en este trabajo, están muy bien localizadas en el espacio, pues aparecen en un único punto y en un único electrodo. Además, están íntimamente relacionadas con los PCL. El hecho de que aparezcan en electrodos diferentes se debe a que están siendo registrados de núcleos muy específicos (al contrario que la ORB), de modo que una pequeña variación anatómica en su localización o por efecto de pequeños cambios en la trayectoria hace que sea uno u otro el electrodo que los registra.

Resulta muy interesante observar que no aparecen en ambos electrodos simultáneamente, lo que demuestra que están generados por fuentes inferiores a 2 mm. Además, hemos podido demostrar que estos potenciales más lentos (< 1 kHz) tienen características espectrales y un patrón espaciotemporal completamente diferentes de las ORB. Por ello, proponemos a las OLG como los potenciales que indican la presencia de la sinapsis entre el lemnisco y las células talamocorticales, mientras que las ORB representan una respuesta diferente del sistema somatosensorial. Aunque se precisa un mayor número de pacientes para una caracterización definitiva, la presencia de estas OLG puede tener una gran importancia no sólo para el mejor conocimiento de la fisiología del sistema somatosensorial humano, sino como aplicación práctica para la identificación positiva del núcleo ventrocaudal en pacientes sedados e, incluso, en pacientes conscientes, de modo que pueda definirse un umbral de estimulación eléctrica para la génesis de parestesias que permita la correcta identificación del núcleo [23?25].

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New thalamic potential associated with somatosensory evoked potentials

Introduction. The response of the thalamus during the study with somatosensory evoked potentials (SSEP) is not sufficiently understood.
Case report. A 17-year-old man undergoing surgery for deep brain stimulation in the centromedian nucleus for drugresistant epilepsy under complete sedation. During the intervention, the responses to SSEPs of the thalamic nuclei were recorded by means of four microelectrodes. These responses can be decomposed into three types: local field potentials (LFP), low amplitude fast oscillations (LFO), and high amplitude slow oscillations (HSO). LFO are widespread in much of the registered regions. However, HSOs are located at a single point in the registry and are closely associated with LFPs.
Conclusions. Although the presence of LFO has been considered as an indicator of the presence of the sensory thalamus, its wide extension by different thalamic nuclei suggests that it is an unspecific response to SSEPs. However, the restricted spatial location of HSO and their association with LFP suggest that these newly described potentials are the markers for the presence of the sensory thalamus. Their identification may prove very useful in thalamic deep brain stimulation either in awake patients or especially in those requiring sedation.
Key words. Deep brain stimulation. Drug-resistant epilepsy. Extracellular recording. High frequency oscillations. Local field potentials. Sensory thalamus.

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