De onvoorspelbaarheid van epileptische aanvallen is een ernstige handicap voor patiënten. Wetenschappers hebben een techniek bedacht die aanvalsperioden van één tot meerdere dagen van tevoren kan voorspellen.
Net als bij weersstoringen zijn er verschillende tijdschalen voor epileptische hersenactiviteit. Deze kunnen worden gebruikt om het begin van een aanval één tot meerdere dagen van tevoren te voorspellen.
Een derde van de epilepsiepatiënten is resistent tegen behandeling voor deze neurologische ziekte die 1% van de bevolking treft. Het begin van aanvallen is onvoorspelbaar en is sinds de jaren zeventig onderwerp van vruchteloos onderzoek geweest. Door de onvoorzienbare aard van de ziekte worden patiënten gedwongen medicijnen te slikken en / of hun levensstijl aan te passen. Neurowetenschappers van de Universiteit van Genève (UNIGE) en het Universitair Ziekenhuis van Bern (Inselspital) – in samenwerking met de Universiteit van Californië in San Francisco (UCSF) en de Brown University in Providence – zijn erin geslaagd een techniek te ontwikkelen die aanvallen tussen één en enkele dagen van tevoren. Door de neuronale activiteit gedurende ten minste zes maanden te registreren met behulp van een apparaat dat rechtstreeks in de hersenen is geïmplanteerd, is het mogelijk om individuele cycli van epileptische activiteit te detecteren en informatie te verstrekken over de waarschijnlijkheid van een toekomstige aanval. Deze benadering, gepubliceerd in het tijdschrift Lancet Neurology, is opmerkelijk betrouwbaar, en toekomstige klinische onderzoeken zitten nu in de pijplijn.
Een epileptisch brein kan plotseling overschakelen van een fysiologische toestand naar een pathologische toestand, gekenmerkt door een verstoring van de neuronale activiteit die onder meer convulsies kan veroorzaken die kenmerkend zijn voor een epileptische aanval. Hoe en waarom de hersenen de ene toestand door de andere verwisselen, wordt nog steeds slecht begrepen, met als gevolg dat het ontstaan van een aanval moeilijk, zo niet onmogelijk, te voorspellen is. “Specialisten over de hele wereld proberen al meer dan 50 jaar aanvallen een paar minuten van tevoren te voorspellen, maar met beperkt succes”, legt Timothée Proix uit, een onderzoeker bij de afdeling Fundamentele Neurowetenschappen van de Faculteit der Geneeskunde van UNIGE. Aanvallen lijken niet te worden voorafgegaan door duidelijke waarschuwingssignalen die het voorspellen gemakkelijker zouden maken. De frequentie varieert, afhankelijk van het individu, van eenmaal per jaar tot eenmaal per dag.
“Het is een enorm probleem voor patiënten”, begint Maxime Baud, neuroloog bij Inselspital. «Deze onvoorspelbaarheid gaat gepaard met een permanente dreiging die patiënten verplicht om dagelijks medicatie te slikken. En in veel gevallen verhindert het hen om aan bepaalde sporten deel te nemen. Als je met deze overhanging leeft, kun je ook je mentale gezondheid beïnvloeden ». Bestaande behandelingen zijn vaak moeilijk te verdragen: ze zijn afhankelijk van medicijnen met tal van mogelijke bijwerkingen om de neuronale prikkelbaarheid te verminderen en omvatten soms neurochirurgie om de epileptische focus weg te nemen, d.w.z. het beginpunt van de hersenaanvallen. Bovendien reageert een kwart van de patiënten niet op deze behandelingen, waardoor ze moeten leren omgaan met de chroniciteit van hun ziekte.
Weersvoorspelling
Epileptische activiteit kan worden gemeten met behulp van cerebrale elektrische activiteitsgegevens die zijn geregistreerd door elektro-encefalografie. Dit kan worden gebruikt om interictale ontladingen te identificeren – vluchtige ontladingen die tussen aanvallen verschijnen zonder ze direct te veroorzaken. «We stellen klinisch vast dat epileptische aanvallen terugkeren in clusters en cyclisch. Om na te gaan of de interictale ontladingen deze cycli kunnen verklaren en het begin van een aanval kunnen voorspellen, hebben we de gegevens in meer detail geanalyseerd », vervolgt Dr. Baud.
Om dit te doen, werkte Baud samen met Vikram Rao, neuroloog bij UCSF, om gegevens over neuronale activiteit te verkrijgen die gedurende meerdere jaren zijn verzameld met behulp van apparaten die langdurig in de hersenen van patiënten met epilepsie zijn geïmplanteerd. Nadat ze hadden bevestigd dat er inderdaad cycli van cerebrale epileptische activiteit waren, richtten de wetenschappers hun aandacht op statistische analyse. Deze aanpak hielp bij het benadrukken van een fenomeen dat bekend staat als de “pro-ictale toestand”, waarbij de kans op het ontstaan van een aanval groot is. “Net als bij weersinvloeden zijn er verschillende tijdschalen voor epileptische hersenactiviteit”, zegt dr. Baud. «Het weer wordt beïnvloed door de cyclus van de seizoenen of dag en nacht. Op een tussenliggende schaal, wanneer een weerfront nadert, neemt de kans dat het gaat regenen gedurende meerdere dagen toe en is daardoor beter voorspelbaar. Deze drie schalen van cyclische regulatie bestaan ook voor epilepsie.
Het juiste tijdsbestek
De elektrische activiteit in de hersenen is een weerspiegeling van de cellulaire activiteit van de neuronen, meer bepaald hun actiepotentialen, elektrische signalen die zich voortplanten langs het neurale netwerk om informatie te verzenden. Actiepotentialen zijn goed bekend bij neurowetenschappers en hun waarschijnlijkheid kan worden gemodelleerd met behulp van wiskundige wetten. “We hebben deze wiskundige modellen aangepast aan de epileptische ontladingen om erachter te komen of ze een aanval aankondigden of remden”, legt dr. Proix uit. Om de voorspellende betrouwbaarheid te vergroten, waren opnames van hersenactiviteit over zeer lange perioden nodig. Met behulp van deze benadering konden voor de meeste patiënten fronten worden bepaald met een grote kans op aanvallen van meerdere dagen, waardoor het bij sommigen mogelijk was om aanvallen enkele dagen van tevoren te voorspellen. Met gegevens over hersenactiviteit die zijn verzameld over perioden van ten minste zes maanden, is het voorspellen van aanvallen informatief voor tweederde van de patiënten.
De analytische benadering is voldoende «licht» om de gegevens in real-time op een server of rechtstreeks op een microprocessor te kunnen verzenden met een apparaat dat klein genoeg is om in de schedel te worden geïmplanteerd. De onderzoekers werken nu samen met het Wyss Center for Bio and Neuroengineering, gevestigd op Campus Biotech in Genève, om een minimaal invasief apparaat voor hersenmonitoring te ontwikkelen om de langetermijngegevens vast te leggen die nodig zijn om aanvallen te voorspellen. Het apparaat, dat onder de huid van de hoofdhuid glijdt, zou mensen met epilepsie de kracht kunnen geven om hun leven te plannen op basis van de kans op een aanval.