В течение 29 лет, начиная с 12 лет, Рашетта Хиггинс страдала от эпилептических припадков – до 10 в неделю – во сне, в школе и на работе. За 10 лет она потеряла четыре работы. В результате одного припадка она упала, когда поднималась по бетонной лестнице, оставив после себя кровавый след и глубокую рану около глаза.
Первый приступ случился в 2005 году, когда она ждала автобус у обочины. «Я упала, когда автобус подъезжал», – говорит она. «Мой друг схватил меня как раз вовремя. С тех пор я много падала. У меня сотрясение мозга. Я часто теряю сознание. Это сильно измотало мое тело».
В 2016 году лечащий врач Мэри Кларк направила ее в отделение неврологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско, что положило начало ее пути к здоровью и ее вкладу в новые технологии для определения судорожной активности в головном мозге. Лекарства не смогли замедлить ее приступы или уменьшить их тяжесть, поэтому команда неврологов по эпилепсии рекомендовала операцию, чтобы сначала зарегистрировать и определить местоположение “плохой” активности, а затем удалить ткань мозга, которая вызвала приступ.
В апреле 2019 года Хиггинс была госпитализирована в отделение мониторинга эпилепсии, где хирурги имплантировали ей более 150 электродов. ЭЭГ круглосуточно отслеживала активность ее мозговых волн, чтобы определить точную область, которая вызывала ее мозговые разряды в течение 29 лет.
Всего за одну неделю у Хиггинс было 10 припадков, и каждый раз мягко волнообразные кривые ЭЭГ, фиксирующие нормальную активность мозга, внезапно переходили в характерные неровные пики и впадины, указывающие на припадок.
Чтобы найти место начала припадка в мозгу пациента, эксперты изучают мозговые волны, просматривая сотни волнистых линий на экране, наблюдая, насколько высоко и низко идут пики и впадины (амплитуда) и как быстро эти паттерны повторяются или колеблются (частота). Но во время припадка электрическая активность в мозгу резко возрастает, и многие следы ЭЭГ могут быть трудночитаемыми.
«Мы ищем электроды с наибольшими изменениями», – говорит Роберт Ноултон, доктор медицинских наук, профессор неврологии, медицинский директор программы хирургии судорожных припадков Калифорнийского университета в Сан-Франциско и член Института неврологии. «Более высокие частоты имеют больший вес. Обычно они имеют самую низкую амплитуду, поэтому мы смотрим ЭЭГ на предмет комбинации этих двух крайностей. Но визуально – это не количественно. Это сложно собрать».
Тогда Джонатан Клин, доктор медицинских наук, доцент кафедры неврологии и член Института нейронаук увидел потенциал программной стратегии, которая проясняет картину – буквально.
«Область визуализации информации действительно выросла за последние 20 лет. Это процесс сбора огромных объемов данных с множеством деталей – пространства, времени, частоты, интенсивности и других вещей – и превращения их в единую интуитивно понятную визуализацию, такую как изображение или видео», – сказал Клин.
Клин разработал программу, которая переводит сотни записей ЭЭГ в трехмерное видео, демонстрирующее активность во всех записанных участках мозга. В результате получается разноцветная трехмерная тепловая карта, которая очень похожа на карту погоды урагана метеоролога.
Она преобразует обычные сложные «отслеженные» записи мозговых волн, которые врачи видят (справа), в интуитивно понятную тепловую карту, проецируемую на собственный трехмерный реконструированный мозг пациента (правое полушарие мозга показано в основном виде).
Каждая кривая (линия) справа относится к одному внутричерепному электроду (черные точки на изображении мозга).
Интенсивность приступа рассчитывается автоматически по следам (в частности, по местоположению стрелки) и преобразуется в интенсивность цвета (с использованием алгоритма «длины линии»), показывая, как активность при данном приступе перемещается в пространстве и времени.В технологии также применяются «срезы».
Кинематографическое изображение припадков на тепловой карте, проецируемое на трехмерную реконструкцию собственного мозга пациента, помогает четко увидеть, где начинается припадок, и отследить, где и с какой скоростью он распространяется в мозге.
Тепловая карта совпадает с традиционным визуальным анализом, но ее проще понять и персонализировать в соответствии с мозгом пациента.
«Если увидеть это на тепловой карте, гораздо проще определить, где начинается припадок, и есть ли еще места, вызывающие приступ. Так гораздо лучше видеть, как распространяется приступ. Используя обычные методы, мы понятия не имеем, где он распространяется», – сказал Ноултон.
Исследователи используют новую технологию в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, чтобы оценить, насколько хорошо она определяет триггер судорожного припадка по сравнению со стандартным визуальным подходом. Они уже использовали тепловую карту, чтобы помочь идентифицировать начальное место и распространение припадка у более чем 115 пациентов.
Стратегия Клин обезоруживающе проста. Чтобы отличить припадки от нормальной мозговой активности, он сложил длину всех линий на ЭЭГ. Припадки проявляются в виде высоких пиков и низких впадин, что делает их совокупную длину довольно большой, в то время как мягкие волнообразные мозговые волны образуют гораздо более короткие линии. Программа Клин перевела эти длины в разные цвета, и появилась визуализация.
Технология оказалась ключевой в лечении Хиггинс.
«До ее записи мы опасались, что у Рашетты есть несколько областей, вызывающих припадки. Но ее видео ясно показало, что существует одна проблемная область, откуда быстро распространяется плохая активность», сказал Клин
Журнал “Epilepsia” поставил технологию 3-D Теплокарты KLEEN на обложку, а исследователи сделали свое программное обеспечение с открытым исходным кодом, так что другие могут улучшить его.
«Я твердо убежден, что для достижения прогресса в этой области нам необходимо делиться технологиями, особенно тем, что поможет пациентам», – сказал Клин.
Хиггинс была очарована трехмерной тепловой картой своего мозга. «Это было потрясающе», – сказала она. «Это действительно было похоже на мой мозг. И я могла следить за его работой».
Операция изменила ее жизнь к лучшему. У Хиггинс не было припадков более двух лет, она чувствует себя психически здоровой и ищет работу.
