Eletrocorticografia

A ECoG foi desenvolvida no início dos anos 1950 por Wilder Penfield e Herbert Jasper, neurocirurgiões do Instituto Neurológico de Montreal. Eles criaram a ECoG como parte do inovador procedimento de Montreal, um protocolo cirúrgico para tratar pacientes com epilepsia grave. Os potenciais corticais registrados pela ECoG eram usados para identificar zonas epileptogênicas – regiões do córtex que geram crises epilépticas. Essas zonas eram então removidas cirurgicamente durante a ressecção, destruindo o tecido cerebral onde as crises epilépticas se originavam. Penfield e Jasper também usaram estimulação elétrica durante as gravações de ECoG em pacientes submetidos à cirurgia de epilepsia sob anestesia local. Esse procedimento permitia explorar a anatomia funcional do cérebro, mapeando áreas de fala e identificando regiões do córtex somatossensorial e somatomotor a serem preservadas durante a remoção cirúrgica. Outro pesquisador pioneiro foi o médico Robert Galbraith Heath [en], que estudou o cérebro na Faculdade de Medicina da Universidade Tulane [en].

Os sinais de ECoG são compostos por potenciais pós-sinápticos sincronizados (potenciais de campo local), registrados diretamente da superfície exposta do córtex. Esses potenciais ocorrem principalmente nas células piramidais corticais e devem atravessar várias camadas do córtex cerebral, o líquido cefalorraquidiano (LCR), a pia-máter e a aracnoide antes de alcançar os eletrodos subdurais posicionados logo abaixo da dura-máter (membrana craniana externa). Para chegar aos eletrodos de couro cabeludo de um eletroencefalograma (EEG) convencional, os sinais elétricos também precisam atravessar o crânio, onde os potenciais se atenuam rapidamente devido à baixa condutividade do osso. Por isso, a resolução espacial da ECoG é muito superior à do EEG, uma vantagem crucial para o planejamento pré-cirúrgico. A ECoG oferece uma resolução temporal de cerca de 5 ms e uma resolução espacial que pode chegar a 1–100 μm.

A gravação de ECoG é realizada com eletrodos posicionados na superfície exposta do córtex. Para acessar o córtex, o cirurgião deve realizar uma craniotomia, removendo uma parte do crânio para expor a superfície cerebral. Esse procedimento pode ser feito sob anestesia geral ou anestesia local, caso seja necessária interação com o paciente para mapeamento funcional cortical. Os eletrodos são então implantados cirurgicamente na superfície do córtex, com o posicionamento guiado pelos resultados de EEG pré-operatório e ressonância magnética (RM). Os eletrodos podem ser colocados fora da dura-máter (epidural) ou sob a dura-máter (subdural). As matrizes de eletrodos de ECoG geralmente consistem em 16 eletrodos estéreis descartáveis de aço inoxidável, ponta de carbono, platina, liga de platina-irídio ou ouro, cada um montado em uma junta esférica para facilitar o posicionamento. Esses eletrodos são fixados a uma estrutura sobreposta em uma configuração de "coroa". Tiras subdurais e grades de eletrodos também são amplamente usadas, variando de 4 a 256 contatos de eletrodos. As grades são transparentes, flexíveis e numeradas em cada contato de eletrodo. O espaçamento padrão entre os eletrodos da grade é de 1 cm; os eletrodos individuais têm tipicamente 5 mm de diâmetro. Os eletrodos repousam levemente na superfície cortical e são projetados com flexibilidade suficiente para garantir que os movimentos normais do cérebro não causem lesões. Uma vantagem importante das tiras e grades de eletrodos é que podem ser deslizadas sob a dura-máter em regiões corticais não expostas pela craniotomia. Tiras e coroas podem ser usadas em qualquer combinação desejada. Eletrodos de profundidade também podem ser usados para registrar a atividade de estruturas mais profundas, como o hipocampo.

A estimulação elétrica cortical direta (EECD), também conhecida como mapeamento cortical por estimulação [en], é frequentemente realizada em conjunto com a gravação de ECoG para mapeamento funcional do córtex e identificação de estruturas corticais críticas. Quando usada a configuração de coroa, um estimulador bipolar portátil pode ser aplicado em qualquer ponto ao longo da matriz de eletrodos. No entanto, ao usar uma tira subdural, a estimulação deve ser aplicada entre pares de eletrodos adjacentes devido ao material não condutor que conecta os eletrodos na grade. As correntes de estimulação elétrica aplicadas ao córtex são relativamente baixas, entre 2 e 4 mA para estimulação somatossensorial e cerca de 15 mA para estimulação cognitiva. A frequência de estimulação é geralmente 60 Hz na América do Norte e 50 Hz na Europa, e qualquer densidade de carga superior a 150 μC/cm² causa danos ao tecido.

Desde seu desenvolvimento nos anos 1950, a ECoG tem sido usada para localizar zonas epileptogênicas durante o planejamento pré-cirúrgico, mapear funções corticais e prever o sucesso da ressecção cirúrgica de epilepsia. A ECoG oferece várias vantagens em relação a outras modalidades diagnósticas:

Recentemente, a ECoG emergiu como uma técnica promissora para uso em interfaces cérebro-computador (BCI). As BCIs são interfaces neurais diretas que permitem o controle de dispositivos protéticos, eletrônicos ou de comunicação por meio dos sinais cerebrais do indivíduo. Os sinais cerebrais podem ser registrados de forma invasiva, com dispositivos implantados diretamente no córtex, ou não invasiva, usando eletrodos de EEG no couro cabeludo. A ECoG oferece um meio-termo parcialmente invasivo entre essas duas modalidades – embora não penetre a barreira hematoencefálica como dispositivos de gravação invasivos, ela apresenta maior resolução espacial e melhor relação sinal-ruído que o EEG. A ECoG tem atraído atenção para decodificar fala ou música imaginadas, o que pode levar a BCIs "literais" nas quais os usuários simplesmente imaginam palavras, frases ou música que a BCI pode interpretar diretamente.

A eletrocorticografia ainda é considerada o “padrão-ouro” para definir zonas epileptogênicas; no entanto, esse procedimento é arriscado e altamente invasivo. Estudos recentes têm explorado o desenvolvimento de uma técnica de imagem cortical não invasiva para planejamento pré-cirúrgico que possa fornecer informações e resolução semelhantes às da ECoG invasiva. Em uma abordagem inovadora, Lei Ding e colaboradores buscaram integrar as informações fornecidas por uma ressonância magnética estrutural e EEG de couro cabeludo para oferecer uma alternativa não invasiva à ECoG. Esse estudo investigou uma abordagem de localização de fontes em subespaço de alta resolução, chamada FINE (vetores de primeiro princípio), para mapear os locais e estimar as extensões das fontes de corrente a partir do EEG de couro cabeludo. Uma técnica de limiar foi aplicada à tomografia resultante dos valores de correlação do subespaço para identificar fontes epileptogênicas. Esse método foi testado em três pacientes pediátricos com epilepsia intratável, com resultados clínicos promissores. Cada paciente foi avaliado usando ressonância magnética estrutural, monitoramento de EEG de vídeo de longo prazo com eletrodos de couro cabeludo e, posteriormente, com eletrodos subdurais. Os dados de ECoG foram registrados a partir de grades de eletrodos subdurais colocadas diretamente na superfície do córtex. Imagens de ressonância magnética e tomografia computadorizada também foram obtidas para cada sujeito.