後視床下部領域の電気生理学的トポグラフィーと構造的連結性。脳深部刺激のまれな兆候から学ぶことが多い

Electrophysiology and Structural Connectivity of the Posterior Hypothalamic Region: Much to Learn From a Rare Indication of Deep Brain Stimulation.

• Bina Kakusa
• Sabir Saluja
• David Y A Dadey
• Daniel A N Barbosa
• Sandra Gattas
• Kai J Miller
• Robert P Cowan
• Zepure Kouyoumdjian
• Nader Pouratian
• Casey H Halpern

抄録

クラスター型頭痛（CH）は、最も一般的で衰弱性の高い自律神経性頭皮症の一つである。我々は、電気生理学的トポグラフィとトラクトグラフィに基づく構造的接続性の新しい解析を通して、視床下部後領域への深部脳刺激(DBS)の臨床結果を特徴づける。左後視床下部を難治性CH症状の同側に標的とした。術中には、1mmの深さ刻みで野電図が撮影された。全脳確率論的トラクトグラフィを行い、治療反応に関連した推定活性化組織量（VAT）の構造的結合性を評価した。後視床下部領域を刺激することでCHの症状が消失し、この効果は術後1.5年間持続した。活性接触は視床下部後縁と腹側前視床背後縁（VAp）内であった。デルタ（3 Hz）とアルファバンド（8 Hz）のパワーは、視床下部後縁に近づくにつれて増加し、ピークに達した。後視床下部では、デルタバンドの位相はベータバンドの振幅と結合しており、後者はCH発作時に増加することが示されていた。最後に、これらの領域を含むVATには、島皮質、前帯状回、下頭頂葉、前頭前回、脳幹などの疼痛処理領域のストリームラインが高い割合で含まれていることを明らかにした。後視床下部領域DBSのユニークなケーススタディは、持続的な有効性を支持し、電気生理学的トポグラフィーと構造的接続性を用いたプラットフォームを提供し、CHとこの有望な治療法のメカニズムの理解を向上させます。

Cluster headache (CH) is among the most common and debilitating autonomic cephalalgias. We characterize clinical outcomes of deep brain stimulation (DBS) to the posterior hypothalamic region through a novel analysis of the electrophysiological topography and tractography-based structural connectivity. The left posterior hypothalamus was targeted ipsilateral to the refractory CH symptoms. Intraoperatively, field potentials were captured in 1 mm depth increments. Whole-brain probabilistic tractography was conducted to assess the structural connectivity of the estimated volume of activated tissue (VAT) associated with therapeutic response. Stimulation of the posterior hypothalamic region led to the resolution of CH symptoms, and this benefit has persisted for 1.5-years post-surgically. Active contacts were within the posterior hypothalamus and dorsoposterior border of the ventral anterior thalamus (VAp). Delta- (3 Hz) and alpha-band (8 Hz) powers increased and peaked with proximity to the posterior hypothalamus. In the posterior hypothalamus, the delta-band phase was coupled to beta-band amplitude, the latter of which has been shown to increase during CH attacks. Finally, we identified that the VAT encompassing these regions had a high proportion of streamlines of pain processing regions, including the insula, anterior cingulate gyrus, inferior parietal lobe, precentral gyrus, and the brainstem. Our unique case study of posterior hypothalamic region DBS supports durable efficacy and provides a platform using electrophysiological topography and structural connectivity, to improve mechanistic understanding of CH and this promising therapy.

Copyright © 2020 Kakusa, Saluja, Dadey, Barbosa, Gattas, Miller, Cowan, Kouyoumdjian, Pouratian and Halpern.