Methodische Evaluation zur simultanen Erhebung von Elektroenzephalographie (EEG) und funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) bei trigeminaler Schmerzverarbeitung

Abstract

Das trigemino-nozizeptive System ist die physiologische Grundlage primärer Kopfschmerzerkrankungen wie der Migräne. Da unser Wissen über Dynamiken sowie Netzwerkstrukturen innerhalb der zentralen Verarbeitung trigeminaler Reize beim Menschen begrenzt ist, ist die Hoffnung, neue und vor allem nicht-invasive Untersuchungsmethoden zu finden (Van der Cruyssen and Politis, 2018). Die wichtigsten Bildgebungsmodalitäten leiden entweder unter einer geringen räumlichen (EEG) oder geringen zeitlichen (fMRI) Auflösung, obwohl beide Dimensionen notwendig sind die trigeminale Nozizeption zu verstehen. Hierfür führten wir eine simultane, hochauflösende EEG-fMRT Untersuchung mit Hilfe eines gut etablierten Paradigmas zur trigemino-nozizeptiven Stimulation unter intranasaler Applikation von gasförmigem Ammoniak (Stankewitz et al. 2010) bei gesunden Studienteilnehmern durch. Eine visuelle Stimulation diente als Kontrollbedingung und als Plausibilitätsnachweis der analytischen Herangehensweise. Zur Validierung führten wir zusätzlich alleinige EEG- sowie fMRT-Untersuchungen durch. Diese zeigten eine gute Vergleichbarkeit mit vorherigen Ergebnissen (Mehnert et al., 2019; Stankewitz et al., 2010). Um die multimodalen Daten zu fusionieren, wurden in einer Vorstudie (Mehnert et al., 2019) als evozierte Synchronisierungen gewertete Zeit-Frequenz-Fenster des EEG für jeden einzelnen Stimulus isoliert und mit Hilfe einer „Searchlight“-Technik (Kriegeskorte et al., 2006) mit den Single-Trial Beta-Schätzern der BOLD-Antwort korreliert. Dieses Verfahren ermöglicht es, aufgrund der gemeinsamen Variabilität zwischen fMRT und EEG, Netzwerkstrukturen mit Hilfe der zusätzlichen zeitlichen Informationen des EEG in der BOLD-Antwort neu zu gewichten. Die visuelle Stimulation zeigte, wie erwartet, die höchste Korrelation im primären visuellen Kortex, was die gewählte analytische Routine validiert. Der trigemino-nozizeptive Reiz zeigte Korrelationen im Hirnstammbereich wie dem spinalen trigeminalen Nucleus und der RVM in der Delta-/Theta-Band-Aktivität (3-6 Hz). Die Aktivität im Frequenzbereich des hohe Gammas (57-100 Hz) zeigte Korrelationen zu verschiedenen, spezifisch sensorischen Regionen, wie dem visuellen Kortex, dem sensorischen wie auch dem auditorischen Kortex. Die Ergebnisse der Theta/Delta-Aktivität sind wahrscheinlich eher spezifisch für die frühe nozizeptiv evozierte zentrale Reaktion sowie deren Modulation. Die Gamma-Korrelation könnte folglich als Äquivalent einer weitreichenden Integration sensorischer Reize interpretiert werden.