Magnetic resonance imaging in epilepsy. Functional and structural imaging in frontal lobe epilepsy and language study in bilingual patients

Abstract

Gracias al desarrollo de las técnicas de neuroimagen en las últimas décadas se han conseguido avances importantes en el conocimiento de la epilepsia y sus mecanismos; descubriéndose cuestiones calves que han modificado conceptos clásicos y generado nuevas hipótesis en este campo. En los trabajos que componen esta tesis doctoral se utiliza como herramienta común la resonancia magnética para investigar varios aspectos que comprenden desde la función cognitiva a aspectos estructurales. En concreto se han empleado técnicas de resonancia magnética funcional y análisis cuantitativo de imagen estructural para responder a las hipótesis planteadas en los distintos trabajos que la conforman. La tesis comprende tres estudios: los dos primeros se centran en la epilepsia frontal y el tercero en mapeo de lenguaje pacientes bilingües con epilepsia. La epilepsia frontal (EF) es el segundo síndrome más prevalente dentro de las epilepsias focales, después de la epilepsia temporal. Sin embargo, debido a su complejidad como grupo, existen pocos estudios concluyentes a cerca de la función cognitiva en estos pacientes. Tampoco se conocen los cambios funcionales en las redes cognitivas que subyacen los déficits cognitivos en este grupo. Comprender estos aspectos contribuiría de manera importante a entender los déficits cognitivos en este grupo así como a comprender las alteraciones causadas por la cirugía. El primer trabajo de esta tesis estudia la memoria a largo plazo en pacientes con EF. Existen datos contradictorios sobre los déficits de memoria en pacientes con EF. Esta función ha sido poco explorada a pesar de la prevalencia de problemas de memoria en este grupo. Utilizando un paradigma de memoria en resonancia magnética funcional se caracterizaron los cambios funcionales secundarios a la epilepsia frontal y las alteraciones que se asocian al deterioro de esta función. En el segundo trabajo sobre epilepsia frontal se explora la presencia de cambios estructurales en sustancia gris en pacientes con EF. A diferencia de los pacientes con epilepsia temporal, en este grupo no existen estudios que exploren de manera cuantitativa cambios comunes en la estructura de la sustancia gris. Para ello se han empleado técnicas cuantitativa voxel por voxel que son altamente sensibles a cambios no identificables con inspección visual. La resonancia funcional (RMf) de lenguaje se ha integrado como parte importante de los estudios pre quirúrgicos en epilepsia. Esta necesidad se ve justificada por la alta incidencia de lateralización atípica del lenguaje en este grupo de pacientes. Este test se ha validado clínicamente en su mayoría utilizando la lengua nativa de los sujetos. Cuando el test se realiza en una segunda lengua como es el caso de población inmigrante se plantea la cuestión de la validez del test. Aunque existen un gran número de estudios de bilingüismo utilizando RMf, estos se han centrado en la búsqueda de diferencias en redes neuronales de las diferentes lenguas y no en el análisis de la validez clínica de estos mapas. En el tercer trabajo de la tesis se investiga las diferencias en los mapas de lenguajes obtenidos con RMf cuando se utiliza la lengua materna y cuando se utiliza una lengua secundaria. Con este estudio pretendemos evaluar la validez clínica de realizar mapeo de lenguaje con resonancia en una lengua secundaria.

Imaging techniques have led to the discovery of key questions in the field of epileptology. In this thesis, functional and structural aspects of focal epilepsies are investigated through magnetic resonance imaging (MRI). In particular, functional MRI and voxel wise analysis are used as the tool to test the hypothesis posed in the different studies that conform this thesis. The thesis is divided into three studies; two of them focus on frontal lobe epilepsy and the third one on language mapping of bilingual patients with epilepsy. Frontal lobe epilepsy is the second most prevalent syndrome among the focal epilepsies after temporal lobe epilepsy. However, it has proved challenging to characterize cognitive dysfunction within this group. Furthermore, the functional anatomy correlates of dysfunction in FLE is still unknown. Understanding these changes may help to characterize better the cognitive profile of this group. It may also improve the understanding of the changes in cognitive function as the result of surgery. In particular one of the studies focuses in memory function in patients with FLE. This cognitive aspect has received little attention in this group of patients. However, there is a significant prevalence of memory deficits in patients with Frontal lobe epilepsy. Using functional MRI (fMRI) I investigated long term memory in patients with FLE in order to characterize the functional anatomy that underlies memory dysfunction in this group of patients. The second study on FLE explores the structural changes in this syndrome. It uses voxel wise quantitative MRI techniques to identify common structural changes across this heterogeneous group. Language fMRI is widely used as part of the pre-surgical investigations of patients with drug resistant epilepsy. This is justified given the high prevalence of atypical language dominance in patients with epilepsy. The clinical validation of these tests have been performed using the subject’s native language. However this is a problem when the evaluated subject has to perform the test in a secondary language as it is the case of immigrant population. Although there is a large number of fMRI studies in bilingualism, these mainly focus in the differences in language networks between the different languages in bilinguals. The third study in this thesis investigates the differences in the language networks that support native and learned languages in bilingual patients with epilepsy and asses the clinical validity of mapping language using language paradigms in a subject’s first and second languages.