Analysis of human intracranial recordings for clinical and cognitive studies

Abstract

Intracranial electroencephalography (iEEG) is an invasive diagnostic procedure used in severe drug-resistant epilepsy patients that provides simultaneous recordings of multiple brain regions at a very high temporal resolution. In this thesis, we investigate how a number of computational approaches can be used to analyze human intracranial recordings to shed light on specific questions of both clinical and cognitive nature. With this regard, we first conceptualize the problem of mapping human brain networks from EEG with existing data-driven and model-based methods. Building on recent advances, we propose a new strategy to detect the epileptic focus based on a seizure-specific identification of spectral patterns in the time and frequency domains. Along the cognitive line, we develop a novel analytical framework relying on intracranial recordings to assess the level of influence of local neural activations on the brain’s global state during cognition.

L’electroencefalografia intracranial (iEEG) és un procediment diagnòstic invasiu que se sol utilitzar en els casos més greus d’epilèpsia resistent a fàrmacs. Mitjançant aquesta tècnica s’obtenen registres de l’activitat cerebral de múltiples regions de forma simultània amb una elevada resolució temporal. En aquesta tesi ens preguntem de quina manera la neurociència computacional pot contribuir a analitzar aquests registres amb l’objectiu de donar resposta a preguntes concretes d’interès clínic i cognitiu. En primer lloc, conceptualitzem l’estudi de les xarxes cerebrals mitjançat l’ús d’EEG en humans en combinació amb tècniques d’anàlisi de dades i modelatge. A partir d’avenços recents, proposem una nova estratègia per localitzar el focus epilèptic mitjançant la identificació dels patrons d’inici de crisi a partir d’estimations espectrals en el domini temporo-freqüencial. En la vessant cognitiva, desenvolupem un nou marc analític que estableix les bases per avaluar el grau d’influència de l’activitat local en l’estat global del cervell durant processos cognitius.