L’elettrocorticografia non è una malattia, ma una procedura diagnostica specializzata utilizzata in medicina per registrare l’attività elettrica direttamente dalla superficie del cervello. Questa tecnica di monitoraggio invasiva svolge un ruolo cruciale nell’aiutare i medici a identificare la fonte delle crisi epilettiche nei pazienti con epilessia che non risponde ai farmaci, e assiste inoltre i chirurghi nella mappatura delle aree cerebrali importanti prima di eseguire interventi chirurgici.

Come il monitoraggio dell’attività cerebrale aiuta nella cura dell’epilessia

Quando una persona soffre di crisi epilettiche che non possono essere controllate con i farmaci, i medici devono scoprire esattamente dove nel cervello queste crisi hanno origine. L’elettrocorticografia, spesso abbreviata in ECoG, è un metodo di registrazione specializzato che permette ai medici di vedere i segnali elettrici provenienti dal cervello con una chiarezza molto maggiore rispetto ai metodi tradizionali.^[1] A differenza di un elettroencefalogramma standard (EEG), che misura l’attività cerebrale attraverso elettrodi posizionati sul cuoio capelluto all’esterno del cranio, l’ECoG comporta il posizionamento degli elettrodi direttamente sulla superficie esposta del cervello durante una procedura chirurgica.^[2]

Questa procedura è stata uno strumento importante nel trattamento dell’epilessia fin dagli anni ’50, quando i neurochirurghi pionieri Wilder Penfield e Herbert Jasper presso il Montreal Neurological Institute la svilupparono come parte della procedura di Montreal, un approccio chirurgico per il trattamento dell’epilessia grave.^[1] L’obiettivo principale dell’utilizzo dell’ECoG è aiutare i medici a localizzare accuratamente la zona epilettogena—la regione specifica del cervello dove hanno origine le crisi—in modo che possano decidere se la rimozione chirurgica di quell’area potrebbe aiutare il paziente. La procedura aiuta anche a identificare le aree critiche del cervello che controllano il linguaggio, il movimento e la sensibilità, che i chirurghi devono evitare di danneggiare durante qualsiasi operazione.^[1]

L’ECoG non viene utilizzata per tutti i pazienti con epilessia. È riservata ai pazienti la cui localizzazione delle crisi non può essere identificata chiaramente attraverso test non invasivi come l’EEG standard e la risonanza magnetica (RM).^[2] Quando questi test più semplici non forniscono informazioni sufficienti, i medici possono raccomandare il monitoraggio ECoG per raccogliere dati più dettagliati prima di prendere decisioni terapeutiche.

Comprendere la procedura ECoG

La procedura di elettrocorticografia richiede un intervento chirurgico per esporre la superficie del cervello. Per prima cosa, un neurochirurgo esegue una craniotomia, che significa rimuovere una sezione del cranio per accedere al cervello.^[1] Questa è una procedura invasiva, il che significa che comporta un’incisione nel corpo, e comporta i rischi associati a qualsiasi chirurgia cerebrale. Una volta esposta la superficie del cervello, il chirurgo posiziona array di elettrodi—griglie piatte contenenti più contatti elettrodici o strisce strette con diversi elettrodi disposti in fila—direttamente sulla corteccia cerebrale, lo strato esterno del cervello.^[2]

Gli elettrodi utilizzati nell’ECoG sono tipicamente realizzati in platino o materiali di platino-iridio e sono disposti in varie configurazioni a seconda delle esigenze del paziente.^[4] Una configurazione comune include griglie rettangolari, come un array 6×8, o strisce lineari contenenti diversi elettrodi distanziati a intervalli regolari, tipicamente 10 millimetri.^[2] Alcuni pazienti possono anche ricevere elettrodi di profondità—derivazioni cilindriche che penetrano nelle strutture cerebrali più profonde—da soli o in combinazione con elettrodi di superficie. Questo approccio combinato è talvolta chiamato stereoelettroencefalografia o sEEG.^[2]

L’intervento chirurgico per posizionare gli elettrodi dura tipicamente diverse ore e viene eseguito più comunemente in anestesia generale.^[2] Il numero e la posizione degli elettrodi sono personalizzati per ciascun paziente in base alle informazioni raccolte prima dell’intervento su dove potrebbero iniziare le crisi. Dopo che gli elettrodi sono in posizione, il paziente rimane in ospedale per un monitoraggio continuo, di solito da tre a sette giorni, anche se a volte più a lungo se necessario.^[2]

Dopo che il periodo di monitoraggio è completato, gli elettrodi vengono rimossi in sala operatoria. A volte, se i dati identificano chiaramente la fonte delle crisi ed è sicuro farlo, il chirurgo può rimuovere il tessuto cerebrale problematico durante la stessa operazione.^[2] Le informazioni raccolte creano una mappa dettagliata che mostra non solo dove iniziano le crisi ma anche dove si trovano importanti funzioni cerebrali come il linguaggio e il movimento, aiutando i chirurghi a pianificare l’approccio terapeutico più sicuro ed efficace.

Cosa rende l’ECoG diversa dagli altri metodi di monitoraggio cerebrale

L’elettrocorticografia offre diversi vantaggi rispetto alle registrazioni EEG standard prese dal cuoio capelluto. La differenza principale sta in quanto gli elettrodi siano vicini alla fonte dell’attività elettrica. Quando le cellule cerebrali comunicano, generano minuscoli segnali elettrici. Nell’EEG standard, questi segnali devono viaggiare attraverso diversi strati—il tessuto cerebrale stesso, il liquido cerebrospinale che circonda il cervello, tre membrane protettive chiamate meningi, l’osso del cranio e infine il cuoio capelluto—prima di raggiungere gli elettrodi di registrazione.^[1] Il cranio, in particolare, ha una conduttività elettrica molto bassa, il che significa che blocca e indebolisce significativamente i segnali.

Con l’ECoG, gli elettrodi sono posizionati molto più vicino alla fonte, direttamente sulla superficie del cervello sotto la membrana esterna chiamata dura madre.^[1] Questa vicinanza significa che i segnali elettrici non devono passare attraverso il cranio, quindi rimangono molto più forti e chiari. Di conseguenza, l’ECoG fornisce una risoluzione spaziale molto migliore—la capacità di individuare esattamente da dove provengono i segnali—rispetto all’EEG sul cuoio capelluto. Questa elevata risoluzione spaziale è fondamentale per la pianificazione prechirurgica perché permette ai medici di identificare con grande precisione quali piccole aree di tessuto cerebrale stanno causando problemi.^[1]

La ricerca ha dimostrato che l’ECoG ha una risoluzione temporale di circa 5 millisecondi—il che significa che può rilevare cambiamenti nell’attività cerebrale entro cinque millesimi di secondo—e una risoluzione spaziale precisa fino a 1-100 micrometri quando si utilizzano determinati tipi di elettrodi.^[1] Studi che esaminano quanto si diffondono i segnali ECoG hanno scoperto che rappresentano effettivamente un’attività cerebrale abbastanza locale. Uno studio di ricerca che ha utilizzato scimmie ha scoperto che la diffusione spaziale dell’ECoG era sorprendentemente limitata, con un diametro di soli circa 3 millimetri, che è solo tre volte più grande della diffusione catturata da microelettrodi ancora più piccoli.^[3][5] Questo significa che l’ECoG fornisce informazioni su un’area relativamente piccola e specifica del cervello, rendendola molto utile per identificare accuratamente le fonti delle crisi.

I segnali registrati dall’ECoG riflettono l’attività sincronizzata di grandi gruppi di neuroni, in particolare da cellule cerebrali specializzate chiamate cellule piramidali nella corteccia.^[1] Questi segnali sono chiamati potenziali di campo locale, che rappresentano l’attività elettrica combinata di centinaia di migliaia di neuroni che lavorano insieme in una piccola regione.^[6]

Approcci terapeutici standard quando viene utilizzata l’ECoG

L’elettrocorticografia in sé non è un trattamento—è uno strumento diagnostico utilizzato per guidare le decisioni terapeutiche per i pazienti con epilessia farmacoresistente. Quando i farmaci non riescono a controllare le crisi, cosa che accade in circa un terzo dei pazienti epilettici, le opzioni chirurgiche diventano considerazioni importanti.^[2] Il percorso terapeutico standard inizia tipicamente con il tentativo di vari farmaci antiepilettici, aggiustando le dosi e talvolta combinando diversi farmaci per ottenere il controllo delle crisi.

Quando i farmaci si rivelano inefficaci, i medici eseguono valutazioni estese utilizzando test non invasivi. Questi includono il monitoraggio video-EEG prolungato, dove i pazienti vengono registrati su video mentre l’EEG monitora la loro attività cerebrale, spesso per diversi giorni. I medici utilizzano anche studi di imaging cerebrale come la risonanza magnetica per cercare anomalie strutturali che potrebbero causare le crisi.^[2] Questi approcci non invasivi aiutano a restringere la localizzazione delle crisi, ma a volte non possono fornire dettagli sufficienti per la pianificazione chirurgica.

È qui che l’ECoG diventa parte dell’approccio clinico standard. Dopo che il monitoraggio ECoG ha identificato con successo il focolaio epilettogeno, possono essere considerate diverse opzioni terapeutiche. Il trattamento chirurgico più comune è la resezione, dove il chirurgo rimuove l’area specifica di tessuto cerebrale dove hanno origine le crisi.^[1] Questo viene eseguito più spesso quando le crisi provengono dal lobo temporale del cervello, che è la localizzazione più comune per l’epilessia che può essere trattata chirurgicamente.

Un’alternativa più recente alla chirurgia aperta tradizionale per l’epilessia del lobo temporale è la terapia termica laser interstiziale (LITT), dove un laser colpisce e distrugge con precisione la piccola area di tessuto cerebrale che causa le crisi.^[2] Questo approccio minimamente invasivo offre vantaggi in termini di tempo di recupero e rischio chirurgico per i candidati appropriati.

Quando le crisi hanno origine al di fuori del lobo temporale, i chirurghi tipicamente rimuovono solo l’area problematica identificata dall’ECoG e da altri test. Nei bambini con certi tipi di epilessia grave, possono essere considerate altre opzioni chirurgiche. Queste includono la callosotomia del corpo calloso, dove il fascio di fibre nervose che collega i due emisferi del cervello viene parzialmente o completamente sezionato per impedire alle crisi di diffondersi; l’emisferectomia, dove viene rimosso un lato della corteccia cerebrale; o l’emisferectomia funzionale, dove il lato del cervello che genera le crisi viene disconnesso da altre regioni cerebrali senza l’effettiva rimozione del tessuto.^[2]

Durante tutto il periodo di monitoraggio e dopo l’intervento chirurgico, i pazienti continuano a prendere i loro farmaci antiepilettici prescritti. Questi farmaci possono essere ridotti durante il monitoraggio specificamente per permettere alle crisi di verificarsi a scopo di registrazione, ma i farmaci rimangono una parte importante della gestione dell’epilessia a lungo termine anche per i pazienti che si sottopongono a chirurgia.^[2]

Tecnologie avanzate e applicazioni di ricerca

Mentre l’ECoG è stata originariamente sviluppata per la cura dell’epilessia, i ricercatori hanno ampliato considerevolmente le sue applicazioni. Gli scienziati ora utilizzano l’ECoG per studiare la normale funzione cerebrale, investigare come il cervello elabora le informazioni sensoriali ed esplorare funzioni cognitive come memoria, attenzione e processo decisionale.^[5] Poiché i pazienti sottoposti a monitoraggio ECoG sono solitamente svegli e vigili durante gran parte del periodo di registrazione, possono partecipare a varie attività di ricerca mentre la loro attività cerebrale viene misurata con eccezionale precisione.

Un’area di ricerca particolarmente importante riguarda le interfacce cervello-computer (BCI), sistemi che permettono la comunicazione diretta tra il cervello e dispositivi esterni.^[6] L’ECoG è emersa come un approccio promettente per le BCI perché fornisce una qualità del segnale molto migliore rispetto all’EEG sul cuoio capelluto pur essendo meno invasiva dei metodi che richiedono elettrodi che penetrano profondamente nel tessuto cerebrale. I ricercatori stanno investigando come i segnali ECoG potrebbero aiutare le persone paralizzate a controllare arti robotici, cursori del computer o dispositivi di comunicazione usando solo i loro pensieri.

Un segnale ECoG particolarmente interessante su cui i ricercatori si concentrano è chiamato potenza gamma alta (HGP), che si riferisce all’attività elettrica nella gamma di frequenza da 70 a 190 hertz. Questa attività ad alta frequenza ha un rapporto segnale-rumore molto buono e sembra riflettere i modelli di attivazione combinati di gruppi di neuroni direttamente sotto l’elettrodo.^[7] Questo rende l’HGP particolarmente preziosa per comprendere quali aree cerebrali sono attive durante compiti specifici o processi cognitivi.

I recenti progressi tecnologici hanno reso il monitoraggio ECoG più pratico e amichevole per i pazienti. I ricercatori hanno sviluppato sistemi ECoG wireless portatili che permettono ai pazienti maggiore mobilità durante il monitoraggio piuttosto che essere legati all’attrezzatura di registrazione con fili.^[11] Questi sistemi utilizzano moderne tecnologie di comunicazione wireless come il Bluetooth per trasmettere i segnali cerebrali a computer o anche cellulari, dove i medici possono monitorare i dati da remoto. Un sistema sperimentale ha dimostrato la capacità di registrare da 32 canali simultaneamente con elevate frequenze di campionamento mantenendo un basso consumo energetico, tutto in un pacchetto portatile che i pazienti potrebbero portare con sé.^[11]

Applicazioni cliniche e ricerca nella valutazione del trattamento

Oltre a identificare le fonti delle crisi, l’ECoG ha trovato applicazioni nella valutazione dell’efficacia del trattamento. Un uso innovativo coinvolge un dispositivo chiamato Sistema di Neurostimolazione Responsiva (RNS), che è stato approvato come terapia aggiuntiva per l’epilessia focale farmacoresistente.^[10][12] Questo sistema registra continuamente l’attività ECoG dagli elettrodi impiantati, rileva automaticamente i modelli che segnalano una crisi imminente e fornisce stimolazione elettrica mirata per fermare le crisi prima che si sviluppino completamente.

La ricerca che utilizza il sistema RNS ha rivelato intuizioni interessanti su come misurare l’efficacia del trattamento. I metodi tradizionali per valutare i trattamenti dell’epilessia si basano sui pazienti che riportano le loro crisi, ma molte crisi passano inosservate dai pazienti, in particolare crisi piccole o quelle che si verificano durante il sonno. Studi che confrontano le frequenze delle crisi riportate dai pazienti con le frequenze delle crisi rilevate dall’ECoG hanno trovato discrepanze significative.^[10][12] Uno studio ha scoperto che quando si utilizzano le registrazioni ECoG come base per contare le crisi, i pazienti hanno mostrato un miglioramento molto maggiore rispetto all’uso dei conteggi delle crisi auto-riportati. A tre mesi, i pazienti hanno mostrato una riduzione dell’82% delle crisi basata sui dati ECoG rispetto a solo un aumento dell’11% basato sulle auto-segnalazioni; a un anno, i dati ECoG hanno mostrato una riduzione del 75% rispetto al 58% basato sulle auto-segnalazioni.^[12]

Questa discrepanza si verifica perché i pazienti spesso sottoriportano le loro crisi—o perché le crisi passano inosservate o perché i pazienti hanno difficoltà a contare e ricordare accuratamente tutti gli eventi epilettici. Utilizzare l’ECoG per stabilire una vera frequenza di base delle crisi fornisce una valutazione più accurata dell’efficacia del trattamento.

I ricercatori hanno anche investigato se certe caratteristiche delle registrazioni ECoG possono predire quali pazienti risponderanno meglio ai trattamenti. Uno studio che esamina pazienti con epilessia del lobo temporale trattati con il sistema RNS ha identificato varie caratteristiche ECoG che correlavano con gli esiti clinici.^[2] Questi biomarcatori—indicatori misurabili trovati nei segnali elettrici—potrebbero eventualmente aiutare i medici a predire quanto bene i singoli pazienti risponderanno a specifici trattamenti per l’epilessia, permettendo una pianificazione terapeutica più personalizzata.

Considerazioni sulla sicurezza e limitazioni

Poiché l’ECoG richiede una craniotomia e il posizionamento di elettrodi sulla superficie cerebrale, comporta rischi intrinseci associati alla neurochirurgia. Questi includono il rischio di infezione, sanguinamento, gonfiore e potenziali danni al tessuto cerebrale. La procedura richiede che i pazienti rimangano ospedalizzati per diversi giorni con elettrodi impiantati nella loro testa, il che può essere scomodo e limita le normali attività.

Durante il periodo di monitoraggio, i pazienti devono seguire linee guida specifiche per proteggere l’attrezzatura e mantenere la qualità della registrazione. Non possono fare la doccia o lavare i capelli mentre gli elettrodi sono in posizione, poiché l’umidità potrebbe allentare gli elettrodi dal cuoio capelluto o danneggiare l’attrezzatura. L’attività fisica deve essere limitata per prevenire sudorazione eccessiva o spostamento accidentale degli elettrodi. I pazienti dovrebbero evitare di toccare o manomettere gli elettrodi, anche se si verifica prurito.^[15] Certi dispositivi elettronici dovrebbero essere usati con cautela, poiché la ricarica di dispositivi vicino all’attrezzatura di registrazione può creare interferenze elettriche che corrompono i dati.^[15]

La rimozione degli elettrodi alla fine del monitoraggio richiede un altro viaggio in sala operatoria. Possono sorgere complicazioni se gli elettrodi rimangono intrappolati dall’osso sostituito o dall’hardware di fissaggio, o se il tunnel sottocutaneo dove escono i fili degli elettrodi è troppo stretto. Un’attenta tecnica chirurgica durante il posizionamento iniziale aiuta a prevenire queste complicazioni, includendo l’assicurarsi che sia rimosso osso sufficiente dove escono gli elettrodi ed evitando il posizionamento dell’hardware di fissaggio troppo vicino ai fili degli elettrodi.^[20] Una perdita di liquido cerebrospinale può svilupparsi nel punto di uscita se non vengono utilizzate tecniche di chiusura appropriate.^[20]

Nonostante queste limitazioni, l’ECoG rimane uno strumento essenziale quando i metodi non invasivi non possono fornire informazioni adeguate per la pianificazione del trattamento. I benefici dell’identificazione accurata delle fonti delle crisi e della pianificazione sicura del trattamento chirurgico generalmente superano i rischi per pazienti attentamente selezionati che hanno esaurito altre opzioni diagnostiche.

Metodi di trattamento più comuni

• Resezione chirurgica
  • Rimozione dell’area cerebrale specifica dove hanno origine le crisi, identificata attraverso la mappatura ECoG
  • Eseguita più comunemente per l’epilessia del lobo temporale, il target chirurgico più frequente
  • Aree al di fuori del lobo temporale possono anche essere resecate quando l’ECoG le identifica come fonti di crisi
• Terapia Termica Laser Interstiziale (LITT)
  • Alternativa minimamente invasiva alla chirurgia aperta tradizionale per certi casi di epilessia
  • Utilizza energia laser per colpire e distruggere con precisione piccole aree di tessuto cerebrale che causano crisi
  • Particolarmente utile per l’epilessia del lobo temporale quando l’anatomia è appropriata
• Callosotomia del Corpo Calloso
  • Procedura chirurgica dove le fibre nervose che collegano i due emisferi del cervello vengono parzialmente o completamente sezionate
  • Previene la diffusione delle crisi da un lato del cervello all’altro
  • Spesso considerata per bambini con epilessia grave quando le crisi non possono essere controllate con altri metodi
• Emisferectomia ed Emisferectomia Funzionale
  • Rimozione di un lato della corteccia cerebrale o disconnessione di un emisfero dal resto del cervello
  • Riservata a casi gravi di epilessia infantile dove un emisfero genera la maggior parte delle crisi
  • L’emisferectomia funzionale disconnette l’emisfero che genera le crisi senza rimozione del tessuto
• Neurostimolazione Responsiva (RNS)
  • Dispositivo impiantabile che monitora continuamente l’attività cerebrale attraverso elettrodi ECoG
  • Rileva automaticamente i modelli di crisi e fornisce stimolazione elettrica per interrompere le crisi
  • Approvato come terapia aggiuntiva per l’epilessia focale farmacoresistente