Identificación de los cambios de patrón de activación cerebral durante el proceso deglutorio en base a la señal electroencefalográfica en pacientes con disfagia

Abstract

[ES] La disfagia es la incapacidad o dificultad de ingerir alimentos o líquidos y suele tener origen neurológico. El presente trabajo fin de máster enmarca en el proyecto ¿Exploración de la capacidad de evaluación de la disfagia neurógena por ictus mediante electroencefalografía y electromiografía¿ realizado por el Centro de Investigación e Innovación en Bioingeniería en colaboración con dos hospitales de la Comunidad Valenciana. Concretamente se lleva a cabo un estudio exploratorio de señales electroencefalográficas (EEG) para la disfagia neurógena. Para ello se genera una base de datos de registros de EEG con 21 jóvenes sanos y 13 pacientes con disfagia neurógena. Las señales son procesadas mediante el uso de la técnica multivariate variational mode decompositon. Se identifican las fuentes corticales mediante la estimación de la norma mínima (MNE). Con el atlas de Brodmann, se calcula el Potencial de Acción Evocado (ERP), de cada zona cerebral involucrada en la deglución y el promedio del ERP de cada grupo (grand ERP). Se identifica la secuencia de activación de las distintas regiones cerebrales en sujetos sanos y patológicos, y se cuantifica la variabilidad morfológica inter e intra paciente de los ERP de las diferentes zonas, computando el coeficiente de correlación no lineal. Finalmente, se estudia la conectividad cerebral mediante Phase Locking Value (PLV) comparando el reposo con las distintas fases de la actividad deglutoria. Los resultados revelan diferencias entre los grupos en zonas características como la frontal, la motora y la parietal superior. Se muestran activaciones sincronizadas de la red frontal-parietal y la cíngulo-opercular, manifestando diferencias entre los grupos a nivel temporal en su activación y en su intensidad. Estos hallazgos sirven para entender mejor el funcionamiento del cerebro durante el proceso deglutorio normal y disfágico. La continuación del proyecto prevé obtener herramientas que ayuden al diagnóstico precoz de la disfagia y su seguimiento.

[CAT] La disfàgia és la incapacitat o dificultat d'ingerir aliments o líquids i sol tindre origen neurològic. El present treball fi de màster s’emmarca en el projecte “Exploració de la capacitat d'avaluació de la disfàgia neurògena per ictus per mitjà d'electroencefalografia i electromiografia” realitzat pel Centre d'Investigació i Innovació en Bioenginyeria en col·laboració amb dos hospitals de la Comunitat Valenciana. Concretament es du a terme un estudi exploratori de senyals electroencefalogràfics (EEG) per a la disfàgia neurògena. Per a això es genera una base de dades de registres d'EEG amb 21 joves sans i 13 pacients amb disfagia neurògena. Els senyals són processats per mitjà de l'ús de la tècnica multivariate variational mode decompositon. S'identifiquen les fonts corticals per mitjà de l'estimació de la norma mínima (EMD). Amb l'atles de Broadmann, es calcula el Potencial d'Acció Evocat (ERP) de cada zona involucrada en la deglució i el valor mitjana (grand ERP) per grup. S'identifica la seqüència d'activació de les distintes regions cerebrals en subjectes sans i patològics, i es quantifica la variabilitat morfològica inter i intra pacient dels ERP de les diferents zones, computant el coeficient de correlació no lineal. Finalment, s'estudia la connectivitat cerebral per mitjà de Phase Locking Value (PLV) comparant el repòs amb les diferents fases de l'activitat deglutòria. Els resultats revelen diferències entre els grups en zones característiques com la frontal, la motora i la parietal superior. Es mostren activacions sincronitzades de la xarxa frontal-parietal i la cíngol-opercular, manifestant diferències entre els grups a nivell temporal en la seua activació i en la seua intensitat. Estes troballes servixen per a entendre millor el funcionament del cervell durant el procés deglutori normal i disfàgic. La continuació del projecte preveu obtindre ferramentes que ajuden al diagnòstic precoç de la disfàgia i el seu seguiment.

[EN] Dysphagia is the inability or difficulty in swallowing food or liquids and is usually of neurological origin. This master's thesis is part of the project entitled "Exploration of the ability to assess neurogenic dysphagia due to stroke using electroencephalography and electromyography" conducted by the Center for Research and Innovation in Bioengineering in collaboration with two hospitals in the Valencian Community. Specifically, an exploratory study of electroencephalographic (EEG) signals for neurogenic dysphagia is conducted. For this purpose, a database of EEG recordings is generated with 21 healthy young people and 13 patients with neurogenic dysphagia. The signals are processed using the multivariate variational mode decomposition technique. Cortical sources are identified by estimating the minimum norm (MNE). With the Brodmann atlas, the Evoked Action Potential, ERP, of each area involved in the swallowing process and the grand ERP of each group are calculated. The activation sequence of the different brain regions in healthy and pathological subjects is identified, and the inter- and intra-patient morphological variability of the ERP of the different areas is quantified, computing the non-linear correlation coefficient. Finally, brain connectivity is studied by Phase Locking Value (PLV) comparing rest with the different phases of swallowing activity. The results reveal differences between groups in characteristic areas such as frontal, motor, and superior parietal. Synchronized activations of the frontal-parietal and cingulo-opercular networks are shown, manifesting differences between groups at the temporal level in their activation and intensity. These findings serve to better understand the functioning of the brain during the normal and dysphagic swallowing process. The continuation of the project plans to obtain tools that will help in the early diagnosis of dysphagia and its follow-up.