Delta EEG frequency band as an indicator of hemispheric asymmetry in brain tumor patients

Infiltrating and slow-growing brain tumours can alter the electrophysiological balance of the brain. In this work, we study the electrophysiological responses evoked by the presence of an asymmetry evoked by brain tumour alterations by recording electroencephalograms during a simple resting-state paradigm performed on ten patients before surgery and eight healthy subjects. Interhemispheric asymmetries were calculated by comparing the variability of the EEG in the injured versus healthy hemisphere in order to identify possible lesion-induced changes in brain electrophysiology. Linear analyses of the EEG signals revealed important alterations in brain dynamics. In patients with brain lesions, the increased asymmetry calculated via variance was evidenced by a characteristic dominance at tumour sites. Furthermore, we observed impaired functional connectivity in patients, which was poorly distributed and had lower connectivity values than in healthy subjects. Brain mapping also produced much lower neural complexity index values in patients, confirming an electrophysiological imbalance caused by the presence of the tumour. The measurement of the asymmetry and neural complexity index allowed us to better understand the spread of the effects of infiltrating and slow-growing brain tumours in the brain. The EEG seems to be an important tool for preoperative exploration and monitoring of brain electrophysiology in patients who will have to undergo surgery while awake.

I tumori cerebrali infiltranti e a crescita lenta possono alterare l’equilibrio elettrofisiologico del cervello. In questo lavoro, studiamo le risposte elettrofisiologiche determinate dalla presenza di un’asimmetria evocate dalle alterazioni da tumore celebrale grazie alla registrazione di elettroencefalogrammi durante un semplice paradigma di stato di riposo eseguito su dieci pazienti prima dell’intervento chirurgico e su otto soggetti sani. Le asimmetrie interemisferiche sono state calcolate confrontando la variabilità dell’EEG nell’emisfero leso rispetto a quello sano al fine di identificare eventuali cambiamenti nell’elettrofisiologia cerebrale indotti dalla lesione. Analisi lineari dei segnali EEG hanno evidenziato importanti alterazioni della dinamica cerebrale. Nei pazienti con lesioni cerebrali, l’aumento dell’asimmetria calcolato tramite la varianza è stato evidenziato da una dominanza caratteristica nei siti tumorali. Inoltre, abbiamo osservato una connettività funzionale compromessa nei pazienti, che era scarsamente distribuita e presentava valori di connettività inferiori rispetto a quelli dei soggetti sani. Anche il monitoraggio delle mappature cerebrali ha prodotto valori dell’indice di complessità neurale molto più bassi nei pazienti, confermando uno squilibrio elettrofisiologico causato dalla presenza del tumore. La misura dell’indice di asimmetria e di complessità neurale ci hann permesso di comprendere meglio la diffusione degli effetti dei tumori cerebrali infiltranti e a crescita lenta nel cervello. L’EEG sembra essere uno strumento importante per l’esplorazione e il monitoraggio preoperatorio dell’elettrofisiologia cerebrale nei pazienti che dovranno sottoporsi a chirurgia da svegli.