Prediction of Spike‐Wave Bursts in Absence Epilepsy by EEG Power‐Spectrum Signals

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Abstract
Summary: The EEGs of subjects with absence seizures were examined to determine if changes occurred prior to spike‐wave bursts that could be used to predict bursts. A number of 20‐s epochs of EEG prior to spike‐wave bursts (preburst epochs) and during periods remote from bursts (control epochs) were examined in 5 subjects. Power‐spectrum analysis was carried out on each epoch and frequency bands from 0 to 50 c/s were combined into 2‐c/s bandwidths. Logarithmically transformed power values in each frequency band were entered into a discriminant analysis algorithm for each subject separately. Results were expressed in terms of a test for significant differences between preburst and control epochs (F statistic) and a “success ratio” of discriminant analysis classification, defined as the proportion of correct classifications in both groups, as obtained using a cross‐validation procedure. A significant preburst EEG pattern was found in 4 of the 5 subjects, and success ratios ranged from 0.64 to 0.83. Each subject's preburst EEG seemed to be characterized by a unique pattern of changes, and thus no common prodromal signal was found. The EEG changes did not appear to be caused by overt behaviors, such as eye closure or drowsiness. The findings suggest that the preburst EEG pattern represents a functional alteration in brain activity which could arise from the burst‐producing mechanism directly.RESUMEN: Se analizaron los EEG de individuos con ausencias para determinar si existen cambios que ocurran antes de los brotes de punta‐onda y que pudieran usarse para predecir los brotes. Cierto numero de fragmentos de 20 segundos de EEG, que precedian a los brotes de punta‐onda y que segui'an a los brotes, fueron examinados en 5 enfermos. En cada fragmento se Uev6 a cabo un analisis del esprectro, combinando las bandas de 0 a 50 ciclos por segundo en dos bandas de 2 circlos por segundo. Los valores de cada banda, transformados logarítmicamente, fueron incorporados a un algoritmo de análisis discriminative separada‐mente para cada sujeto. Los resultados se expres‐aron, en términos de test, para las diferencias sig‐nificativas entre los fragmentos pre‐brote y los control (estadistica F) y en tórminos de “proporcibn de exito” de la clasificación del análisis discriminante, definida como la proporcibn de clasificaciones correctas en ambos grupos, como se obtiene usando un pro‐cedimiento de validación cruzada. Se encontro un pa‐trón pre‐brote en el EEG en 4 de los 5 sujetos y las “proporciones de éxito” oscilaban entre 0.64 y 0.83. Cada EEG pre‐brote de los individuos parece estar caracterizado por un patron de cambios linico y, por esto, no se encontró una serial prodrómica comun. Los cambios en el EEG no parecen estar causados por comportamientos aparentes tales como el estupor o el cerrar los ojos. Este hallazgo sugiere que el patron electrico pre‐brote representa una alteracion funcional de la actividad cerebral que puede originarse direc‐tamente del mecanismo que produce el brote.ZUSAMMENFASSUNG: Die EEG von Patienten mit Absencen wurden un‐tersucht, um festzustellen, ob Veränderungen vor den spike wave Ausbrüchen zu finden sind, die für eine Vorhersage von Ausbrüchen Verwendung finden können. Bei 5 Patienten wurde eine Anzahl von 20 Sekun‐den Epochen des EEG vor spike wave Ausbriichen (Testperiode) und von Perioden, die zeitlich entfernt von den bursts waren (Kontroll‐Perioden) analysiert. Eine Power‐Spektrum‐Analyse wurde für jede Periode durchgeführt, wobei Frequenzbänder von 0 bis 50 cps zu Bandbreiten von 2 cps zusammengefasst wurden. Logarithmisch transformierte Leistungswerte des Frequenzbandes gingen für jeden Patienten getrennt in eine Diskriminanzanalyse ein. Die Ergebnisse wurden als signifikante Unterschiede zwischen Test und Kon‐trollperiode (F‐Statistik) dargestellt. Außerdem wurde “eine Erfolgsquote” der Klassifikation mit Hilfe der Diskriminanzanalyse bestimmt. Hierbei handelt es sich um die Anzahl korrekter Klassifikationen in beid‐en Gruppen soweit sie mit der Cross‐Validierung er‐reicht werden konnten. Ein signifikantes Test‐EEG‐Muster wurde bei 4 von 5 Patienten erkannt, und die Erfolgsquote variierte von 0,64 bis 0,83. Jedes Patienten Test‐EEG schien durch ein einzigartiges Muster von Veränderungen chärakterisiert; somit gibt es keine gemeinsamen prodromale Signale. Die EEG‐Veranderungen schienen nicht durch auffalliges Ver‐halten etwa Augenschluß oder Müdigkeit verursacht worden zu sein. Die Befunde lassen vermuten, daß das EEG‐Muster vor den Ausbrüchen Ausdruck einer funktionellen Veranderung der Hirnaktivitat ist. Sie könnte direkt von den Mechanismen stammen, die für die Protektion der bursts verantwortlich sind.