Functional connectivity changes in children with epilepsy at diagnosis and follow-up

Abstract

[eng] Epilepsy is a common neurological disorder currently conceived as an alteration of brain networks. This project longitudinally analyzes these functional networks using resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) in a cohort of 55 pediatric patients, contrasting findings with a revious preliminar study[103]. The research evaluates functional connectivity evolution from initial diagnosis to clinical follow-up, comparing four etiological subtypes: focal structural, focal genetic idiopathic, generalized idiopathic, and of unknown etiology. The methodology involved systematic processing of anatomical and rs-fMRI images using the specialized CONN toolbox. The analytical strategy comprised three complementary levels: Independent Component Analysis (ICA) for network identification, seed-to-voxel spatial analysis to map whole-brain connectivity distribution, and a ROI-to-ROI study to quantify global interaction matrices and network architecture. The results successfully isolated and validated the topology of 8 resting-state neural networks. In comparing focal structural and idiopathic epilepsy, early alterations emerged mainly in the default mode (DMN), salience, and dorsal attention networks, evolving temporally toward language circuits. Conversely, generalized idiopathic epilepsy concentrated its differences almost exclusively in the DMN, showing a longitudinal spatial redistribution from posterior zones toward anterior medial regions. Furthermore, ROI matrices revealed that idiopathic variants exhibit greater network integration, contrasted with the more segregated and fragmented patterns of structural epilepsy. In conclusion, this work evidences that the underlying etiology of epilepsy leaves a specific functional footprint that macrostructurally reorganizes over time. These results reaffirm the robustness of longitudinal rs-fMRI, consolidating its utility and supporting brain connectivity as a promising biomarker in precision neuropediatrics.

[cat] L'epilèpsia és un trastorn neurològic comú que actualment es concep com una alteració de les xarxes cerebrals. Aquest projecte analitza longitudinalment aquestes xarxes funcionals mitjançant ressonància magnètica nuclear funcional en estat de repòs (rs-fMRI) en una cohort de 55 pacients pediàtrics, contrastant els resultats amb un estudi preliminar previ[103]. La recerca avalua l'evolució de la connectivitat funcional des del diagnòstic inicial fins al seguiment clínic, comparant quatre subtipus etiològics: focal estructural, focal genètic idiopàtic, generalitzat idiopàtic i d'etiologia desconeguda. La metodologia va incloure el processament sistemàtic d'imatges anatòmiques i de rs-fMRI utilitzant l'entorn especialitzat CONN toolbox. L'estratègia analítica va comprendre tres nivells complementaris: l'Anàlisi de Components Independents (ICA) per a la identificació de xarxes, l'anàlisi espacial de llavor a vòxel (seed-to-voxel) per mapejar la distribució de la connectivitat a nivell de tot el cervell, i un estudi de ROI a ROI per quantificar les matrius d'interacció global i l'arquitectura de les xarxes. Els resultats van aïllar i validar amb èxit la topologia de 8 xarxes neuronals en estat de repòs. En comparar l'epilèpsia focal estructural i la idiopàtica, van sorgir alteracions primerenques principalment en la xarxa de mode predeterminat (DMN), la xarxa de rellevància (salience) i la xarxa d'atenció dorsal, evolucionant temporalment cap a circuits de la xarxa del llenguatge. Per contra, l'epilèpsia idiopàtica generalitzada va concentrar les seves diferències gairebé exclusivament en la DMN, mostrant una redistribució espacial longitudinal des de les zones posteriors cap a les regions medials anteriors. De la mateixa manera, les matrius de ROI van revelar que les variants idiopàtiques tendeixen a mostrar una major integració en les seves xarxes, en contrast amb els patrons molt més segregats i fragmentats de l'epilèpsia de base estructural. En conclusió, aquest treball evidencia que l'etiologia subjacent de l'epilèpsia deixa una petjada funcional específica que es reorganitza macroestructuralment al llarg del temps. Aquests resultats reafirmen la robustesa dels estudis longitudinals de rs-fMRI, consolidant la seva utilitat i recolzant la connectivitat cerebral com un biomarcador prometedor en neuropediatria de precisió.