مقالة منهجية

تسجيل الإنسان Electrocorticographic (ECOG) إشارات للبحوث العلمية العصبية في الوقت الحقيقي ورسم الخرائط القشرية وظيفي

26.2K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/3993

⸱

يونيو 26, 2012

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Wadsworth Center, New York State Department of Health, 2Department of Neurology, Albany Medical College, 3Department of Neurosurgery, Albany Medical College, 4Department of Neurosurgery, Washington University, 5Department of Biomed. Eng., Rensselaer Polytechnic Institute, 6Department of Biomed. Sci., State University of New York at Albany, 7Department of Elec. and Comp. Eng., University of Texas at El Paso

في هذه المقالة

ملخص

نحن نقدم طريقة لجمع الإشارات electrocorticographic لأغراض البحث من البشر الذين يخضعون الغازية الرصد الصرع. نبين كيفية استخدام منصة برمجيات BCI2000 لجمع البيانات ومعالجة الإشارات وتقديم الحوافز. تحديدا، علينا أن نبرهن سيجفريد، وهو أداة BCI2000 مقرها في الوقت الحقيقي لرسم خرائط الدماغ الوظيفية.

الملخص

تعتمد دراسات التصوير العصبي للعمليات المعرفية والحسية والحركية لدى البشر عادةً على تقنيات غير جراحية مثل تخطيط كهربائية الدماغ (EEG)، أو تخطيط مغناطيسية الدماغ، أو التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. وتتسم هذه التقنيات إما بدقة زمنية منخفضة أو دقة مكانية منخفضة بطبيعتها، وتعاني من انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء و/أو ضعف الحساسية للترددات العالية. وبالتالي، فهي غير مثالية لاستكشاف الديناميكيات المكانية والزمانية قصيرة المدى للعديد من عمليات الدماغ الأساسية. وفي المقابل، توفر التقنية الجراحية المتمثلة في تخطيط كهربائية القشرة الدماغية (ECoG) إشارات دماغية تتميز بنسبة إشارة إلى ضوضاء عالية بشكل استثنائي، وأقل عرضة للتداخلات مقارنة بتخطيط كهربائية الدماغ (EEG)، ودقة مكانية وزمنية عالية (أي <1 cm/<1 millisecond، على التوالي). يتضمن تخطيط كهربائية القشرة الدماغية (ECoG) قياس الإشارات الكهربائية للدماغ باستخدام أقطاب كهربائية تُزرع تحت الجافية على سطح الدماغ. وقد أظهرت الدراسات الحديثة أن سعات تخطيط كهربائية القشرة الدماغية (ECoG) في نطاقات تردد معينة تحمل معلومات جوهرية حول النشاط المرتبط بالمهام، مثل التنفيذ والتخطيط الحركي1، والمعالجة السمعية2، والانتباه البصري المكاني3. ويتم التقاط معظم هذه المعلومات في نطاق غاما العالي (حوالي 70-110 Hz). وبناءً على ذلك، تم اقتراح نشاط غاما كمؤشر قوي وعام لوظيفة القشرة المحلية1-5. كما يمكن لتخطيط كهربائية القشرة الدماغية (ECoG) الكشف عن الاتصال الوظيفي وفك رموز الديناميكيات المكانية الزمانية الدقيقة المرتبطة بالمهام، مما يعزز فهمنا للعمليات القشرية واسعة النطاق. وقد ثبتت فائدته بشكل خاص في تطوير تكنولوجيا واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) لفك تشفير نوايا المستخدم لتعزيز أو تحسين التواصل6 والتحكم7. ومع ذلك، غالباً ما يصعب الحصول على بيانات تخطيط كهربائية القشرة الدماغية (ECoG) البشرية بسبب مخاطر وقيود الإجراءات الجراحية المتبعة، والحاجة إلى التسجيل ضمن ضوابط الإعدادات السريرية. ومع ذلك، فإن المراقبة السريرية لتحديد بؤر الصرع توفر فرصة فريدة وقيمة لجمع بيانات تخطيط كهربائية القشرة الدماغية (ECoG) البشرية. نصف هنا طرقنا لجمع تسجيلات تخطيط كهربائية القشرة الدماغية (ECoG)، ونوضح كيفية استخدام هذه الإشارات في تطبيقات هامة في الوقت الفعلي مثل التخطيط السريري وواجهة الدماغ والحاسوب. يستخدم مثالنا منصة برمجيات BCI20008,9 وطريقة SIGFRIED10، وهي تطبيق للتخطيط في الوقت الفعلي لوظائف الدماغ. يوفر هذا الإجراء معلومات يمكن للأطباء استخدامها لاحقاً لتوجيه العملية المعقدة والمضنية للتخطيط الوظيفي عن طريق التحفيز الكهربائي.

المتطلبات المسبقة والتخطيط:

قد يكون المرضى الذين يعانون من صرع جزئي مقاوم للأدوية مرشحين للجراحة الاستئصالية لبؤرة صرعية لتقليل وتيرة النوبات. وقبل الاستئصال، يخضع المرضى للمراقبة باستخدام أقطاب كهربائية تحت الجافية لغرضين: أولاً، لتحديد موقع البؤرة الصرعية، وثانياً، لتحديد مناطق الدماغ الحيوية المجاورة (أي القشرة الفصيحة) التي قد يؤدي الاستئصال فيها إلى عجز وظيفي طويل الأمد. ولزرع الأقطاب الكهربائية، يتم إجراء عملية ثقب الجمجمة لفتح القحف، ثم توضع شبكات و/أو شرائح من الأقطاب الكهربائية على القشرة الدماغية، وعادة ما يكون ذلك تحت الجافية. تتكون الشبكة النموذجية من مجموعة مكونة من 8 × 8 من أقطاب البلاتين والإريديوم بقطر 4 mm (سطح معرض بمقدار 2.3 mm) مدمجة في السيليكون بمسافة 1cm بين القطب والآخر. وعادة ما تحتوي الشريحة على 4 أو 6 من هذه الأقطاب في خط واحد. ويقوم فريق من أطباء الأعصاب وجراحي الأعصاب بتخطيط مواقع هذه الشبكات/الشرائح، وذلك بناءً على مراقبة EEG سابقة، وصورة MRI بنيوية لدماغ المريض، والعوامل ذات الصلة في التاريخ المرضي للمريض. ويعمل التسجيل المستمر على مدى فترة تتراوح من 5-12 days على تحديد مواقع البؤر الصرعية، كما يتيح التحفيز الكهربائي عبر الأقطاب المزروعة للأطباء رسم خريطة للقشرة الفصيحة. وفي نهاية فترة المراقبة، يتم إجراء عملية إزالة الأقطاب والاستئصال العلاجي معاً في إجراء جراحي واحد.

بالإضافة إلى غرضه السريري الأساسي، يوفر الرصد الاجتياحي فرصة فريدة للحصول على بيانات تخطيط كهربائية الدماغ القشرية (ECoG) البشرية لأغراض البحوث في العلوم العصبية. ويعتمد قرار إدراج مريض مستقبلي في البحث على الموقع المخطط لأقطابه الكهربائية، ودرجات أداء المريض في التقييمات النفسية العصبية، وموافقته المستنيرة، والتي تقوم على فهمه بأن المشاركة في البحث اختيارية وغير مرتبطة بعلاجه. وكما هو الحال في جميع الأبحاث التي تشمل مشاركين بشريين، يجب أن يتم اعتماد بروتوكول البحث من قبل مجلس المراجعة المؤسسية بالمستشفى. ويتم اتخاذ القرار بشأن تنفيذ المهام التجريبية الفردية يومياً، ويكون ذلك مرهوناً بقدرة المريض على التحمل ورغبته في المشاركة. وقد تمنع بعض أو كل التجارب مشكلات تتعلق بالحالة السريرية للمريض، مثل تورم الوجه بعد الجراحة، أو الحبسة المؤقتة، أو النوبات المتكررة، أو التعب والارتباك بعد النوبة، أو الآلام أو الانزعاج العام.

في وحدة مراقبة الصرع بمركز ألباني الطبي في ألباني، نيويورك، يتم تنفيذ المراقبة السريرية على مدار الساعة باستخدام نظام مراقبة Neurofax من شركة Nihon-Kohden المكون من 192 قناة. وتُجرى التسجيلات البحثية بالتعاون مع مركز Wadsworth التابع لوزارة الصحة في ولاية نيويورك في ألباني. وتُغذى الإشارات القادمة من أقطاب تخطيط كهربائية الدماغ القشري (ECoG) في آن واحد إلى الأنظمة البحثية والسريرية عبر موصلات تقسيم. ولضمان عدم تداخل الأنظمة السريرية والبحثية مع بعضها البعض، يستخدم النظامان عادةً تأريضات منفصلة. وفي الواقع، يتم أحياناً زرع شريط أقطاب فوق الجافية لتوفير تأريض للنظام السريري. وسواء كان نظام التسجيل بحثياً أو سريرياً، يتم اختيار قطب التأريض ليكون بعيداً عن بؤرة الصرع المتوقعة وعن المناطق القشرية ذات الأهمية للبحث. يتكون نظامنا البحثي من ثماني وحدات مضخم/مرقمن g.USBamp مكونة من 16 قناة ومتزامنة (g.tec، غراتس، النمسا). وقد تم اختيار هذه الوحدات لأنها مصنفة كآمنة ومعتمدة من إدارة الغذاء والدواء (FDA) للتسجيلات الغازية، ولأنها تتميز بمستوى ضجيج منخفض جداً في نطاق الترددات العالية الذي توجد فيه الإشارات محل الاهتمام، كما أنها تأتي مع مجموعة تطوير برمجيات (SDK) تسمح بدمجها مع برامج بحثية مكتوبة خصيصاً. ومن أجل التقاط إشارة غاما العالية بدقة، نقوم بتحصيل الإشارات بمعدل أخذ عينات 1200Hz، وهو أعلى بكثير من المعدل المعتاد في تجارب تخطيط كهربائية الدماغ (EEG) أو في العديد من أنظمة المراقبة السريرية. ويمنع مرشح تمرير منخفض مدمج تلقائياً حدوث التداخل (aliasing) للإشارات التي تتجاوز قدرة المرقمن على التقاطها. ويتم تتبع نظرات عين المريض باستخدام شاشة مزودة بنظام Tobii T-60 المدمج لتتبع العين (Tobii Tech.، ستوكهولم، السويد). كما يتم توصيل ملحقات إضافية مثل عصا التحكم، أو جهاز Wiimote عبر البلوتوث (Nintendo Co.)، أو قفاز البيانات (5th Dimension Technologies)، أو لوحة مفاتيح، أو ميكروفون، أو سماعات رأس، أو كاميرا فيديو، وذلك حسب متطلبات التجربة المحددة.

يتم إجراء جمع البيانات، وتقديم المحفزات، والمزامنة مع ملحقات الإدخال/الإخراج المختلفة، والتحليل والتصور في الوقت الفعلي باستخدام برنامج BCI2000 الخاص بنا8,9. إن BCI2000 عبارة عن نظام برمجيات عام متاح مجانًا للاستحواذ على بيانات الإشارات الحيوية ومعالجتها وتقديم التغذية الراجعة في الوقت الفعلي. ويتضمن مجموعة من الوحدات مسبقة البناء التي يمكن تهيئتها بمرونة لأغراض عديدة ومختلفة، والتي يمكن للباحثين توسيعها باستخدام أكوادهم الخاصة بلغات C++ أو MATLAB أو Python. يتكون BCI2000 من أربع وحدات تتواصل مع بعضها البعض عبر بروتوكول قادر على العمل عبر الشبكة: وحدة المصدر (Source module) التي تتولى الاستحواذ على إشارات الدماغ من واحد من 19 نظامًا ماديًا مختلفًا من شركات مصنعة مختلفة؛ ووحدة معالجة الإشارات (Signal Processing module) التي تستخلص سمات ECoG ذات الصلة وتترجمها إلى إشارات إخراج؛ ووحدة التطبيق (Application module) التي تقدم المحفزات والتغذية الراجعة للشخص الخاضع للتجربة؛ ووحدة المشغل (Operator module) التي توفر واجهة رسومية للباحث.

يمكن إجراء عدد من التجارب المختلفة مع أي مريض معين. وتتحدد أولوية التجارب بناءً على موقع أقطاب المريض المحددة. ومع ذلك، نبدأ عادةً تجاربنا باستخدام طريقة رسم الخرائط SIGFRIED (نمذجة الإشارات للتعرف في الوقت الفعلي وكشف الأحداث)، والتي تكتشف وتعرض النشاط المهم المرتبط بالمهمة في الوقت الفعلي. وتسمح الخريطة الوظيفية الناتجة بتخصيص البروتوكولات التجريبية اللاحقة بشكل أكبر، وقد تكون أيضاً نقطة بداية مفيدة لرسم الخرائط التقليدي عن طريق التحفيز الكهربائي للقشرة الدماغية (ECS).

على الرغم من أن رسم خرائط التحفيز الكهربائي للقشرة المخية (ECS) لا يزال هو المعيار الذهبي للتنبؤ بالنتيجة السريرية لاستئصال الأنسجة، إلا أن عملية رسم خرائط ECS تستغرق وقتاً طويلاً كما أنها تنطوي على مشكلات أخرى، مثل حدوث تفريغات كهربائية بعد التحفيز أو نوبات صرع. لذا، قد تثبت تقنية رسم الخرائط الوظيفية السلبية قيمتها في تقديم تقدير أولي لموقع القشرة المخية الفصيحة، والتي يمكن بعد ذلك تأكيدها وتدقيقها بواسطة ECS. وقد أظهرت النتائج المستخلصة من تقنية رسم الخرائط السلبية SIGFRIED توافقاً جوهرياً مع النتائج المشتقة باستخدام رسم خرائط ECS10.

يضع البروتوكول الموصوف في هذه الورقة منهجية عامة لجمع بيانات تخطيط القشرة الدماغية (ECoG) البشرية، قبل الانتقال إلى توضيح كيفية بدء التجارب باستخدام منصة برمجيات BCI2000. وأخيرًا، وبصفتنا مثالاً محددًا، نصف كيفية إجراء التخطيط الوظيفي الخامل باستخدام نظام SIGFRIED القائم على BCI2000.

البروتوكول

1. قطب كهربائي ومسلم

  1. جمع قبل العملية T1 مرجح التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي (1.5T أو 3T) من رأس المريض: 256 × 256 بكسل لكل شريحة، مجال كامل من الرأي، لا الاستيفاء، 1 عرض شريحة ملم، ويفضل أن سهمي المقاطع العرضية.
  2. مراقبة الزراعة الجراحية للشبكات وشرائح. جمع الصور الرقمية من الأقطاب الكهربائية في الموقع، وتلاحظ في الاعصاب على مواقع للشبكات زرع وشرائح.
  3. جمع ما بعد الجراحة الجمجمة صور الأشعة السينية وفحص بالاشعة المقطعية على المخ وارتفاع القرار (1 ملم عرض شريحة، والجلد إلى الجلد، أي زاوية).
  4. خلق نموذج ثلاثي الأبعاد القشرية من الدماغ المريض باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي قبل العملية، وأنه شارك في تسجيل مع الصور غرس CT بعد الشبكة. نحن نستخدم مجموعة من البرامج كاري لهذا الغرض، وتصدير هيكل 3D القشرية والقطب تنسق في شكل MATLAB. من MATLAB، ونحن تصدير الفيلم الذي يظهر الأقطاب تعيينها على الدماغ. ونحن أيضا ما ف ب القطب تنسق إلى مناطق Brodmann القياسية باستخدام الآلي Talairach أطلس.
  5. مراجعة المعلومات من نموذج 3D، وصور الأشعة السينية، والصور الفوتوغرافية والمذكرات. وضع اللمسات الأخيرة على نظام الترقيم لأقطاب كهربائية، والعمل مع فنيين من المستشفى لضمان مصححة الأقطاب في المربعات الخائن بعد هذا الترقيم بالضبط. أيضا إنشاء تخطيط التخطيطي للتخطيط لأقطاب في بعدين، بحيث يمكن لجميع المواقف القطب التمييز بوضوح من دون تداخل. إذا كنت تنوي تشغيل سيجفريد (انظر القسم 4)، وحفظ هذه الإحداثيات ثنائية الأبعاد كما شظية المعلمة BCI2000، في الشكل المطلوب من قبل المعلمة ElectrodeLocations. أخيرا، حدد مواقع الكهربائي اللذين من المحتمل أن تكون electrocorticographically "الصامتة"، أي أنها ليست بالقرب من القشرة بليغ المفترضة، لاستخدامها كعامل الأرض الأولية والمرجعية (إعداد g.USBamps بواسطة الترقيع الإشارة إلى مآخذ الأزرق، والأرضإلى مآخذ أصفر، وعلى اليمين المتطرف من كل وحدة).

2. الأجهزة وإعداد برامج

  1. تأكد من أن مواصفات الكمبيوتر كافية للتعامل مع متطلبات تجهيز التجربة. وهناك معالجات متعددة النواة من المرجح أن تكون ضرورية لاستيعاب متطلبات الحصول على البيانات في الوقت الحقيقي وتجهيز، وتسجيل الفيديو، والمهام الضرورية الأخرى. للتسجيل والتحليل في الوقت الحقيقي من 128 قناة في 1200 هرتز، ونحن نستخدم لمدة 3 غيغاهرتز رباعية النوى مع آلة 4 غيغابايت من ذاكرة الوصول العشوائي. يجب أن تكون متصلا مكبرات الصوت إلى وحدة تحكم USB مخصص، متميزة عن وحدة تحكم (ق) المستخدمة من قبل الأجهزة الطرفية إلى عرض نطاق ترددي أخرى، مثل محركات الأقراص الصلبة الخارجية والكاميرات (ويمكن التحقق من ذلك من خلال إدارة الأجهزة للنظام). أخيرا، يجب أن يكون هناك مساحة كافية على القرص لتخزين ما يصل إلى 5 ميغابايت في الثانية من البيانات التجريبية، ونظام للأرشفة ودعم الامر.
  2. إعداد معدات البحوث (مكبرات الصوت، والكمبيوتر، والشاشة مجرب، وkeyboARD، والمتكلمين، وميكروفون وكاميرا) على عربة واحدة، والتي يمكن أن تدحرجت بسرعة داخل وخارج غرفة المريض، فقط مع التيار واحدة من أجل سد في الحائط. لنقل الكمبيوتر من غرفة الى غرفة، استخدم الدالة الإسبات قبل توصيله. وينبغي أن شاشة المريض يكون الفيديو على طاولة صينية منفصلة أو ذراع جهاز العرض. معتبرا ان المريض عرضة للمصادرة، تأكد من أنه يمكن إرجاع كل المعدات للخروج من الطريق بسرعة في حالة العاملين في المجال الطبي بحاجة إلى الوصول الفوري للمريض. وينبغي أيضا على معدات يمكن تطهيرها مع مناديل مطهرة قبل وبعد استخدامها في غرفة المريض.
  3. مرة مع المريض محدود، وجميع الإجراءات يجب أن تكون قوية والأمثل لتحقيق أفضل استفادة ممكنة من ذلك الوقت. في هذا الصدد، من مرونة ومتانة BCI2000 هي الخصائص لا تقدر بثمن. تأكد من أن يمكن إطلاقها التجارب في لمسة زر واحدة. في حالة BCI2000، استخدام ملف دفعي لإطلاق الحق في الجمع بينBCI2000 الوحدات تلقائيا، مع خيارات سطر الأوامر المطلوبة. يتعين على المشغل وحدات gUSBampSource، جنبا إلى جنب مع SignalProcessing المناسبة وتطبيق وحدات خاصة لتجربتك. استخدم ميزة BCI2000 للبرمجة المشغل لضمان أن يتم تحميل كافة الملفات المعلمة المطلوبة تلقائيا، بما في ذلك أي التي هي محددة لهذا المريض، مثل عدد من الأقطاب الكهربائية وأسمائهم والمواقف. والغرض من هذه الآلية هو تقليل عدد من الخطوات اليدوية من قبل المجرب، وبالتالي فإن الفرص المتاحة للخطأ. البرامج ومعالمها تحتاج إلى تم الانتهاء واختبار (وربما مع موضوع EEG) واحد على الأقل أو قبل أسبوعين من زرع. كما أنه من المستحسن للغاية لتنفيذ عملية "جافة" تشغيل قبل يوم من الجلسة التجريبية الأولى، بما في ذلك جميع المعلمات المريض محددة جديدة.

3. التجريبية الدورة مجموعة المتابعة

  1. اختيار لحظة للحصول علىمما يوحي التسجيلات التجريبية للمريض، ومنحهم لاحظت في وقت سابق اليوم، ومرة ​​أخرى قبل 15 دقيقة من بدء لك. كمحاولة للتغلب على الزوار، وجبات الطعام، وبرامج العمل الوطنية، والإجراءات الطبية، والمريض الجسدية والحالة العاطفية والمعرفية. من المهم أن إقامة علاقة مع العاملين في المجال الطبي على الأرض، للمساعدة في تحقيق الاستفادة المثلى من توقيت ومدة التسجيلات.
  2. عجلة المعدات إلى مكان، للاتصال التيار الكهربائي، تشغيل شاشة الفيديو الموجودة في الموضوع وتوصيله إلى جهاز الكمبيوتر، وبرنامج الأمم المتحدة للفترة السبات الكمبيوتر.
  3. إطلاق BCI2000. مع المعلمة VisualizeSource تمكين، اضغط تعيين التكوين. المشاهد إشارة إلى فتح، مما يتيح لك تقييم جودة إشارة ECOG. على المشاهد انقر بالزر الايمن وتعيين مرشح تمريرة عالية لقطع هرتز 5. (وهذا وضع مرشح تؤثر فقط على التصور، وليس جمع البيانات.)
  4. التحقق من وجود تدخل من ضجيج خط الطاقة: هل تفعيل فلتر الشق في العارض (في 50 هرتز أو 60 هرتز،اعتمادا على البلد الذي تتواجد فيه) فرقا كبيرا للإشارة؟ إذا كان الأمر كذلك، في محاولة للحد من هذا عن طريق إزالة أي غير المستخدمة عبر الحديث والكابلات، أو تحديد وإزالة مصادر أخرى للتدخل السلطة. تغيير الأقطاب الكهربائية المستخدمة في إشارة والأرض إذا لزم الأمر.
  5. إذا كنت تستخدم لافتة للتعقب، معايرة ذلك باستخدام برنامج معايرة المقدمة من قبل الشركة المصنعة. وينبغي تجميع وحدة مصدر BCI2000 مع التمديد EyetrackerLogger شمل، وينبغي أن شنت ل- LogEyetracker = 1 علم تمكين، بحيث يمكن الحصول على بيانات تتبع العين في التوافق مع الإشارات ECOG.
  6. لتجنب الانحرافات والانقطاعات، والتقليل إلى أدنى حد ممكن تدخل إشارة، وضمان أن يتم تشغيل أجهزة التلفاز وأجهزة الراديو والهواتف النقالة قبالة.
  7. إعطاء تعليمات دقيقة للمريض للتجربة التي أنت على وشك تشغيله. اعتمادا على مهمة هذا الموضوع، وأعدت شرائح PowerPoint التي تظهر مهمة، لا يمكن للوضع المقترح، وما إلى ذلك، أن تكون مفيدة.
  8. اضغط ابدأ على المشغل لبدء التجربة. في كل مرة تضغط على بدء أو استئناف، سيتم إنشاء ملف جديد لتجنب الكتابة فوق البيانات السابقة، وسيتم تهيئة ملف بنسخة من كل القيم المعلمة. وعندئذ يكون دفق البيانات الخام تلقائيا إلى ملف، جنبا إلى جنب مع علامات الحدث، حتى تضغط تعليق أو انتهاء التشغيل التجريبي.
  9. طوال الدورة، ومراقبة سلوك المريض والإشارات ECOG عن المضبوطات المشتبه بهم، وتكون على استعداد للاستجابة لتعليمات من الطاقم الطبي.

4. الدورة التجريبية سبيل المثال: تعيين السريرية سيجفريد مع BCI2000

  1. إعداد: قبل أن تبدأ الدورة، وسوف تحتاج إلى وأعدت ملف model.ini الذي يحتوي على إعدادات إشارة تجهيز سيجفريد سوف تستخدم لبناء نموذج، وملف PRM (أو منفصلة شظايا PRM.) التي تحتوي على المعلمات BCI2000 ذلك. وحدة SigfriedSigProcسوف تستخدم في الوقت الحقيقي التصور. معلمتين رئيسية هي ElectrodeLocations، ويحدد تخطيط 2-D الذي اخترته لأقطاب هذا المريض خاصة، وElectrodeCondition، الذي يحدد والتي سيتم تعيينها مهام مختلفة تحت أي ظروف. في هذا المثال، ونحن نستخدم وحدة StimulusPresentation بسيط للتواصل تعليمات للمريض، وبالتالي فإن المعلمة المحفزات يحتاج أيضا إلى أن تتكيف مع المهام نعتزم تشغيل.
  2. الخطوة الأساسية التالية: بدء تشغيل وحدات gUSBampSource، DummySignalProcessing وStimulusPresentationTask، تكوين لنشاط عينة ECOG من جميع شبكات وشرائح في 1200Hz وعالية تمرير المصفاة عند 0.1 هرتز. تعليمات للموضوع على الاسترخاء والبقاء بلا حراك بعيون مفتوحة. سجل 6 دقائق من النشاط الأساسي، تحت إضاءة مريحة في بيئة هادئة.
  3. الخطوة النمذجة: بدء تشغيل أداة data2model_gui واستخراج الخصائص الموجودة في صناديق هرتز 5 الابام 70-110 هرتز باستخدام طريقة الكون أقصى لكل مللي 500 من البيانات. اضغط على بناء نموذج لبناء نموذج احتمالي من السمات الطيفية المحدد باستخدام خليط جاوس.
  4. الخطوة رسم الخرائط: بدء gUSBampSource، SigfriedSigProcLAVA وحدات StimulusPresentationTask وتكوين المشغل لتحميل نموذج احتمالي، ونموذج القشرية، و (2) و- والإحداثيات الكهربائي 3-الأبعاد. بعد ان يوعز هذا الموضوع، والبدء في عملية رسم الخرائط. في هذه العملية، سوف يخضع تنفيذ كل مهمة لمدة 10 ثوان في كل مرة، في كل من 5 مرات. خلال كل مهمة، سيجفريد بالكشف عن نشاط المهمة ذات الصلة ECOG التي يتم تقديم في 2 تحديثها باستمرار - و 3 الابعاد وخرائط القشرة بليغ. في خرائط 2-الأبعاد، وحجم واحمرار في كل دائرة يمثل أهمية في هذه المهمة بالذات. على وجه التحديد، وحجم كل دائرة يتناسب مع نسبة ضئيلة من مجموع الفرق إشارة في مكتبة الإسكندرية جاماالثانية والتي تتم المحاسبة عنها من قبل هذه المهمة. ومن المعروف هذه الإحصائية مثل معامل التحديد، أو آر 2. هو في حدود (0،1) وفي الإعداد الحالية يمكن عموما بقيمة 0.1 تعتبر كبيرة. يمكن السيطرة على زيادة الدوائر إلى الحد الأقصى للقيم 2 R باستخدام المتزلجون (انظر الشكل 1C). في الخرائط 3-الأبعاد، ويتم تعيينها من 2 القيم ص إلى ألوان مختلفة الأحجام بدلا من دائرة.

5. ممثل النتائج

ويوضح الشكل 1 نتائج ممثل، من دورة واحدة رسم الخرائط سيجفريد في مريض واحد. وكان المريض من العمر 28 عاما، اليد اليمنى النساء الذين لديهم المستعصية توطين ذات الصلة صرع من اليسار الزمنية بداية مع تعميم ثانوي. تم زرع 120 أقطاب electrocorticographic subdurally على يسار الجدارية، والقشرة الأمامية الزمانية. والجانبية للأشعة السينية (لوحة A) وصورة داخل المنطوق (لوحة B) تصويرتكوين شبكة واحدة أمامية مع 40 الأقطاب الكهربائية، واحدة ذات الكثافة السكانية العالية شبكة الزمنية مع 68 الأقطاب، وثلاث شرائح كل من 4 أقطاب. من المضبوطات المسجلة، طبيب أعصاب المترجمة بؤر الصرع، وقرر أن من الضروري إجراء الاستئصال الجراحي للالفص الصدغي الأيسر في حين أن يجنب بليغ قشرة لغة. تم تنفيذ هذا بنجاح: في 8 أشهر في مرحلة ما بعد استئصال تم تقييم المريض كما حرر ضبط ودون عجز عصبي. سيجفريد إجراءات التعيين السلبي قشرة حددت المشاركة في وظيفة اللغة التي المتناقضة المهمة ذات الصلة التغييرات خلال المهام الاستماع. وعرضت النتائج في واجهات اثنين: واجهة 2-الأبعاد (لوحة C)، الأمر الذي يجعل تخطيط الأقطاب واضحة، وعلى واجهة ثلاثية الأبعاد 3-تشريحيا، الصحيح (لوحة D). من اليسار إلى اليمين خلافا لوحات والاستماع إلى لغة يتحدث بها مقابل خط الأساس (صوت)، والاستماع إلى النغمات مقابل خط الأساس (طن)، والاستماع إلى لغة منطوقة ضد الدعاوىtening إلى نغمات (لغة). يتم تضمين آخر هذه كصورة تقريبية عن وظيفة السمع التي تخص اللغة الاستقبالية. وأظهرت نتائج حالة VOICE اتفاق جيد مع المواقع التي تعطلت ECS تقبلا وظيفة اللغة في هذا المريض (وضعت الدوائر الصفراء في لوحة A).

figure-protocol-1
الشكل 1. مثال النتائج من مريض واحد. لوحة ويظهر الجانبية للأشعة السينية. الدوائر الصفراء بمناسبة أقطاب المتورطين في اللغة الاستقبالية، في وقت لاحق كما حددتها الخرائط تنشيط جهد كهربي. لوحة (ب) هو صورة فوتوغرافية التقطت خلال زرع. لوحة C تظهر نتائج رسم الخرائط سيجفريد في تخطيط ثنائي الأبعاد التخطيطي: حجم واحمرار في كل قرص يمثل دلالة على تورط كل قطب كهربائي في هذه المهمة، وبالنسبة إلى خط الأساس. في لوحة D، يتم تعيين الإحصائية إلى اللون نفسه على ريندي الدماغ نموذج ثلاثي الأبعادأحمر من التصوير بالرنين المغناطيسي للمريض.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

جمع البيانات ECOG للبحوث يتطلب تعاونا وثيقا بين الأطباء والباحثين، مع درجة عالية متعددة التخصصات فريق حل المشاكل في علم الأعصاب السريرية، وجراحة المخ والأعصاب، وعلم الأعصاب الأساسية، وعلوم الكمبيوتر والهندسة الكهربائية. المكافأة هي أن الإشارات ECOG، وسعة خاصة في نطاق غاما عالية التردد (70 110Hz)، هي ذات قيمة عالية. ليس فقط أنها لا تقدم نظرة علمية إلى يرتبط العصبية المعرفية والحسية والحركية بمعالجة 1-4 في دقة عالية على حد سواء المكانية والزمانية، ولكن الدراسات تفاعل الدم...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

وقدم هذا العمل ممكن من المنح التي تدعمها الولايات المتحدة مكتب أبحاث الجيش (W911NF-07-1-0415 (GS)، W911NF-08-1-0216 (GS)) و (المعاهد الوطنية للصحة / NIBIB EB006356 (ع) وEB00856 ( JRW وقطاع غزة)). الكتاب نشكر شون أوستن للوحدة SigfriedSigProcLAVA، وجريفين Milsap لتقديم المساعدة التقنية ذات الصلة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

  1. 8 × 16 قناة مكبرات الصوت g.USBamp ( http://gtec.at )
  2. 2 × 64 قناة تفكك خارج المربع (الخائن وجها لمربع)
  3. 2 كابل اتصال العاشر من التقسيم إلى نظام السريرية
  4. 2 كابل اتصال العاشر من التقسيم إلى أربع g.USBamps
  5. 2 × محول طاقة رباعية لمدة أربعة g.USBamps
  6. 2 × محول تزامن أربعة طريقة لمزامنة 4 g.USBamps
  7. 1 × كابل المزامنة لمزامنة مجموعتين من أربعة g.USBamps
  8. 1 المشبك يمكن استخدامها في معادلة س + كابل لg.USBamp
  9. 18 الكابلات X الطائر Touchproof
  10. 2 × أربعة محاور في اتجاه وUSB 2.0
  11. قطاع الطاقة
  12. أجهزة الكمبيوتر المحمول أو كمبيوتر سطح المكتب (انظر القسم 2.1)
  13. آمن، عربة متحركة لجميع ما ذكر أعلاه
  14. Eyetracker (أو العادي وشاشات الكريستال السائل) للمريض
  15. جدول متحرك صينية لمراقبة المريض
  16. ملحقات أخرى (المقود، الخ) لاستجابات سلوكية المريض
  17. BCI2000 البرمجيات
  18. CURRY البرمجيات
  19. MATLAB البرمجيات

المراجع

  1. Miller, K. J. Spectral Changes in Cortical Surface Potentials during Motor Movement. Journal of Neuroscience. 27, 2424-2424 (2007).
  2. Chang, E. F. Categorical speech representation in human superior temporal gyrus. Nature Neuroscience. 13, 1428-1428 (2010).
  3. Gunduz, A. Neural correlates of visual-spatial attention in electrocorticographic signals in humans. Frontiers in Human Neuroscience. 5, (2011).
  4. Pei, X. Spatiotemporal dynamics of electrocorticographic high gamma activity during overt and covert word repetition. NeuroImage. 54, 2960(2010).
  5. Crone, N. E. High-frequency gamma oscillations and human brain mapping with electrocorticography. Progress in Brain Research. 159, 275(2006).
  6. Brunner, P. Rapid communication with a "P300" matrix speller using electrocorticographic signals (ECoG). Frontiers in Neuroprosthetics. 5, (2010).
  7. Leuthardt, E. C. A brain-computer interface using electrocorticographic signals in humans. Journal of Neural Engineering. 1, (2004).
  8. Schalk, G. BCI2000: A General-Purpose Brain-Computer Interface (BCI) System. IEEE Transactions in Biomedical Engineering. 51, 1034(2004).
  9. Schalk, G., Mellinger, J. A Practical Guide to Brain-Computer Interfacing with BCI2000. , Springer. London. (2010).
  10. Brunner, P. A practical procedure for real-time functional mapping of eloquent cortex using electrocorticographic signals in humans. Epilepsy and Behavior. 15, 278(2009).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

BCI2000

مقالات ذات صلة