تتبع العين في وقت واحد وتسجيلات الخلايا العصبية واحدة في مرضى الصرع البشري
يونيو 17, 2019
نحن نصف طريقة لإجراء تسجيلات الخلايا العصبية واحدة مع تتبع العين في وقت واحد في البشر. نحن نبين فائدة هذه الطريقة ونبين كيف استخدمنا هذا النهج للحصول على الخلايا العصبية في الفص الزمني الوسيط البشري الذي ترميز أهداف البحث البصري.
ميزة مبدأ من أسلوبنا هو أنه يسمح في وقت واحد تسجيل موقف حالة, حجم التلميذ, والخلايا العصبية واحدة في المرضى الذين زرعوا مع أقطاب عمق في السرير. وهذا يسمح لنا لتحديد ما إذا كانت هناك خلايا عصبية في الدماغ البشري الذي النشاط الحساسة لحركات العين والهوية من التحفيز تركز حاليا. في حين أن هذه التقنية ليست مصممة لدراسة مرض معين ، فهي مناسبة تمامًا لدراسة الأمراض العصبية التي تؤدي إلى حركات العين غير الطبيعية أو تشوهات محركية أخرى.
إثبات الإجراء سيكون ناند تشاندرافاديا وجيمس لي، شركاء باحثين من مختبري. و (إيريكا كوان) ، تقنية تشخيص عصبي في (سيدارس سيناي) للبدء، قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بنظام التسجيل ووضع المريض الجالس منتصبًا.
ثم، قم بتوصيل الكمبيوتر التحفيزي بنظام الفيزيولوجيا الكهربائية وتعقب العين. ضع نظام تتبع العين بالأشعة تحت الحمراء غير الغازية عن بعد على عربة متنقلة قوية. ثم، إرفاق ذراع مرنة التي تحمل شاشة LCD إلى العربة.
ضع مصدر طاقة غير متقطع مشحون بالكامل على عربة تتبع العين، واربط جميع الأجهزة المتعلقة بتتبع العين إلى مصدر الطاقة بدلاً من مصدر طاقة خارجي. تأكد من أن جهاز IV المتصل بالمريض يعمل على البطارية وأنه غير متصل بالحائط. بدء تشغيل برنامج تتبع العين.
ضبط المسافة بين المريض وشاشة LCD إلى ما بين 60 و 70 سم. أيضا ضبط زاوية شاشة LCD بحيث سطح الشاشة موازية تقريبا لوجه المريض. ضع ملصقًا على جبين المريض حتى يتمكن متعقب العين من ضبط حركات الرأس.
الآن، ضبط ارتفاع الشاشة بالنسبة إلى رأس المريض بحيث كاميرا تعقب العين هو تقريبا في ذروة أنف المريض. تزويد المريض بمربع زر أو لوحة مفاتيح. تحقق من تسجيل المشغلات والضغط على الزر بشكل صحيح قبل بدء التجربة.
بدء تشغيل برنامج الاستحواذ. أولاً فحص بصرياً إمكانات الحقل المحلي واسع النطاق وتأكد من أنها غير ملوثة بالضوضاء الخطية. وإلا اتبع الإجراءات القياسية لإزالة الضوضاء.
لتحديد الخلايا العصبية الفردية، تمرير الفرقة تصفية الإشارة من 300 هيرتز إلى ثمانية كيلوهرتز. حدد واحدة من ثمانية ميكروويرس كمرجع لكل حزمة ميكرويراير. تمكين حفظ البيانات كملف nrd قبل التسجيل.
ضبط المسافة والزاوية بين تعقب العين والمريض بحيث يتم وضع علامة الهدف، المسافة الرأس، التلميذ، وانعكاس القرنية على أنها جاهزة. ويظهر هذا باللون الأخضر في برنامج تتبع العين. انقر على العين ليتم تسجيلها وتعيين معدل أخذ العينات إلى 500 هيرتز.
استخدام ضبط السيارات من عتبة انعكاس البؤبؤ والقرنية. معايرة متعقب العين باستخدام طريقة الشبكة المدمجة في بداية كل كتلة. تأكيد مواقع العين تسجيل لطيف كلشبكة.
وإلا، إعادة المعايرة. قبول المعايرة والقيام بالتحقق من الصحة. قبول التحقق من الصحة إذا كان الخطأ التحقق الأقصى أقل من درجتين وكان متوسط خطأ التحقق من الصحة أقل من درجة واحدة.
وإلا، إعادة التحقق من الصحة. ثم قم بإجراء تصحيح الانجراف ثم انتقل إلى التجربة الفعلية. في مهمة البحث المرئية هذه، استخدم المحفزات من دراسة سابقة قامت بها هذه المجموعة واتبع إجراء المهمة كما هو موضح من قبل.
توفير إرشادات المهمة للمشاركين. إرشاد المشاركين إلى العثور على عنصر هدف في صفيف البحث والاستجابة في أقرب وقت ممكن. إرشاد المشاركين إلى الضغط على الزر الأيسر في مربع الاستجابة إذا وجدوا الهدف واضغط على الزر الأيمن إذا اعتقدوا أن الهدف غير موجود.
توجيه المشاركين صراحة إلى أنه ستكون هناك تجارب مستهدفة وتغيب عن الهدف. بدء برنامج العرض التحفيز وتشغيل المهمة. تقديم إشارة الهدف لثانية واحدة وتقديم مجموعة البحث باستخدام برنامج العرض التحفيز.
تسجيل الضغط على زر وتقديم المحاكمة عن طريق الملاحظات التجريبية للمشاركين. لتوضيح استخدام هذه الطريقة، تم تسجيل 228 خلية عصبية واحدة من الفص الصدغي الوسيط البشري بينما كان المرضى يؤدون مهمة بحث مرئية كما هو موضح هنا. خلال هذه المهمة، تم التحقيق فيما إذا كان نشاط الخلايا العصبية يميز بين التثبيتات على الأهداف والمشتتات.
عندما تم محاذاة الردود في الصحافة زر، تم العثور على الخلايا العصبية التي أظهرت النشاط التفريقي بين التجارب الحالية المستهدفة والتجارب الغائبة الهدف. تمثل الخطوط السوداء بداية و إزاحة قائمة انتظار البحث. وزادت هذه العصبون معدل إطلاق النار في التجارب المستهدفة ولكن ليس للتجارب الغائبة عن الهدف.
وعلى العكس من ذلك، خفضت هذه العصبون معدل إطلاق النار في التجارب المستهدفة ولكن ليس للمحاكمات الغائبة عن الهدف. وأظهرت مجموعة فرعية من الخلايا العصبية الفص الصدغي الوسيط أنشطة مختلفة بشكل كبير بين التثبيت على الأهداف مقابل تشتيت. وعلاوة على ذلك، كان لأحد أنواع الخلايا العصبية المستهدفة هذه استجابة أكبر للأهداف المتعلقة بتشتيت الانتباه بينما كان للآخر استجابة أكبر للمشتتات نسبة إلى الأهداف.
معا, هذه النتيجة يدل على أن مجموعة فرعية من الخلايا العصبية الفص الصدغي الوسيط ترميز ما إذا كان التثبيت الحالي هبطت على هدف أم لا. من المهم التأكد من أن متعقب العين لا يدخل الضوضاء في التسجيل. يجب إزالة أي ضوضاء قبل إجراء التجارب.
إذا استمرت الضوضاء، تأكد من أن الشاشة المستخدمة لعرض التحفيز على الموضوع لديها مصدر طاقة خارجي. تبادل إمدادات الطاقة لمزيد من إمدادات الطاقة عالية الجودة التي تستخدم عادة لتطبيقات الصوت الراقية. بعد هذا الإجراء، يتم إجراء تحليل المسامير وحركات العين لاستخراج المعلومات من البيانات التي من شأنها أن تسمح للباحث للتحقيق في استجابات الخلايا العصبية لحركات العين.
هذه الطريقة تمهد الطريق لاستكشاف العديد من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها التي تتطلب تحليل التثبيتات ، مثل كيفية قيادة الخلايا العصبية بشكل جماعي التثبيتات إلى كائنات مثيرة للاهتمام في مشهد ما.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تصف هذه المقالة طريقة لإجراء تسجيلات لخلايا عصبية مفردة مع تتبع حركات العين في البشر في وقت واحد. تسمح هذه التقنية للباحثين بالتحقيق في النشاط العصبي المرتبط بأهداف البحث البصري في الفص الصدغي الإنسي البشري.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الفيزيولوجيا الكهربائية
- الإدراك البصري
الخلفية
- توفر تسجيلات الخلايا العصبية المفردة رؤى حول وظيفة الدماغ.
- يمكن لتتبع العين الكشف عن كيفية تخصيص الانتباه البصري.
- فهم الاستجابات العصبية للمنبهات البصرية أمر بالغ الأهمية لعلم الأعصاب.
- يمكن تطبيق هذه الطريقة في الإعدادات السريرية مع المرضى الذين لديهم أقطاب عمق.
غرض الدراسة
- لإظهار تقنية لتتبع العين وتسجيل الخلايا العصبية المفردة في وقت واحد.
- لتحديد الخلايا العصبية الحساسة لحركات العين والمنبهات البصرية.
- لتسهيل البحث في الأمراض العصبية التي تؤثر على حركات العين.
الطرق المستخدمة
- توصيل الأقطاب بجهاز تسجيل.
- وضع المريض في وضع مستقيم للحصول على تسجيل مثالي.
- تسجيل النشاط العصبي أثناء تتبع حركات العين.
- تحليل العلاقة بين إطلاق الخلايا العصبية والأهداف البصرية.
النتائج الرئيسية
- أظهرت جدوى الطريقة في بيئة سريرية.
- حددت خلايا عصبية في الفص الصدغي الإنسي تتفاعل مع البحث البصري.
- أظهرت كيف تؤثر حركات العين على النشاط العصبي.
- وفرت أساسًا لدراسة التشوهات الحركية العينية.
الاستنتاجات
- التقنية فعالة لدراسة المعالجة البصرية في البشر.
- تفتح طرقًا للبحث في الظروف العصبية.
- يمكن للدراسات المستقبلية الاستفادة من هذه الطريقة للحصول على رؤى أعمق في وظيفة الدماغ.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
This method bridges animal neurophysiology and human cognitive neuroscience by enabling simultaneous single-neuron recordings and eye tracking in behaving humans. It provides a direct readout of neuronal correlates of visual attention and target selection, supporting mechanistic de-risking in target validation for neuropsychiatric and neurodegenerative disorders. The approach enhances predictive confidence in preclinical models by validating human-relevant neural mechanisms underlying sensory processing and decision-making.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking single-neuron activity to visual target identification in human medial temporal lobe.
- Operational Value: Supports biological de-risking through direct observation of neuronal responses to task-relevant stimuli in a clinically relevant system.
- Predictive Value: Identifies target neurons whose firing reflects top-down attention, offering a biomarker for attentional network function in disease models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated neuronal-eye movement readouts for downstream compound screening in visual processing assays.
- Operational Value: Ensures assay standardization via synchronized electrophysiology and eye tracking outputs, reducing variability in neuronal response measurements.
- Scalability: Enables platform reuse across cognitive tasks by maintaining stable signal acquisition from depth electrodes and eye tracking systems.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase neuronal targeting mechanisms to preclinical validation through conserved attentional pathways.
- Disease-Relevant System: Applicable to modeling neurological conditions with ocular motor abnormalities, such as Parkinson’s or schizophrenia, where attentional deficits are prevalent.
- Mechanistic De-risking: Clarifies whether candidate compounds modulate specific neuronal populations involved in target vs. distractor discrimination.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing in early discovery to lead identification via functional validation of neuronal targets involved in visual attention and decision-making.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by isolating neuronal populations that differentially encode target vs. distractor fixations during visual search.
- Screening: Delivers quantitative, spike-sorted neuronal data time-locked to eye movement events, enabling reliable compound effect assessment.
- Analytics: Provides single-unit firing rates and eye movement metrics (position, pupil size) as co-registered readouts for correlational and causal analysis.
- Translational Research: Aligns with biomarker development by identifying neuronal signatures of attentional load and target engagement.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neurophysiological platform for studying visual cognition across therapeutic areas.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by validating human neuronal mechanisms of attention, reducing reliance on inferential models.
- Operational Value: Standardizes multi-modal data acquisition (electrophysiology + eye tracking) for reproducible cross-laboratory use.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early evidence of target engagement in human-relevant neural circuits.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on effects on attentional processing networks.
Implementation Considerations
- Requires expertise in intracranial electrophysiology, eye tracking systems, and behavioral task design.
- Depends on synchronized recording hardware, stimulus presentation software, and noise-minimizing power infrastructure (e.g., UPS, isolated supplies).
- Necessitates cross-team standardization between neurology, neurophysiology, and vision science teams for consistent electrode placement and calibration.
- Involves adaptation considerations for varying electrode locations beyond medial temporal lobe to assess regional specificity of attentional encoding.
- Limited by patient availability and invasiveness; best suited for hypothesis-driven studies rather than high-throughput screening.
