调查深皮层的功​​能和皮层下结构采用立体定向脑电图:由前扣带皮层的经验教训

Summary

立体定向脑电图（SEEG）是一种手术技术在癫痫手术用于帮助本地化癫痫病灶。它也提供了一个独特的机会来调查大脑功能。这里，我们描述SEEG如何可以被用来研究在人受试者认知过程。

Abstract

立体定向脑电图（SEEG）是用于本地化的癫痫患者病灶与药物难治性癫痫的技术。此过程涉及多个深部电极的慢性放置到大脑硬膜下通过栅电极放置通常无法进入的地区。 SEEG从而提供了一个独特的机会，研究脑功能。在本文中，我们展示SEEG如何被用于研究背侧前扣带皮层（DACC）的认知控制的作用。我们包括SEEG过程的描述，显示了电极的外科手术位置。我们描述了从科目同意的，而他们从事的工作行为记录局部场电位（LFP）数据所需的组件和程序。在提供的例子中，受试者中发挥认知干扰任务，我们证明信号如何从电极在背侧前扣带皮层，区域intim记录和分析ately参与决策。我们的结论与方法，使此方法可用于研究人类认知过程的进一步建议。

Introduction

癫痫，一个常见的神经系统疾病的特点是多反复发作随着时间的推移，占疾病¹的全 ​​球负担1％。抗癫痫药物治疗未能在20个控制发作-患者^2,3 30％。在这些药物难治的患者，癫痫手术常常表示^4,5。进行手术的决定需要定位检重点，一个先决条件，制定手术方案。最初，非侵入性的技术被用来lateralize和本地化的扣押重点。脑电图（EEG），例如，措施皮层电活动记录，从放置在头皮电极，并且常常可以提供有关的发作焦点的位置的足够信息。此外，磁共振成像（MRI）可以证明离散病变，如海马硬化，经典的病理见于药物难治性癫痫是最常见的形式，近中吨emporal叶癫痫（MTLE）。

频繁，然而，非侵入性的后处理是无法识别发作焦点。在这些情况下，侵入的脑电图（ECOG）脑电极需要定位的焦点和指导进一步手术治疗^6。脑电图是使用利用放置在与大脑直接接触的电极以测量电活性的神经生理技术。网格或表面带（硬膜）电极放置在脑，一个过程，需要一个开颅（除去骨瓣的）和大开口硬脑膜的表面上。这些表面电极可被放置在发作起始的推定面积（S）。电极的远端通过皮肤中的小开口隧道，并连接到在癫痫监视单元（EMU）的记录设备。在动车组，病人是通过连续的视频脑电图和监控录像，为临床癫痫发作。这种技术我S代表在相对大面积的皮质表面的收集​​长期（几天到几周）发作和发作间放电的记录有用。虽然这些颅内录音是非常宝贵的临床调查癫痫病灶和传播，他们也为....

Protocol

确保每个病人的适用性研究性学习回顾和合适的患者必须同意参加根据当地IRB程序的研究。

1.患者选择SEEG与研究

1. 患者选择SEEG
   注意:癫痫病人必须由多学科团队组成的癫痫病，神经心理学家和神经外科医生进行临床评估。
   1. 确保患者具有难治局灶性癫痫，定义为不到的抗癫痫药物至少2充分试验反应。
   2. 确保非侵入性技术未能本地化的致痫灶。
   3. 确认的多学科团队该患者不适合于只能与硬膜下栅极调查。
   4. 确认与多学科的团队，有一个深刻的癫痫发作区的临床怀疑。
2. 患者选择的研究课题
   1. 确保主体是13到65岁之间。
   2. （如果有18岁以下的父母同意在一起）从患者获得同意或同意。
   3. 确保受试者能够参加的任务，并与测试合作。

2.准备和植入技术

1. 术前进行容积T2和对比度增强容积T1 MRI和图像传输到立体定向导航软件，根据制造商的协议。
   1. 计划基础上，MRI和扣押灶的临床怀疑深度极的目标。
      注意:提供的实施例是基于博医导航软件，因而特定于该系统。然而，任何立体定向导航软件可以用来计划深度电极轨迹和位置。
   2. 定义感兴趣的解剖区域在立体定向导航软件的"立体定向规划"功能中的目标点。 <....

Results

一旦患者被选择用于SEEG电极放置，他/她经历体积的T2和T1对比增强MRI。 SEEG电极轨迹然后使用体积MRI序列的立体定向导航（ 图1）的计划。该技术允许对从结构内皮层深局部场电位如背侧前扣带皮层（浅橙色的轨迹， 图1），这将是不可能的，典型的表面电极放置的收集。手术后的动车，病人进行多源干扰任务（ 图2），旨在激活DACC神经元。试验的足够数量之后，从在所述DACC SEEG电极的局部场电位的数据进行预处理，以便对齐LFP数据提示呈现为后续有意义的分析（ 图3）。此外，一旦对齐，所述LFP数据可被平均以检查茶NGES试类型（ 图3F）之间的平均电响应。随后，多锥度谱图由调查随时间的变化的频带（ 图4）。作为头皮脑电图的研究已经在见于DACC活性牵连不同频带，时间 - 频率分析是有行为链接在DACC电生理变化的重要方法。

Discussion

本文SEEG使用期间在人类决策的任务来调查DACC内的局部神经元群体的活性。以前的工作已经利用术microelectode录音¹⁴考察单个神经元的活性，在DACC并证明DACC活性通过先前活动调制。微电极研究使单个神经元的扣球活动的调查。 SEEG衡量个LFP，横跨一个人口众多的神经元都与累加突触潜力。因此SEEG允许有机会同时从几个大脑区域的人口进行调查神经元的活动。

当使用的临床技术，如SEEG探讨科学问题，它首先保证了手术和研究计划都符合是至关重要的。临床要解决的问题涉及确定患者的发作起始区和无线永远都会优先考虑。因为手术计划是由临床需要决定的，它并不总是能够调查同一研究问题每一种情况下。因此，我们已开发了一系列设计为单独的回答可适应于患者的手术计划取决于区域被询问有电极科学问题的任务。

在这项研究中，SEEG LFP数据被利用来探讨认知控制在背侧前扣带皮层目标导向的行为，深皮质结构在内侧额叶前区，是难以在人类中进行调查。 LFP数据采集可以进行许多不同的系统。要考虑的一个关键方面是采样速率，因为这.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
触发 I/O 电缆	Natus Medical Inc.	5029	PS2 到 BNC 电缆
用于模拟脉冲			可以从大多数电子商店订购。
带浪涌保护和备用电池的电源板	Tripp Lite	SMART500RT1U UPC	电源和备用
National Instruments 多功能数据采集盒 NI PCIe-6382 DAQ 卡	National Instruments	PCIe-6382 w/ BNC 2090A	PCI 卡，用于行为控制界面
定制的按钮盒 - 人机接口设备			可以使用任何带有三个按钮的人机接口设备。或者，可以使用 3 个键盘按钮。
Xltek 128 通道临床颅内脑电图监测系统 EMU128FS	Natus Medical Inc.	002047c	临床记录系统
用于视觉刺激演示的受试者监护仪和相关电缆	Dell	U2212HMc	大多数监护仪在这里就足够了。
运行安装了 DAQ 卡的行为软件的个人计算机	Superlogics	SL-2U-PD-Q87SLQ-BA	用于记录神经数据的计算机
电源线			通常随显示器一起提供，可以在任何电子商店购买。
在 Matlab 2010A			从 MonkeyLogic 网站免费
MATLAB 2010a 软件，带数据采集工具箱	Mathworks		Matlab 软件
sEEG 电极 AD TECH 或 PMT	AD TECH	2102-##-101	铂金尖端，直径（0.89 毫米、1 毫米、1.1 毫米），非绝缘长度 2.3 毫米;目录号中的 ## 表示电极上的触点数量（08、10、12 或 16）
Cabrio 连接器	PMT	2125-##-01	目录号中的 ## 表示电极上的触点数量（08、10、12 或 16）
Tucker Davis Technologies 放大器	Tucker Davs Technologies	PZ5	神经数据前置放大器
Tucker Davis Technologies 处理器	Tucker Davs Technologies	RZ2	用于神经数据的神经信号处理器
TuckerDavis Technologies 数据流器	Tucker Davs Technologies	RS4	数据流器和存储
用于连接 TDT 系统的光纤电缆	Tucker Davs Technologies	F05	用于连接 Tucker Davis Technologies 产品的光纤电缆。
用于数字标记			可以从 OST Electronics 商店订购。
运行 TDT RPvdsEx 和 OpenEx 软件的个人计算机	Superlogics	SL-2U-PD-Q87SLQ-BA	用于行为控制的计算机
Middle Atlantics 带脚轮的服务器机柜	Middle Atlantic Products	PTRK-21	服务器箱，用于存放所有研究项目
Tucker Davis Technologies 分拆箱，用于拆分临床和研究报告	Tucker Davs Technologies		这个分流盒是一个半定制的设备。研究人员应咨询主治神经科医生，以不干扰临床护理的方式拆分研究和临床记录。
研究人员显示器与必要的电缆	Dell	U2212HMc	大多数显示器在这里就足够了。
按钮盒电源 - 5 伏特，2 安培			可以在任何电子商店购买。
TDT 光接口 PCI 卡	Tucker Davs Technologies	P05