利用立体定向脑电图研究大脑深部皮层及皮层下结构的功能：来自前扣带皮层的启示

本实验的总体目标是从大脑深部记录电生理信号。首先将电极置入目标脑区，随后在患者床旁搭建数据采集装置，最后指导患者完成一项简单的认知任务。

在患者完成任务的同时，通过电极记录其电生理信号。最终采用多锥谱分析方法，以展示根据认知任务难度的不同，背侧前扣带皮层局部场电位活动的差异。与皮层下网格植入等其他记录技术相比，立体脑电图的优势在于能够获取大脑深部结构的信号。

从临床角度来看，当怀疑癫痫发作可能源于这些深部结构时，这具有优势；同时从研究角度来看也是如此，因为它使我们能够触及原本无法接触的脑区。因此，患者的选择至关重要，因为该技术特别适用于定位源自深部皮层及皮层下结构的癫痫发作。此类记录有助于我们回答癫痫领域的一些关键问题，例如，癫痫发作的起始位置在哪里？

癫痫发作的扩散路径是什么，我们如何绘制这些区域的地图？通过使用标准的脑电图（EEG）技术，该方法不仅可以帮助我们了解癫痫及癫痫发作的起源，还可以应用于神经科学的其他方面，例如认知、记忆和社会意识。通常，初次接触该方法的研究人员在数据采集环节会遇到困难，因为电生理信号的获取可能较为复杂。

完成CT扫描后，将患者送回手术室，并按照常规无菌方法准备手术区域。接下来，根据扫描所得的打印立体定向坐标，在头架上设定第一根深部电极在侧方垂直方向和前后方向上的坐标。由共同手术医生在手术室内通过计算机工作站核对坐标，并在必要时进行调整。使用导向块在皮肤上确定穿刺部位，并用记号笔标记该位置。

在标记的切口处注射一到两毫升局部麻醉剂。然后使用11号手术刀片沿标记切口切至颅骨，再使用带有涂层操作器引导的单极电凝器，根据导向块对真皮层和深层组织进行电凝止血。为保持正确的进针轨迹，使用2.1毫米的旋转钻头和手持电动钻在颅骨上钻出骨孔。

使用单极电凝，在刚性涂层操作探针的引导下切开硬脑膜，同时仍以导向块引导路径。将锚栓拧入孔中，并通过锚栓插入预先测量好的探针，为电极建立通道。然后小心地将电极推进至预先计算的深度，拧紧锚栓帽以固定电极位置。

为确保所有电极的放置路径准确，将无菌覆盖的X光透视仪移入手术区域，并获取正位（AP）X光透视图像。然后将电极连接至临床脑电图（EEG）系统，以确认阻抗处于适当范围。最后进行敷料覆盖。

取下立体定向头架，使患者从麻醉状态中苏醒。进行行为任务设置时，打开相应的行为学软件，并加载用于运行多源干扰任务的条件文件。为使所有四种试验类型的出现频率相等，按下“设置条件”按钮以选择所需的条件文件。

然后在显示框中单击“测试”以检测行为显示监视器。测试视觉刺激应持续显示两到三秒。接下来，将按钮盒连接到数据采集板的模拟输入端口，并连接至电源。

使用一根分为九条带状线的电缆，将其中八条带状线连接至数据采集板数字IO部分的端口0至7。将第九条带状线连接至板上数字PFI部分的0号端口。然后在神经信号处理软件中设置所需的采样率。

例如，此处将所需的采样率设置为每秒 50,000 个采样点，同时在线混叠和下采样至每秒 1,000 个采样点。通过光纤电缆将放大器连接至神经信号处理器，并通过光纤电缆将神经信号处理器连接至数据流设备以及神经数据采集计算机中的光学 PCI 卡，以完成设置。确保成功数据采集的关键是在进入患者房间之前测试信号处理系统，以便记录过程能够顺利进行。

当行为监测仪准备就绪后，将实验装置推入患者病房，将监测仪放置在患者前方的便携式桌面上。使用标准 DVI 电缆将监测仪连接至行为控制计算机，并将记录装置放置在不妨碍操作的位置。

接下来，将科研系统连接到分离科研记录与临床系统的分路盒。然后将按钮盒交给患者，并指导患者通过按下相应的按钮来识别目标。最后，点击“运行”以执行任务，并允许患者使用神经信号处理软件控制记录参数，完成两个区块，每个区块包含150次试验。

一旦患者被选定进行立体定向脑电图电极置入，将首先进行容积T2加权和T1加权对比增强MRI扫描。随后利用容积MRI序列的立体定向导航系统规划立体定向脑电图电极的植入路径。该技术能够采集来自大脑皮层深部结构的局部场电位，例如本图所示的背侧前扣带回皮层，而此类信号通过常规的皮层表面电极置入方式无法获得。

在完成足够数量的多源干扰任务试验后，对来自背侧前扣带皮层立体定向脑电图电极记录的局部场电位数据进行预处理，以将局部场电位数据与Q刺激呈现时间对齐，用于后续分析。随后，将对齐后的局部场电位数据按试验类型进行平均，以考察不同类型试验间平均电生理反应的变化。接着，生成多锥 spectrogram 以研究频段随时间的变化情况。

事实上，头皮脑电图（EEG）研究已表明，不同频段与前扣带回皮层背侧区域的活动相关。时频分析是一种重要的方法，可用于将前扣带回皮层背侧所观察到的电生理变化与相应的行为进行关联。一旦掌握，该方法操作耗时约为两到三小时，且并发症极少。

在进行该操作时，需注意根据所记录的皮层或皮层下区域，对认知任务进行相应调整。完成该操作后，可应用其他数据分析方法，例如时频分析。这些方法能够帮助我们解析不同类型神经振荡在不同时段所产生的效应。

观看本视频后，您应能够充分理解如何利用立体定位电极和数据采集装置记录大脑深部的电生理信号。