Gleichzeitiges Eye Tracking und Single-Neuron-Aufnahmen bei Humanepipsiepatienten

Summary

Wir beschreiben eine Methode zur Durchführung von Einzelneuronenaufnahmen mit gleichzeitiger Augenverfolgung beim Menschen. Wir demonstrieren den Nutzen dieser Methode und veranschaulichen, wie wir diesen Ansatz benutzt haben, um Neuronen im menschlichen medialen Temporallappen zu erhalten, die Ziele einer visuellen Suche kodieren.

Abstract

Intrakranielle Aufnahmen von Patienten mit hartnäckiger Epilepsie bieten eine einzigartige Gelegenheit, die Aktivität einzelner menschlicher Neuronen während des aktiven Verhaltens zu untersuchen. Ein wichtiges Werkzeug zur Quantifizierung von Verhalten ist eye tracking, das ein unverzichtbares Werkzeug für das Studium der visuellen Aufmerksamkeit ist. Eye-Tracking ist jedoch eine Herausforderung, gleichzeitig mit der invasiven Elektrophysiologie zu verwenden, und dieser Ansatz wurde daher wenig genutzt. Hier präsentieren wir ein bewährtes experimentelles Protokoll zur Durchführung von Einzel-Neuron-Aufnahmen mit gleichzeitiger Augenverfolgung beim Menschen. Wir beschreiben, wie die Systeme verbunden sind und die optimalen Einstellungen, um Neuronen und Augenbewegungen aufzuzeichnen. Um den Nutzen dieser Methode zu veranschaulichen, fassen wir Ergebnisse zusammen, die durch diese Einrichtung ermöglicht wurden. Diese Daten zeigen, wie die Verwendung von Eye Tracking in einer speichergesteuerten visuellen Suchaufgabe es uns ermöglichte, eine neue Klasse von Neuronen zu beschreiben, die Als Zielneuronen bezeichnet werden, deren Reaktion die Aufmerksamkeit von oben nach unten auf das aktuelle Suchziel reflektierte. Schließlich diskutieren wir die Bedeutung und die Lösungen für mögliche Probleme dieses Setups. Zusammen deuten unser Protokoll und unsere Ergebnisse darauf hin, dass Einzelneuronenaufnahmen mit gleichzeitiger Augenverfolgung beim Menschen eine effektive Methode zur Untersuchung der menschlichen Gehirnfunktion sind. Es stellt eine wichtige fehlende Verbindung zwischen Tierneurophysiologie und menschlichen kognitiven Neurowissenschaften.

Introduction

Menschliche Einzel-Neuron-Aufnahmen sind ein einzigartiges und leistungsfähiges Werkzeug, um die Funktion des menschlichen Gehirns mit außergewöhnlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erforschen¹. In letzter Zeit haben Einzel-Neuron-Aufnahmen breite Verwendung im Bereich der kognitiven Neurowissenschaften gewonnen, weil sie die direkte Untersuchung von kognitiven Prozessen ermöglichen, die für die menschliche Kognition von zentraler Bedeutung sind. Diese Aufnahmen werden durch die klinische Notwendigkeit ermöglicht, die Position von epileptischen Brennpunkten zu bestimmen, für die Tiefenelektroden vorübergehend in das Gehirn von Patient....

Protocol

1. Teilnehmer

1. Rekrutieren Sie neurochirurgische Patienten mit hartnäckiger Epilepsie, die sich der Platzierung von intrakraniellen Elektroden unterziehen, um ihre epileptischen Anfälle zu lokalisieren.
2. Setzen Sie Tiefenelektroden mit eingebetteten Mikrodrähten in alle klinisch angegebenen Zielorte ein, die typischerweise eine Teilmenge von Amygdala, Hippocampus, anteriorcin cingulate cortex und prä-supplementary motor area umfassen. Siehe Details zur Implantation in unserem vorherigen Protokoll².
3. Sobald der Patient zur Epilepsie-Überwachungseinheit zurückkehrt, schließen Sie das Aufzeichnungsgerät sowohl für Makro-....

Results

Um die Verwendung der oben genannten Methode zu veranschaulichen, beschreiben wir als nächstes kurz einen Anwendungsfall, den wir vor kurzem veröffentlicht haben⁸. Wir nahmen 228 einzelne Neuronen aus dem humanen medialen Temporallappen (MTL; Amygdala und Hippocampus) auf, während die Patienten eine visuelle Suchaufgabe durchführten (Abbildung 3A, B). Während dieser Aufgabe untersuchten wir, ob die Aktivität von Neuron.......

Discussion

In diesem Protokoll beschrieben wir, wie Einzel-Neuron-Aufnahmen mit gleichzeitiger Eye-Tracking verwendet werden, und beschrieben, wie wir diese Methode verwendet haben, um Zielneuronen in der menschlichen MTL zu identifizieren.

Das Setup umfasst drei Computer: einen, der die Aufgabe ausführt (Stimuluscomputer), einen, der den Eyetracker ausführt, und einen, auf dem das Erfassungssystem ausgeführt wird. Zur Synchronisierung zwischen den drei Systemen wird der parallele Port verwendet, um TTL-.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cedrus Response Box	Cedrus (https://cedrus.com/)	RB-844	Tastenbox
Dell Laptop	Dell (https://dell.com)	Precision 7520	Stimulus Computer
EyeLink Eye Tracker	SR Research (https://www.sr-research.com)	1000 Plus Remote mit Laptop Host-Computer und LCD-Armhalterung	Eye-Tracking
MATLAB	MathWorks Inc	R2016a (RRID: SCR_ 001622)	Datenanalyse
Neuralynx Neurophysiology System	Neuralynx (https://neuralynx.com)	ATLAS 128	Elektrophysiologie
Osort	Open source	v4.1 (RRID: SCR_015869)	Spike-Sortieralgorithmus
Psychophysics Toolbx	Open source	PTB3 ( RRID: SCR_002881)	Matlab-Toolbox zur Durchführung psychophysischer Experimente