Die Untersuchung der Funktion von Deep kortikalen und subkortikalen Strukturen Mit Stereotaktische Elektroenzephalographie: Lehren aus der anterioren cingulären Cortex

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, elektrophysiologische Signale aus den Tiefen des Gehirns aufzuzeichnen. Dies wird erreicht, indem die Elektroden zunächst in den Zielbereichen des Interesses platziert werden. Das Datenerfassungs-Rig wird dann am Krankenbett des Patienten aufgestellt, und der Patient wird angewiesen, wie er im letzten Schritt eine einfache kognitive Aufgabe ausführen soll.

Die elektrophysiologischen Signale werden über die Elektroden aufgezeichnet, während der Patient die Aufgabe erledigt. Letztendlich wird die multikonische Spektralanalyse verwendet, um Varianzen im lokalen Feld, die potenzielle Aktivität im dorsalen anterioren cingulären Kortex, abhängig von der Schwierigkeit der kognitiven Aufgabe, zu demonstrieren. Der Vorteil der Stereo-Holografie gegenüber anderen Aufzeichnungstechniken wie der subduralen Gitterimplantation besteht darin, dass wir mit dem Stereo-EEG Zugang zu tiefen Strukturen im Gehirn haben.

Dies ist klinisch von Vorteil, wenn wir davon ausgehen, dass Anfälle aus diesen tiefen Strukturen entstehen können, und auch aus Sicht der Forschung, da wir dadurch Zugang zu Bereichen des Gehirns erhalten, zu denen wir keinen Zugang haben. Ansonsten ist die Patientenauswahl von entscheidender Bedeutung, da diese Technik besonders für die Lokalisation von Anfällen geeignet ist, die aus tiefen kortikalen und subkortikalen Strukturen stammen. Aufzeichnungen wie diese können uns helfen, zentrale Fragen im Bereich der Epilepsie zu beantworten, zum Beispiel: Wo fangen Anfälle an?

Wo breiten sich Anfälle aus und wie kartieren wir diese Gebiete? Unter Verwendung von Standard-EEG-Techniken kann diese Methode jedoch Einblicke in Epilepsie und die Entstehung von Anfällen geben, und wir können sie auch auf andere Aspekte der Neurowissenschaften wie Kognition, Gedächtnis und soziales Bewusstsein anwenden. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, mit der Datenerfassungskomponente der Technik zu kämpfen haben, da die Erfassung elektrophysiologischer Signale komplex sein kann.

Nach dem CT-Scan bringen Sie den Patienten in den Operationssaal zurück und bereiten das Operationsfeld nach routinemäßigen sterilen Methoden vor. Als nächstes legen Sie anhand der gedruckten stereotaktischen Koordinaten aus dem Scan die Koordinaten für die erste Tiefenelektrode auf dem Kopfrahmen in der lateralen vertikalen und vorderen hinteren Ebene fest. Die Koordinaten werden von einem Chirurgen überprüft und gegebenenfalls geändert. Verwenden Sie einen Computerarbeitsplatz im Operationssaal, um die Einstichstelle auf der Haut mit dem Führungsblock zu identifizieren und diese Position mit einem Markierungsstift zu markieren.

Injizieren Sie ein bis zwei Milliliter Lokalanästhesie in den markierten Schnitt. Verwenden Sie dann ein Skalpell mit der Nummer 11, um den markierten Schnitt bis zum Schädel zu schneiden, und verwenden Sie einen monopolaren Kauter, der mit einem beschichteten Opterator gerichtet ist, um die Dermis und das tiefe Gewebe mit dem Führungsblock zu kauterisieren. Um die richtige Flugbahn beizubehalten, erstellen Sie mit einem 2,1-Millimeter-Spiralbohrer und einer elektrischen Handbohrmaschine ein Bohrloch

Öffnen Sie die Dura mit einem monopolaren Kauter, der von einer starr beschichteten Opteratorsonde geführt wird, wobei die Bahn weiterhin mit dem Führungsblock geführt wird. Schrauben Sie einen Ankerbolzen in das Loch und stecken Sie eine vorgemessene Mandrinsonde durch den Ankerbolzen, um eine Spur für die Elektrode zu erstellen. Schieben Sie dann die Elektrode vorsichtig auf die vorberechnete Tiefe vor und ziehen Sie die Ankerschraube mit der Kappe fest, um die Elektrode zu sichern, sobald sie an Ort und Stelle ist.

Um eine angemessene Platzierungsbahn für alle Elektroden zu gewährleisten, bringen Sie das sterile drapierte Fluoroskop in das Operationsfeld und erhalten Sie ein AP-Durchleuchtungsbild. Schließen Sie dann die Elektroden an das klinische EEG-System an, um die entsprechenden Impedanzen zu überprüfen. Legen Sie den Verband auf.

Entfernen Sie das stereotaktische Kopfgestell und wecken Sie den Patienten aus der Narkose. Öffnen Sie für die Einrichtung der Verhaltensaufgabe die entsprechende Verhaltenssoftware, und legen Sie die Bedingungsdatei fest, die für die Ausführung der Aufgabe zur Interferenz mit mehreren Quellen entwickelt wurde. Um alle vier Testtypen mit gleicher Häufigkeit einzuschließen, klicken Sie auf die Schaltfläche Bedingungen festlegen, um die gewünschte Datei mit den Bedingungen auszuwählen.

Klicken Sie dann im Anzeigefeld auf Test, um den verhaltensbasierten Anzeigemonitor zu testen. Der visuelle Testreiz sollte zwei bis drei Sekunden lang erscheinen. Verbinden Sie als Nächstes die Tastenbox mit den analogen Eingängen auf der Datenerfassungsplatine und mit einer Stromquelle.

Verwenden Sie ein Flachbandkabel, das in neun Bänder aufgeteilt ist, um acht der Bänder mit den Ports null bis sieben auf dem digitalen E/A-Teil der Datenerfassungsplatine zu verbinden. Verbinden des neunten Farbbands mit dem Nullanschluss auf dem digitalen PFI-Teil der Platine. Stellen Sie dann die gewünschte Abtastrate in der Software für den neuronalen Signalprozessor ein.

Hier wird beispielsweise die gewünschte Abtastrate auf 50.000 Abtastungen pro Sekunde mit einem Alias und einer Online-Abtastung von 1000 Abtastungen pro Sekunde festgelegt. Schließen Sie die Einrichtung ab, indem Sie den Verstärker über ein Glasfaserkabel mit dem neuronalen Signalprozessor und den neuronalen Signalprozessor über ein Glasfaserkabel mit dem Datenstreamer und der optischen PCI-Karte im neuronalen Datenerfassungscomputer verbinden. Der Schlüssel zu einer erfolgreichen Datenerfassung liegt darin, die Signalverarbeitung vor dem Betreten des Patientenzimmers zu testen, damit eine Aufzeichnung reibungslos ablaufen kann.

Wenn der Verhaltensmonitor bereit ist. Transportieren Sie das Forschungsgerät in das Patientenzimmer und platzieren Sie den Monitor vor dem Patienten auf einem tragbaren Tisch. Schließen Sie den Monitor über ein Standard-DVI-Kabel an den Verhaltenskontrollcomputer an und platzieren Sie das Aufnahme-Rig an einem unauffälligen Ort.

Verbinden Sie als Nächstes das Forschungssystem mit der Splitterbox, die die Forschungsaufzeichnung vom klinischen System trennt. Übergeben Sie dann dem Patienten die Knopfbox und weisen Sie den Patienten an, das Ziel durch Drücken der entsprechenden Taste zu identifizieren. Klicken Sie abschließend auf Ausführen, um die Aufgabe auszuführen und dem Patienten zu erlauben, zwei Blöcke mit jeweils 150 Versuchen durchzuführen, indem Sie die neuronale Signalprozessorsoftware verwenden, um die Aufzeichnungsparameter zu steuern.

Sobald ein Patient für die stereotaktische EEG-Elektrodenplatzierung ausgewählt wurde, wird eine volumetrische kontrastverstärkte MRT mit T zwei und T eins durchgeführt. Stereotaktische EEG-Elektrodentrajektorien werden dann mit Hilfe der stereotaktischen Navigation der volumetrischen MRT-Sequenzen geplant. Diese Technik ermöglicht die Sammlung lokaler Feldpotentiale von Strukturen tief im Inneren des Kortex, wie z.B. dem dorsalen anterioren cingulären Kortex, wie hier gezeigt, was mit einer typischen Oberflächenelektrodenplatzierung nicht möglich wäre.

Nach einer angemessenen Anzahl von Interferenzversuchen mit mehreren Quellen werden die lokalen Feldpotentialdaten der stereotaktischen EEG-Elektroden im dorsalen anterioren cingulären Kortex vorverarbeitet, um die lokalen Feldpotentialdaten für die weitere nachgelagerte Analyse mit der Q-Präsentation abzugleichen. Darüber hinaus können nach dem Ausrichten des lokalen Feldes potenzielle Daten gemittelt werden, um die Änderungen in der mittleren elektrophysiologischen Reaktion zwischen den Versuchstypen zu untersuchen. Anschließend werden Multi-Taper-Spektrogramme erstellt, um die Veränderungen in den Frequenzbändern im Laufe der Zeit zu untersuchen.

In der Tat haben EEG-Studien bei der Kopfhaut unterschiedliche Frequenzbänder in der Aktivität des dorsalen anterioren cingulären Kortex impliziert. Die Zeit-Frequenz-Analyse ist eine wichtige Methode, um die im dorsalen anterioren cingulären Kortex beobachteten elektrophysiologischen Veränderungen mit dem entsprechenden Verhalten zu verknüpfen. Einmal gemeistert, dauert es etwa zwei bis drei Stunden mit minimalen Komplikationen.

Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, die kognitive Aufgabe auf die aufgezeichnete kortikale oder subkortikale Region abzustimmen. Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Datenanalysemethoden angewendet werden, z. B. die Zeit-Häufigkeits-Analyse. Diese ermöglichen es uns, die Auswirkungen verschiedener Arten von Neurooszillationen zu unterschiedlichen Zeiten zu entwirren.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie elektrophysiologische Signale aus den Tiefen des Gehirns mit stereotaktisch platzierten Elektroden und einem Datenerfassungsgerät aufgezeichnet werden können.