Artículo de método

Funciones combinadas invasiva subcorticales y no invasiva de la superficie neurofisiológica grabaciones para la Evaluación de cognitivo y emocional en seres humanos

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DOI:

10.3791/53466

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19 de mayo de 2016

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1Institute of Clinical Neuroscience and Medical Psychology, Medical Faculty, Heinrich-Heine-University, 2Department of Neurology, Center for Movement Disorders and Neuromodulation, University Clinic Düsseldorf, 3Department of Neurosurgery, Functional Neurosurgery and Stereotaxy, Center for Movement Disorders and Neuromodulation, University Clinic Düsseldorf

En este artículo

Resumen

El presente protocolo tiene como objetivo evaluar las funciones cognitivo-emocionales en los ganglios basales mediante el registro neurofisiológico simultáneo de los potenciales de campo locales y la actividad cortical cerebral (EEG) no invasiva. El procedimiento se ejemplifica con el uso de paradigmas que involucran estímulos del habla con connotación emocional o la tarea de Flanker que involucra control cognitivo.

Resumen

A pesar del éxito en la aplicación de la electroencefalografía no invasiva (EEG), magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética funcional (fMRI) para extraer información crucial sobre el mecanismo del cerebro humano, tales métodos siguen siendo insuficientes para proporcionar información sobre fisiológica procesos que reflejan las funciones cognitivas y emocionales a nivel subcortical. En este sentido, los enfoques clínicos invasivos modernos en los seres humanos, como la estimulación cerebral profunda (DBS), ofrecen una enorme posibilidad de registrar la actividad cerebral subcortical, los potenciales de campo a saber locales (LFPS) que representan la actividad coherente de los conjuntos neuronales de los ganglios basales localizada o regiones del tálamo . A pesar de que los enfoques invasivos en seres humanos sólo se aplican después de la indicación médica y datos así registrados corresponden a los circuitos cerebrales alteradas, información valiosa puede ser adquirida en cuanto a la presencia de las funciones cerebrales intactas en relación con oscilatoria del cerebroactividad y la fisiopatología de los trastornos en respuesta a paradigmas cognitivos experimentales. En este sentido, un número creciente de estudios de DBS en pacientes con enfermedad de Parkinson (EP) Objetivo no sólo las funciones motoras, sino también a los procesos de alto nivel como las emociones, la toma de decisiones, la atención, la memoria y la percepción sensorial. Los ensayos clínicos recientes también hacen hincapié en el papel de DBS como un tratamiento alternativo en los trastornos neuropsiquiátricos que van desde el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) para los trastornos crónicos de la conciencia (DOC). En consecuencia, nos centramos en el uso de (EEG) combinados invasivos (LFP) y no invasivos humanos cerebrales para evaluar el papel de las estructuras corticales-subcorticales en el procesamiento de cilindro-paradigmas experimentales cognitivas y emocionales (por ejemplo. Estímulos del habla con connotación emocional o paradigmas de control cognitivo como la tarea de flancos), en pacientes sometidos a tratamiento DBS.

Introducción

Grabaciones neurofisiológicos invasivos en seres humanos se remontan a los estudios seminales de orientación grabaciones electrocorticográfica de áreas corticales y del cerebelo durante la cirugía de la epilepsia y la investigación del tumor 1. Un hito fundamental en el desarrollo ulterior de este procedimiento de grabación ha sido la introducción de la técnica estereotáctica que proporciona acceso seguro y eficiente de las estructuras profundas del cerebro humano 2. Aparte del tratamiento clínico, métodos invasivos del cerebro en los seres humanos proporcionan una oportunidad única y singular para estudiar la función cerebral en relación con los patrones de actividad registrados moduladas por estímulos externos, concretamente el caso de grabaciones invasoras intra y postoperatorias en pacientes sometidos a estimulación cerebral profunda (DBS procedimientos). La aplicabilidad y utilidad de DBS se ha abordado en diversas enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas de la enfermedad de Parkinson (EP) para el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) o condiciones como chrotrastornos de la conciencia del NIC (DOC).

En particular, DBS se ha aplicado en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson 3,4,5, temblor esencial 6, / generalizada distonía segmentaria primaria 7,8,9, la enfermedad de Huntington 10,11, resistente al tratamiento depresión 12,13, nicotina y la adicción al alcohol 14, enfermedad de Alzheimer 15,16, el síndrome de Tourette 17 y trastorno crónico de la conciencia (DOC) 18,19,20.

Dentro del ámbito de la neuropsiquiatría, DBS es un tratamiento aprobado / marca CE para el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) centradas en la extremidad anterior de la cápsula interna (ALIC) y está en uso la orientación de la cápsula / estriado / caudado ventral ventral ventral (VC / VS), núcleo accumbens (NAC) y el núcleo subtalámico (STN) 21. En cuanto a DBS en el TOC 22, estudios recientes enfatizan el papel de la STN en el mecanismo de verificación compulsivoing mediante la utilización de memoria basada en paradigmas 23,24,25.

Digno de mención, la modulación de la actividad del cerebro bajo la influencia de paradigmas con connotación cognitivo y emocional se ha hecho hincapié en DOC 26,27,28,29. Por lo tanto, DBS se pone de relieve no sólo como un tratamiento prospectivo para DOC crónica, sino también como un procedimiento clínico que se abre la posibilidad de estudiar la modulación de la actividad subcortical mediante el registro de los potenciales de campo locales (LFP) de las regiones intra y post-talámicas centrales operativamente.

En DBS, la implantación de neurocirugía de electrodos se basa en la técnica estereotáctica que tiene en cuenta de forma segura por las limitaciones anatómicas del cerebro, mientras que la estimulación del paciente se adapta a través de pruebas de estimulación de impulso intraoperatorias. LFP grabación de post-operatorio es posible después de la implantación inicial de electrodos de DBS y antes de la internalización del generador de impulsos. En particular, la presente protocolo es centered en grabaciones post-operatorias.

En combinación con LFPs, la grabación simultánea de la actividad cerebral cortical puede lograrse por ejemplo mediante electroencefalografía no invasiva (EEG) o magnetoencefalografía (MEG) 30,31. Estos dos métodos no invasivos son compatibles debido a su excelente resolución temporal. Si bien MEG es menos afectado que EEG por los efectos del cráneo 32, EEG parece ventajosa debido a que es menos afectado por los artefactos causados ​​por los implantes metálicos y movimientos de la cabeza y que puede ser utilizado en el lado de la cama del paciente 33. Por el registro simultáneo de la actividad cerebral cortical-subcortical (LFP y EEG / MEG) en respuesta a los paradigmas emocionales-cognitivas aplicadas, diferentes relaciones entre las oscilaciones cerebrales y el comportamiento podrían establecerse sobre la base de acoplamiento análisis tiempo-frecuencia 34. A su vez, dichos patrones podrían dar lugar a posibles biomarcadores de cognitiva individualizada del paciente y los estados emocionales y Optimization de parámetros de tratamiento teniendo en cuenta los ajustes individualizados.

Los siguientes objetivos del Protocolo invasivos y registro neurofisiológico no invasivo en el ser humano para la evaluación de la función cognitiva y emocional, especialmente a nivel cortical y subcortical (EEG y LFPS).

En primer lugar, los pasos de grabación neurofisiológicos ilustrados en el vídeo, que acompaña a la presente protocolo, corresponden a una grabación con un ejemplo paciente con trastorno del movimiento que realiza la llamada tarea de flancos (Ejemplo 1).

En segundo lugar, los pasos en el protocolo se discuten, centrándose en la metodología de análisis y resultados de las muestras tomadas de un ejemplo DBS crónica publicada en DOC 26 (Ejemplo 2).

Estos dos ejemplos ilustran la aplicabilidad del protocolo propuesto a los pacientes tratados con DBS con diferentes trastornos y varios paradigmas experimentales.

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Protocolo

El procedimiento DBS y grabaciones invasivos fueron aprobados por la Comisión de Ética de la Clínica Universitaria de Düsseldorf, Alemania.

1. Experimental paradigma de diseño y consentimiento del paciente

NOTA: Diseñar un paradigma experimental o seleccionar un paradigma experimental existente para llegar a un aspecto cognitivo / emocional de interés.

  1. Seleccionar a los pacientes que serán sometidos a DBS-tratamiento. Preguntar si el DBS-El paciente cumple los criterios de inclusión del estudio. Si es así, obtener el consentimiento informado firmado por el paciente y / o la comisión ética (si procede) para llevar a cabo una grabación post-operatorio y la aplicación de la respectiva paradigma cognitivo.
    Nota: La grabación post-operatorio tiene lugar al día siguiente después de una cirugía inicial DBS se lleva a cabo para la implantación de electrodos de DBS (junto con su correspondiente externalización de la cabeza por medio de cables especiales) y antes de una segunda cirugía se lleva a cabo rn el la implantación permanente de electrodos de DBS y estimulador.
    1. En la tarea de flancos (Ejemplo 1), obtener el consentimiento informado por escrito de un paciente con trastorno del movimiento (por ejemplo. De la enfermedad de Parkinson o Huntington) con el fin de llevar a cabo una grabación post-operatorio. El objetivo del experimento Flanker es poner a prueba la capacidad del paciente para la adaptación al error comportamiento y para determinar la forma en que dicha adaptación se refleja en la actividad oscilatoria cerebro a nivel cortical y subcortical.
      NOTA: La elección de un paciente es dictado por el mecanismo cognitivo ser abordado y el trastorno del paciente. En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), se seleccionó un paciente DOC mujer que sufría de una lesión en la cabeza a la edad de 38. Debido a la condición del paciente limitando el consentimiento informado, el tratamiento DBS y la participación experimental fue aprobado únicamente por el comité de ética local. El objetivo principal de la grabación DOC postoperatoria fue determinar sila función del cerebro en relación con el procesamiento cognitivo-emocional seguía intacto en un paciente con dicho trastorno grave de la conciencia.
  2. Elegir entre el tipo de estímulo que se presentará (auditiva, visual). Identificar el orden de la presentación del estímulo (bloque o diseño mixto). Seleccione la duración de los estímulos, intervalo entre estímulos (ISI) y el número de ensayos.
    1. Como un ejemplo práctico realizar la tarea de flancos (Ejemplo 1, Figura 1 A), para examinar la capacidad de adaptar el comportamiento en respuesta al compromiso de los errores de respuesta. Esta tarea consiste en estímulos visuales (puntas de flecha flanqueadas dispuestos verticalmente).
    2. Flanquear el estímulo objetivo (punta de flecha en el centro) con dos flechas adyacentes (por encima y por debajo del objetivo) ya sea apuntando en la dirección misma (compatible) o contrario (incompatibles), además, considerar dejar de ensayos (círculo en el centro).
    3. Presentar el objetivo hacia la izquierda o hacia la derecha, y pedir al participante para presionar a resPonse botón con su pulgar izquierdo o derecho. En los ensayos de parada, instruir a los participantes a no responder. flancos presentes 200 ms antes de meta. Visualización del objetivo de 300 mseg y establecer el intervalo de estímulo-respuesta a 2.000 ms (tiempo transcurrido se indica mediante un tono de señal). Presentar un total de cuatro bloques de 120 estímulos cada uno en esta tarea. compatibles presente (60%), incompatibles (20%) y los estímulos para dejar de ensayo (20%) al azar.
      NOTA: Este valor para el estímulo-intervalo se eligió para evitar un gran número de ensayos perdidas cuando se consideran los pacientes con discapacidad motoras. Flancos y de destino se desconectan de forma simultánea. Los pacientes fueron instruidos para responder lo más rápidamente posible.
      NOTA: En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2, Figura 1B), el paradigma experimental consistió en neutro voz de tipo no-direccionamiento y hacer frente a los estímulos familiarizado 26 en un diseño de bloques. La duración del estímulo fue puesta en marcha a 4 seg (con un 4 de 5 segundos entre estímulos intervalo aleatorio). A totAl de 80 ensayos por condición se considera en este paradigma (Figura 1B).
  3. Prever limitaciones y las necesidades físicas del paciente en un entorno de grabación de post-operatorio. Específicamente, determinar si el paciente es capaz de hacer uso de el teclado del ordenador teniendo en cuenta la presencia de movimientos excesivos corea (enfermedad de Huntington) o temblor (enfermedad de Parkinson).
    1. Asegúrese de que el paciente es capaz de ver el monitor (como el anestésico local o el marco de la cabeza durante la cirugía estereotáctica aplicada DBS puede haber causado hinchazón en la cara y alrededor de los ojos) y sentarse cómodamente durante la duración de todo el experimento. No lleve a cabo el experimento, si el paciente no cumple con estas condiciones.

2. Puesta en marcha de postoperatorio subcortical (LFPs) y los registros de superficie (EEG)

  1. Configurar el equipo de EEG (ver Materiales en los archivos complementarios) en la sala de waquí se llevará a cabo el experimento. Conectar el equipo de grabación para el sistema EEG. Iniciar el software de grabación de EEG (véase "Materiales" en los archivos complementarios).
  2. Haga clic en "Archivo" y luego "Nuevo espacio de trabajo" para definir el espacio de trabajo en el software de grabación de EEG especificando: una frecuencia de muestreo de 5 kHz, la mínima de corte (DC) y alta frecuencia de corte (1.000 Hz), canales de EEG de acuerdo con el sistema internacional 10/20 (al menos: fronto-central (Fz), centro-centro (CZ), fronto-polar de referencia (Fpz) y tierra (mastoides) y en función del paradigma además parieto-central (Pz) , occipito-central (Oz), temporal (T3 / T4), fronto-medial (F3 / F4) (/ F8 F7)) (Figura 2D) y la LFP canales, fronto-lateral (mediatecas 0, LFPL1, LFPL2, LFPL3 ( hemisferio izquierdo, la figura 2C); LFPR0, LFPR1, LFPR2 y LFPR3 (hemisferio derecho)). Haga clic en "Monitor" para verificar que los canales especificados se establecen ahora para su grabación.
    NOTA: El preparation de antemano del espacio de trabajo se recomienda con el fin de minimizar el tiempo de experimentación y para supervisar los cambios inesperados en la configuración de la grabación. Se recomienda para asegurar la más alta resolución temporal, configuración de filtros correctos, frecuencia de muestreo adecuada y correcta selección de los canales de interés.
  3. Configurar el equipo de estímulo mediante la conexión del puerto paralelo al sistema EEG. Ejecutar el software de estímulo. Haga clic en "Ejecutar" para comprobar la funcionalidad del paradigma en el monitor de la computadora (estímulos visuales) y / o altavoces (estímulos auditivos, las marcas de sonido). Make seguro marcadores (indicadores) de la computadora de estímulo se leen en el sistema de grabación durante la presentación de los estímulos y la respuesta del sujeto, al comprobar su aparición en el software de grabación de EEG.
    NOTA: Los disparadores de los dispositivos de estímulo deben tener una duración de al menos 200 microsegundos para ser detectado por el sistema de EEG (con la frecuencia de muestreo de 5 kHz). Dado que los factores desencadenantes son marcadores de eventos relaTed-eventos o actividad relacionada evocado que se producen en un período de tiempo especificado su función es crucial para el análisis de datos posteriores. En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), el paradigma experimental (Figura 1B) constaba de estímulos auditivos (familiares una voces desconocidas) por lo que los disparadores se establecieron al principio y al final de cada uno de los estímulos presentados. En el caso de la tarea de flancos (Figura 1A) disparadores se establecieron en el instante en que 1) los flancos y los estímulos diana aparecieron, 2) el paciente respondieron y 3) se escuchó un tono de señal para informar al paciente de que el tiempo de respuesta había transcurrido.
  4. Marcar el vértice de la cabeza del paciente como el punto medio entre el Nasion y inion mediante el uso de un rotulador piel y siguiendo el consejo de un especialista neurólogo experimentado o EEG. Además, marca elegida posiciones de los electrodos EEG utilizando el sistema de 10-20. Coloque los electrodos de superficie EEG en el cuero cabelludo por la limpieza de cada primera ubicación seleccionada con un isopropil gasa con alcohol y después del uso de pasta abrasiva.
    NOTA: Este tipo de acciones se ven limitados por la colocación de vendajes en la cabeza del paciente DBS. Sin embargo, un neurólogo experimentado debe ser capaz de definir un (aproximado) ubicación apropiada para cada electrodo / canal. Para asegurar el correcto contacto mover el pelo fuera del camino (si es aplicable). El uso de electrodos autoadhesivos garantizados con cinta quirúrgica podría ser utilizado debido a la facilidad de colocación.
  5. Conectar los electrodos de DBS externalizados a una extensión percutánea. Conectar la extensión percutánea al conector del cable externo. Conecte cada electrodo proporcionada por el conector del cable externo a la caja de control EEG de acuerdo con el registro del EEG puesta a punto. Conectar los electrodos en el cuero cabelludo EEG a la caja de control EEG enchufando primer motivo y referencia.
  6. Adjuntar EMG electrodos (electrodos de referencia y activos) en los músculos especificados por primera limpieza de la zona con una gasa con alcohol isopropílico. Conectar los electrodos EMG a la caja de control EEG.
    NOTA: Este paso es opcional y lleva a cabo principalmente cuando las tareas motoras se consideran en el paradigma o cuando se requiere para controlar la actividad de los músculos como en el caso de los pacientes con trastorno motor.
  7. Haga clic en "Monitor" para visualizar los datos. Asegúrese de que las señales de EEG y EMG aparecen en el monitor son y libre de impurezas mediante la detección de la presencia de temblores y los componentes de alta frecuencia superpuestas. Compruebe directrices sobre tipos de artefactos y otros factores relacionados con la grabación de señales electroencefalográficas 35 y / o solicitar la asesoría técnica de un neurólogo o un neurólogo experimentado hasta que se familiarice con el tipo de perturbaciones presentes en tales grabaciones fisiológicas.
    NOTA: Este paso es importante para asegurar que las señales de alta calidad para el análisis de datos fuera de línea.

3. La grabación de post-operatorio subcortical (LFPs) y la superficie (EEG) la actividad cerebral

  1. Proporcionar instrucciones para el paciente. Asegúrese de que el papa- es cómodo e instruir a él / ella para detener el experimento en cualquier momento de incomodidad.
  2. Haga clic en "Ejecutar" en el software de estímulo para que el paciente es capaz de ver el paradigma en el monitor y / o escuchar los tonos de referencia y sonidos. Realizar una sesión de entrenamiento con el paciente hasta que él / ella se siente cómoda con la tarea. Iniciar la grabación simultánea de subcortical (LFP) y la actividad cerebral cortical (EEG) mientras el paciente realiza la tarea experimental.
    NOTA: En el caso del ejemplo de caso DBS-DOC (Ejemplo 2) el paradigma consistía en estímulos auditivos en un diseño de bloques como se describe en (Figura 1B). En el caso de la tarea de flancos (Figura 1A), los estímulos visuales que corresponden a tres condiciones (compatible (60%), incompatibles (20%) y dejar al juicio (20%)) se presentaron al azar dentro de cada bloque (diseño mixto), cada bloque se compone de 120 estímulos y el paradigma consistió en un total de cuatro bloques. Después de que la tarea ha sido finalizado,los datos se almacenan en el disco duro del ordenador de grabación para el cribado más tarde fuera de línea y el análisis cuantitativo.

Análisis 4. Datos

NOTA: Los pasos mediante el uso de software de análisis de EEG:

  1. Abra el software de análisis del EEG (véase "Materiales" en los archivos complementarios) y haga clic en "Nuevo" para visualizar los datos registrados mediante la especificación de las rutas de carpetas (en bruto, de historia y de exportación) y el nombre de los datos. Haga clic en "Editar canales" para seleccionar los canales de interés. Cambiar el nombre de los canales si es necesario.
  2. Haga clic en "Canal Preprocesamiento" y luego "Nuevo Referencia" para volver a los contactos de referencia adyacentes DBS y así crear contactos bipolares virtuales para los hemisferios izquierdo y derecho. Repita este proceso para crear un montaje virtual para canales de EEG.
    NOTA: Un montaje de re-referencia bipolar es importante para minimizar los efectos de la conducción de volumen y para mejorar la fiabilidad espacial de las señales registradas. En el caso de la DBS-DOC case ejemplo (Ejemplo 2), se establecieron en marcha los siguientes canales bipolares DBS: LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, LFPR23 y EEG: CZ / Fz, Pz / CZ, Oz / Pz, T3 / CZ y T4 / CZ . Es digno de destacar que, si bien MEG registró señales son libres de referencia, las señales de EEG deben ser referenciados a establecer verdaderas señales de valor no cero arbitrario en un marco común. sistemas de referencia EEG existentes incluyen: CZ o referencia FPZ, promedio entre electrodos en los dos oídos, promedio de referencia (teniendo en cuenta todos los canales), de dos o de referencia de un solo mastoidea y el ruido de referencia. A efectos de análisis de datos, diferentes disposiciones de re-de referencia pueden utilizarse, por ejemplo contactos bipolares son adecuados cuando la orientación de análisis de acoplamiento de tiempo y frecuencia entre las señales de EEG y DBS.
  3. Haga clic en "inspección de los datos en bruto" a los datos de la pantalla en busca de artefactos fisiológicos y equipos relacionados con énfasis en las alteraciones trepidación de motor y equipo. Marcar los segmentos en los que los artefactos están presentes.
    norteNOTA: Cuando el registro de actividad del cuero cabelludo y la actividad subcortical de forma simultánea a través de cables de DBS externalizados, EEG aparece más robusto a los artefactos de ruido que técnicas como el MEG para el que los esfuerzos actuales están siendo dirigidas hacia la mejora de la relación señal-ruido. Debido que los pacientes con trastornos motores sufren de movimientos involuntarios como corea y el temblor de la aparición de artefactos jittering motor en las señales registradas tiene que tenerse en cuenta. Otras alteraciones se deben a ojo parpadea y artefactos relacionados con el equipo. Centrándose en el ejemplo de caso DBS-DOC (Ejemplo 2), la inspección artefacto se realizó mediante examen visual y artefactos fueron marcados manualmente. La única aplicación de un modo de inspección automática de artefactos no se recomienda ya que algunos artefactos pueden no ser reconocidos por un criterio especificado.
  4. Haga clic en "Filtrado de datos" y luego "Filtros IIR" para especificar un filtro de ranura: 50Hz (que trata de artefactos de línea eléctrica) y Butterworth fase cero Filtros por específying baja y los parámetros de corte alta. Haga clic en "Cambiar la frecuencia de muestreo" para reducir la resolución de las señales registradas con una frecuencia especificada y también especificar el tipo de interpolación.
    1. En el ejemplo DBS-DOC; establecido de corte baja: 1,0000 Hz, Constante de tiempo: 0.1592s, la pendiente: 48 dB / octava; Corte alto: 80.0000 Hz, Constante de tiempo: 0.1592 seg y 48 dB / octava y la disminución de la resolución de frecuencia de 512 Hz mediante el uso de la interpolación spline.
      NOTA: De forma opcional, realiza el filtrado por los scripts personalizados basados ​​en conocidas suites de código abierto: Fieltrip (http://www.fieldtriptoolbox.org/), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab/) y SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). En el caso de la primera, scripts de ejemplo se proporcionan en (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). Otras suites también proporcionan documentación detallada para llevar a cabo este paso.
      NOTA: reducción de muestreo en cualquier punto limitará el espacio de la frecuencia que está disponible para el análisis adicional de acuerdo con el teorema de Nyquist. Considerando el caso-ejemplo DBS-DOC, la frecuencia de muestreo seleccionada de 512 Hz es apropiada cuando se considera una banda de frecuencia de hasta 80 Hz.
      NOTA: Como alternativa, realice muestreo descendente por los scripts personalizados basados ​​en conocidas suites de código abierto: Salida de Campo (http://www.fieldtripbox.org), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab) y SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). En el caso de la primera, ejemplos de secuencias de comandos se proporcionan (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). Otras suites también proporcionan la documentación para llevar a cabo este paso.
  5. Exportación de canales bipolares de interés haciendo clic en "Exportar" y luego "datos genéricos". marcadores de datos de exportación (disparadores) haciendo clic en "Exportar" y luego "marcadores". Nombre de los archivos para ser exportados, seleccione un formato "txt".
    NOTA: Para utilizar la caja de herramientas Visita de campo en los próximos pasos que se sugiere para exportar canales de (.txt) Formato de multiplexado y también recomendared para incluir un archivo "vmrk" que incluye información sobre los canales exportados. También se sugiere utilizar un formato (.txt) para los marcadores exportados, mientras que la opción de omitir los marcadores correspondientes a las malas intervalos seleccionados en el paso 4) se ofrece.

NOTA: Los pasos mediante el uso de Salida de Campo:

  1. La puesta en marcha de MATLAB y hacer clic en "camino trazado" para añadir la ruta de la carpeta Salida de Campo en caso de que no se realiza de forma predeterminada.
  2. Poner los datos previamente pre-procesados ​​y los marcadores en una matriz de estructura celular que es compatible con las funciones dentro de Salida de Campo mediante la ejecución ( archivo de guión 1-complementario ) sin perder de especificar: El directorio que contiene los archivos de EEG y la LFP de la etapa 7 , nombres de los canales, frecuencia de muestreo, tiempo de la muestra, ensayos. (Opcional) Realizar rechazo de artefactos del código indicado "descomentar". Este script guarda los datos en un archivo especificado que se usarán en el next pasos.
  3. Calcular la potencia espectral de la LFP para los canales de interés mediante la ejecución ( archivo de guión 2-complementario ) sin perder de especificar: el directorio que contiene el archivo generado por (Guión 1), el método (wavelet o mtmconvol), el ancho de la ventana, el frecuencia de interés (FOI), período de interés (toi) de tiempo, y la corrección de línea de base de frecuencia (opcional). Definir el tipo de análisis estadístico y p-valor deseado.
    Nota: En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), análisis de poder se realizó considerando un tiempo de análisis de frecuencia de ondas de estímulo-bloqueado (wavelet Morlet (ancho = 5)) con forma cónica Hanning, un rango de frecuencia de 4-80 Hz y un período de tiempo comprendido entre -1 4 seg. Debido ondas que tienen una resolución variable en el tiempo y la frecuencia. Al seleccionar una onda, decidimos un compromiso entre la resolución temporal y espectral. En particular, ondas Morlet poseen un peso forma sinusoidalcado por un núcleo de Gauss que permite la captura de componentes oscilatorias locales en una serie de tiempo. Hacer que el parámetro de anchura más pequeña aumenta la resolución temporal a expensas de la resolución de frecuencia y viceversa. El ancho de banda espectral a una frecuencia F determinada es igual a F / anchura x 2 (para F = 40 Hz y anchura = 5, el ancho de banda espectral es 16 Hz), mientras que la duración wavelet es igual a la anchura / F / pi (para F = 40 Hz y anchura = 5 la duración wavelet es 39,8 ms). Se utilizó un clúster basado en (las variables de tiempo y frecuencia) enfoque de la asignación al azar para el análisis estadístico entre las condiciones (p-nivel de 0,05 en una prueba de dos caras) 39. Como un ejemplo de la salida obtenida mediante la realización de este paso por favor, observe la figura 4A y la Figura 4D. Análisis de la respuesta de tiempo-frecuencia se realizó mediante scripts personalizados en base a la Salida de Campo software de código abierto (http://www.fieldtriptoolbox.org/). Los detalles específicos sobre cómo personalizar una secuencia de comandos para llevar a cabo este paso puedese encuentran en http://www.fieldtriptoolbox.org/reference/ft_freqanalysis.
  4. Calcular la coherencia entre subcorticales y corticales mediante la ejecución de señales ( archivo de guión 3-Complementario ), sin olvidar especificar: longitud de los segmentos, porcentaje de superposición, frecuencia de interés. En cuanto al análisis estadístico especificar el tipo de análisis y p-valor deseado.
    Nota: análisis de coherencia mide la relación lineal entre dos series de tiempo con una relación constante de amplitudes 40. En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), se utilizaron segmentos de 1 s con 50% de superposición para el cálculo de la coherencia, centrándose en el intervalo de frecuencia entre 1 y 25 Hz. Un enfoque de la asignación al azar basado en grupos (las variables de tiempo y frecuencia) se utilizó para el análisis dentro de la materia de coherencia (p-nivel de 0,05 en una prueba de dos caras) 41. Además, la parte imaginaria de la coherencia se calculó 42.
    los Basic pasos para personalizar una secuencia de comandos para el análisis de la coherencia se describen en (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/coherence). Como un ejemplo de la salida obtenida mediante la realización de este paso por favor, observe la figura 4B.
  5. Calcular cruz de acoplamiento amplitud de fase de frecuencia (PAC) mediante la ejecución de la aplicación de software disponible como archivo complementario en referencia 43.
    Nota: En el caso de ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), el análisis transversal de frecuencia PAC se calculó mediante el uso de la totalidad de la grabación para diferentes combinaciones de canales bipolares libre de artefactos. En particular, normalizado directa PAC (ndPAC) 43 se prefiere porque permitió la determinación de acoplamiento significativa en los diferentes niveles estadísticos, mientras que la primera instalación a cero los acoplamientos no significativas (p-nivel: 0,1). Como resultado, los rangos de frecuencia para la fase y amplitud de acoplamiento podrían ser seleccionados sobre la base de su importancia. En el caso de ejemplo DBS-DOC, el rango de frecuencia de fase considerada was 3-22 Hz, mientras que el rango de frecuencia de amplitud se creó a 35-80 Hz. Los canales LFP-EEG seleccionadas para el análisis fueron PAC LFPR23 y EEGFzPz sobre la base del análisis de coherencia se realiza en el paso 5.5. Como un ejemplo de la salida obtenida mediante la realización de este paso por favor, observe la figura 4C.

figure-protocol-1
Figura 1: Ejemplo de paradigmas experimentales (A) (Ejemplo 1) tarea de flancos:. Estímulo objetivo (punta de flecha en el centro) está flanqueada por dos flechas adyacentes (por encima y por debajo del objetivo) ya sea apuntando en la misma (compatible) o contrario (incompatibles) dirección, también se consideraron los ensayos de parada (círculo en el centro). Cuando objetivo es apuntado hacia la izquierda o hacia la derecha, un participante tiene que pulsar un botón de respuesta con su pulgar izquierdo o derecho, respectivamente, en los ensayos de parada participantes reciben instrucciones de no responder. la Floridatarea nker utilizado aquí se modificó a partir de la versión inicialmente programado por el Prof. C. Beste y su grupo (por favor ver agradecimientos). (B) (Ejemplo 2) paradigma cognitivo-emotivo discurso utilizado en el caso-ejemplo DBS-DOC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Resultados

Para el caso del DBS-DOC (Ejemplo 2), que ahora proporcionan datos sobre la localización de destino para la implantación de DBS, diagramas esquemáticos de electrodos EEG LFP y establecieron, grabaciones de ejemplo de la actividad del EEG y la LFP (datos en bruto) y los resultados del análisis representativos:

La figura 2A muestra la trayectoria planeada (línea de color negro) proyectada sobre un atlas anatómic...

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Discusión

En contraste con las técnicas de grabación cerebral no invasivas como el cuero cabelludo-EEG y MEG, el marco propuesto grabación combinada invasiva y no invasiva neurofisiológica proporciona una excelente oportunidad para extraer información de las áreas corticales y subcorticales en relación con tareas cognitivas-emocional. Dicha información se refleja en la actividad oscilatoria en el cerebro y múltiples bandas de frecuencia diferentes niveles de organización en relación con el funcionamiento del cerebro 44.

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Divulgaciones

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por NEURON ERA-NET / BMBF Alemania (Tymon). las tasas de publicación están cubiertos por una subvención del Hospital Universitario de Düsseldorf. La tarea de flancos utilizado aquí se modificó a partir de la versión inicialmente programado por el Prof. C. Beste y su grupo 47.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
BrainAmp AmplifierBrain Products GmbH, Gilching AlemaniaCantidad: 2
BrainVision Recorder SoftwareBrain Products GmbH, Gilching Alemania1 Licencia 
Software BrainVision Analyzer Brain Products GmbH, Gilching Alemania1 Licencia 
Cables de fibra óptica y conectores USB BrainProducts GmbH, Gilching AlemaniaEstos vienen con el equipo mencionado anteriormente
Caja de entrada de electrodos (64 canales)Brain Products GmbH, Gilching AlemaniaCantidad: 1
gel de EEG  Natus IncCantidad: 1
Alcohol isopropílicoSchü LKE & Mayr GmbH, AlemaniaCantidad: 1
Gel preparador para la pielWeaver and Co, EE. UUCantidad: 1
MATLAB   Math-Works, Natick, Massachusetts, EE. UU.1 Licencia
FieldTrip toolboxhttp://www.fieldtriptoolbox.org/
Macroelectrodos de código abierto (modelo 3387 cable DBS cuadripolar)Medtronic Inc., Minneapolis, MN, EE. UUCantidad: 2
Cables de extensión percutáneo estériles (modelo 3550-05) Medtronic Inc., Minneapolis, MN, EE. UUCantidad: 2
Cable de bloqueo giratorio (modelo 3550-03)  Medtronic Inc., Minneapolis, MN, EE. UU.Cantidad: 2
conectores hechos a medida para conectores DIN 428092 a prueba deCantidad: 2
Kit de plomo de vércise DB -2201 Boston ScientificCantidad: 2
Kit de extensión de contacto NM-3138 Boston ScientificCantidad: 2
O.R. cabel & extensión SC-4100 A Cantidad de Boston Scientific: 2
conectores  a prueba de tacto Twente Medical Systems International B.V.Cantidad: 2
Tomógrafos Modell PQ2000 (Tomografías computarizadas postoperatorias)Philips Healthcare GmbH HamburgoCantidad: 1
Software de presentación (Flanker Task)Neurobehavioral systems Inc.1 Licencia 
Sistema MEGElekta Neuromag IncAlternativamente
Red de sensores EEG de alta densidad (128 o 256 canales)Electrical Geodesics Inc (EGI), EE. UU.Alternativamente
. . . contacto

Referencias

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