Grabación electrocorticográfica Humanos (ECoG) Las señales de la investigación neurocientífica y en tiempo real el mapeo cortical funcional

El objetivo de este procedimiento es obtener datos electrocorticográficos de calidad investigativa de pacientes que se someten a monitoreo clínico de epilepsia y utilizarlos para realizar una cartografía funcional en tiempo real. Esto se logra primero configurando un sistema de adquisición de señales de calidad investigativa que pueda conectarse al sistema clínico de monitoreo de epilepsia sin comprometer ni interrumpir el monitoreo clínico. El segundo paso en la cartografía funcional consiste en registrar señales basales mientras el paciente está despierto pero en reposo tranquilo.

A continuación, las señales se procesan para extraer características que representan la actividad cerebral en el rango de frecuencia gamma alta, y estas se utilizan para construir un modelo del estado cerebral basal del paciente. El paso final consiste en hacer que el paciente realice tareas cognitivas o motoras simples mientras los algoritmos de detección de novedades del sistema Siegfried resaltan las partes de la corteza donde la actividad gamma alta difiere significativamente del estado basal. En última instancia, el coeficiente de determinación en cada ubicación del electrodo muestra qué áreas corticales presentan una activación significativa durante la realización de la tarea.

Su participación se confirma luego mediante la cartografía por estimulación electrocortical, lo que facilita el procedimiento de cartografía y lo hace menos prolongado al proporcionar información complementaria. La ELECTROCORTICOGRAFÍA o ECOG se define por el uso de electrodos en rejilla y en forma de tira subdurales para registrar también las crisis habituales del paciente. Para estimular eléctricamente estos electrodos, ya sea uno o dos a la vez, se intenta interferir con ciertas funciones, como una función motora o una función lingüística, con el fin de elaborar un mapa de la corteza elocuente que debe preservarse durante la resección.

ECOG tiene una combinación de alta resolución temporal y alta resolución espacial que simplemente no se encuentra con otras técnicas de medición como el EEG o la resonancia magnética funcional. En particular, es la única manera de obtener grabaciones adecuadas de la actividad eléctrica cerebral en el rango de frecuencia gamma alta, que es un correlato muy informativo de una amplia gama de funciones cerebrales. ECOG es una técnica de registro invasiva en la que se colocan rejillas directamente sobre la superficie del cerebro, por lo que requiere una operación y solo se realiza en situaciones clínicas que necesitan cirugía.

Los pacientes suelen permanecer en la unidad de monitoreo de epilepsia durante aproximadamente una semana, hasta que los clínicos dispongan de suficiente información para localizar el foco convulsivo durante este período. Si el paciente da su consentimiento, puede participar en investigaciones, y siempre que no interrumpamos el monitoreo clínico, esto ofrece una ventana única de oportunidad para que los investigadores registren el cerebro humano en funcionamiento. En este video, demostraré cómo localizar los electrodos de ECOG mediante la coregistración de una resonancia magnética preoperatoria y un cd postoperatorio, y también mostraré una nueva forma de mapeo funcional basada en características gamma en las señales de ECOG. Antes de la cirugía, obtener una resonancia magnética estructural ponderada en T1 del cráneo del paciente, con 256 por 256 píxeles por corte, campo de visión completo, sin interpolación, un grosor de corte de un milímetro y, preferiblemente, cortes sagitales.

Luego, el día de la cirugía, observe el implante quirúrgico de las matrices y electrodos en forma de tira y obtenga fotografías digitales de los electrodos in situ, así como las anotaciones del neurocirujano sobre las ubicaciones implantadas. Después de la cirugía, obtenga imágenes de radiografía craneal postoperatoria, así como escáneres cerebrales por TC, que deben adquirirse de piel a piel con alta resolución, con un grosor de corte de un milímetro y sin ángulo. A continuación, utilice el paquete de software Curry para crear un modelo cortical tridimensional del cerebro del paciente a partir de la resonancia magnética preoperatoria y luego realice la co-registración de este modelo con las imágenes de TC posteriores al implante de la matriz.

Luego, haga clic con el botón derecho en cada posición de electrodo en orden y seleccione exportar el cursor para localizar. Para registrar las coordenadas tridimensionales de los electrodos, exporte la estructura cortical tridimensional del sujeto y las coordenadas de los electrodos en formato MATLAB. A continuación, cree una exportación, una película que muestre los electrodos mapeados sobre la superficie cerebral.

Además, asocie las coordenadas de los electrodos con áreas de Brodmann estándar utilizando un atlas automático de rejilla. Revise la información proveniente del modelo 3D, las imágenes de rayos X, las fotografías y las notas. Establezca un sistema de numeración para los electrodos y trabaje junto con los técnicos del hospital para asegurar que los electrodos estén conectados correctamente a las cajas divisoras.

Seguir esta numeración exactamente. Asimismo, crear un diseño esquemático para el aislamiento de los electrodos de modo que todas las posiciones de los electrodos puedan distinguirse claramente sin superposiciones. Seleccionar dos ubicaciones de electrodos que probablemente sean silenciosas electrocorticográficamente, alejadas de la corteza presuntamente elocuente, para usar como punto de tierra y referencia inicial.

A continuación, prepare una pila enlazada de amplificadores GUSB. Sincronícelos eligiendo uno como maestro; conecte su salida de sumidero a la entrada de sumidero S del otro e ingrese el número de serie del maestro como BCI dos mil.

Parámetro maestro de identificación del dispositivo. Conecte los enchufes de referencia azules entre sí y conecte los enchufes de tierra amarillos entre sí en el extremo derecho de la pila. Aquí conectará la referencia elegida al enchufe azul y la tierra al enchufe amarillo antes de que comience la sesión.

Prepare un archivo modelo do I nni que contenga la configuración de procesamiento de señales que el software Siegfried utilizará para construir un modelo. También prepare un archivo dot PRM o fragmentos separados dot PRM que contengan los parámetros que el sistema BCI 2000 utilizará para la adquisición y la visualización en tiempo real. Dos parámetros clave para Siegfried son las ubicaciones de los electrodos, que especifican la disposición 2D elegida para los electrodos del paciente, y el estado de los electrodos, que indica qué tareas se mapearán bajo qué condiciones.

Tenga en cuenta que el tiempo con el paciente es limitado. Por lo tanto, todos los procedimientos deben ser robustos, optimizados y probados de antemano. Elija un momento adecuado para sugerir grabaciones experimentales al paciente, dando aviso temprano en el día y también 15 minutos antes de la sesión.

Coloque el equipo en su lugar junto a la cama del paciente, luego conecte y encienda el monitor de video del paciente y saque la computadora del estado de hibernación. Además, conecte el sistema de adquisición de datos a las rejillas ECOG mediante los conectores divisores. Inicie el software BCI 2000.

Luego, con el parámetro de fuente visualizada habilitado, seleccione Configuración y haga clic derecho en el visor para establecer el filtro pasa-altos en un corte de cinco hercios. Tenga en cuenta que esta configuración solo afectará la visualización y no la recopilación de datos. Verifique la interferencia de la línea de ruido observando si la activación de un filtro de muesca en el visor produce una gran diferencia en la señal.

Si ocurre esto, intente reducirlo eliminando cualquier fuente de interferencia eléctrica, como cables no utilizados que produzcan crosstalk. Cambie los electrodos utilizados como referencia y tierra si es necesario. Si está utilizando un rastreador ocular, calíbrelo mediante el software de calibración proporcionado por el fabricante para evitar distracciones e interrupciones y minimizar posibles interferencias en la señal.

Asegúrese de que todos los televisores, radios y teléfonos móviles de la habitación estén apagados. Comience la sesión experimental registrando primero la actividad basal. Instruya al sujeto para que se relaje y permanezca inmóvil con los ojos abiertos.

Luego inicie el procesamiento de la señal simulada de la fuente GUSB y la presentación del estímulo. Módulos de la tarea. Registre seis minutos de actividad basal con iluminación cómoda en un ambiente silencioso.

A continuación, inicie la herramienta de interfaz gráfica de usuario (GUI) de datos al modelo configurada para extraer características en intervalos de cinco hercios desde 70 hasta 110 hercios, utilizando el método de máxima entropía para cada 500 milisegundos de datos. Presione construir modelo para generar un modelo probabilístico de las características espectrales seleccionadas utilizando mezclas de galio. Ahora, dé instrucciones precisas al paciente para la tarea experimental que se realizará en esta actividad.

El sujeto realizará cada tarea durante 10 segundos a la vez, en cada una de cinco repeticiones. Inicie los módulos de la tarea de presentación del estímulo y de la fuente GUSB amp Siegfried Sig Pro lava, y configure el operador para cargar el modelo probabilístico, el modelo cortical y las coordenadas de los electrodos en dos y tres dimensiones. Presione inicio en el operador para comenzar el experimento e iniciar el proceso de mapeo.

Los datos brutos se transmiten automáticamente junto con los marcadores de eventos hasta que se pulsa la suspensión o finaliza la ejecución del experimento; cada vez que se pulsa inicio o reanudación, se creará un archivo nuevo para evitar sobrescribir los datos anteriores durante cada tarea. El software Siegfried detecta la actividad ECOG relacionada con la tarea, que se presenta en mapas bidimensionales y tridimensionales del cortex actualizados continuamente. El tamaño y el tono rojo de cada círculo representan su importancia en la tarea en curso.

La escala de los círculos respecto a los valores máximos de R cuadrado puede controlarse mediante los deslizadores durante toda la sesión. Asegúrese de monitorear el comportamiento del paciente y las señales de ECOG para detectar posibles convulsiones, y esté listo para alertar inmediatamente y responder a las instrucciones del personal médico. Aquí vemos un ejemplo de radiografía lateral de un paciente representativo.

Los círculos amarillos marcan los electrodos implicados en el lenguaje receptivo, identificados posteriormente mediante la cartografía por estimulación electrocortical. Se muestra aquí una fotografía tomada durante la implantación de este paciente. Estos esquemas muestran los resultados de la cartografía de Siegfried en una disposición esquemática bidimensional.

El tamaño y el enrojecimiento de cada disco representan la importancia de la participación de cada electrodo en la tarea en relación con la línea base, y aquí la misma estadística se asigna al color en un modelo tridimensional del cerebro renderizado a partir de la resonancia magnética del paciente. Este video ha demostrado cómo se pueden registrar datos de ECOG humanos con fines de investigación y procesarlos en tiempo real utilizando la suite de software BCI 2000. Un ejemplo de una aplicación en tiempo real de BCI 2000 es la herramienta de mapeo funcional.

El mapeo Siegfried Siegfried puede realizarse en menos de 10 minutos, dependiendo del número de tareas que se realicen. Los resultados preliminares pueden observarse en cuestión de segundos, y se pueden obtener resultados estables en cinco a 10 repeticiones, cada una de las cuales dura 10 segundos. La ventaja del mapeo Siegfried es su relevancia funcional en toda la rejilla de forma simultánea, mientras que la estimulación eléctrica requiere la aplicación de corriente en cada sitio del electrodo, lo cual toma mucho más tiempo y potencialmente puede inducir convulsiones.

Aún realizamos mapeo eléctrico, pero utilizando inicialmente a Siegfried obtenemos un mapa preliminar rápido que atenúa considerablemente el proceso. En el futuro, la mejora del diseño de la rejilla permitirá, esperamos, aplicaciones distintas del monitoreo de la epilepsia, por ejemplo, en pacientes con accidente cerebrovascular, para restaurar la función, para el movimiento de extremidades protésicas y también para mejorar la comunicación en personas con parálisis de la musculatura vocal o con enfermedades del tipo ELA.

Gracias por ver.