Name: Peropératoire tâches comportementales chez les humains subissent de profondes Awake Chirurgie stimulation cérébrale (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-01-06T16:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Découvrez la stimulation cérébrale profonde pour étudier l'encodage neuronal chez l'humain éveillé. Cette méthode enregistre l'activité du noyau sous-thalamique pendant des tâches cognitives de prise de décision.

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1. Le recrutement des sujets et consentement <ol><li> Suite à l'évaluation clinique et consentement pour noyau subthalamique (NST) la stimulation cérébrale profonde (DBS) pour Maladie de Parkinson réfractaires, les informations de chaque patient est examiné afin de déterminer si il / elle répond aux critères de l'étude intra-opératoire (défini dans un Institutional Review Conseil a approuvé le protocole à l'Hôpital général du Massachusetts). </li><li> S'il est déterminé que le sujet répond aux critères de l'étude, un médecin membre du groupe d'étude (et non le chirurgien) se rapproche de la patiente pour discuter de la possibilité de participer à l'étude. </li><li> Le formulaire de consentement pour participer à l'étude est ensuite examiné et expliqué à ce sujet. Surtout, l'explication de l'étude souligne que la participation à l'étude est volontaire et que, à tout moment, il / elle a la possibilité de se retirer de la participation. Par ailleurs, il est alors souligné que leurs discussions à participer ou à se retirer dans l'étude n'a pas d'impact sur les soins médicaux dont il / elle recevra. </li><li> S'il est déterminé que le sujet comprend et accepte de participer à l'étude, il / elle signe le consentement éclairé approuvée et est inscrit à l'étude. </li></ol> 2. Comportementale de configuration et de la Formation Rig <ol><li> Comme une partie de la chirurgie DBS pour la maladie de Parkinson, les sujets sont admis à l'hôpital un jour avant la chirurgie. Ainsi, ce sera une occasion de former le sujet sur la tâche comportementale. Cette formation est essentielle car elle fournit une période de temps durant lequel le sujet peut apprendre à exécuter la tâche et de développer le confort avec ses règles, en supprimant les «effets d'apprentissage» confond (Se reporter à la discussion). </li><li> Un gréement portables comportement est amené à la chambre d'hôpital du sujet dans la nuit avant la chirurgie. </li><li> Ce banc est équipé de la tâche exacte comportement même où le sujet est requis pour effectuer le jour de l'étude intra-opératoire. <ol><li> Dans cet exemple, le sujet est appelé à jouer un jeu de cartes similaire au jeu de «guerre». Dans ce jeu, le sujet est nécessaire de parier (soit 20 $ ou 5 $) pour savoir si sa carte est supérieure à celle de l'ordinateur. Le but de cette tâche est de doser le rôle de la récompense et le risque sur le codage neuronal dans le STN. Afin d'inciter le sujet, on leur dit qu'ils seront payés un pourcentage de leurs gains. </li><li> Comme un moyen de réduire les combinaisons possibles (et confond en résulte), seules les cartes paires d'un costume unique sont utilisés (par exemple 2, 4, 6, 8 et 10 de pique). En tant que tel, les résultats potentiels et les attentes de la tâche peut être facilement calculé et analysé. </li><li> Dans chaque essai, le sujet voit d'abord un écran montrant leur carte distribuée au hasard, et le dos de la carte de l'ordinateur inconnu. L'écran affiche alors les deux options pari, 5 $ et 20 $. Basé sur la force relative de son / sa carte, le sujet indique que le pari avec un bouton-poussoir, après quoi l'écran affiche son / sa carte et la carte de l'ordinateur a révélé. Le dernier écran montre explicitement le montant gagné ou perdu. </li></ol></li><li> Le sujet est autorisé à jouer le jeu jusqu'à ce qu'ils comprennent bien les règles du jeu et d'effectuer à un niveau confortable. </li></ol> 3. Peropératoire - Expérimental Setup <ol><li> Une fois que le sujet a été placé sur la table d'opération, la plate-forme contenant le comportement, l'acquisition des données et des équipements de traitement du signal est amené dans la salle d'opération. Positionnement en forage doivent prendre en compte le flux de travail normales et les problèmes de stérilité liée à la mise en salle d'opération. </li><li> En tant que composants de ces appareils sont assemblés et démontés pour chaque session d'enregistrement, il est essentiel de vérifier toutes les connexions de l'équipement. Par conséquent, étant donné que chaque composant est connecté au système d'acquisition de données, il faut vérifier l'intégrité des données. Ces procédures doivent être fait au début de l'opération pour éviter d'avoir à résoudre ces questions au cours de la durée d'enregistrement critique. <ol><li> Tout d'abord, démarrer l'acquisition et l'équipement de traitement du signal. Connectez les sorties de l'appareil de traitement du signal sur les entrées de la plate-forme d'acquisition. Dans le cas de cette étude, nous serons l'acquisition de trois extra-cellulaire des canaux potentiels d'action correspondant à trois para-sagittale orientée électrodes qui seront avancées dans le cerveau du sujet pendant la chirurgie. Allumez l'un des amplificateurs à la fois pour s'assurer que le système d'acquisition est l'acquisition des signaux. </li><li> Fixez le moniteur à la table d'opération en position de visualisation confortable en utilisant un adaptateur approprié. </li><li> Si un périphérique d'entrée (joystick, boîte à boutons, clavier, etc) est utilisé, la position de ce dispositif, attention à la latéralité par rapport au côté du cerveau à partir de laquelle les enregistrements seront obtenus. Assurez-vous que la main du sujet est confortablement installé pour faire fonctionner le périphérique d'entrée. Pensez à demander à l'anesthésiste secure le moniteur d'oxygénation d'impulsion, d'autre part pour assurer le bon fonctionnement de l'appareil. Dans cette tâche, nous utilisons une boîte à boutons. </li><li> Démarrez le système de comportement et de s'assurer que des marqueurs d'événements comportementaux sont capturées par la plate-forme d'acquisition. </li><li> Démarrer la tâche comportementale et permettre au sujet de jouer un peu d'essais de la tâche. Pendant ce temps, s'assurer que le système d'acquisition est la capture des entrées boîte à boutons et les marqueurs comportementaux générés par la plate-forme de comportement. </li><li> Si toutes les connexions sont fonctionnels, arrêter la tâche comportementale et le gréement d'acquisition. </li></ol></li></ol> 4. Isolement des neurones noyau sous-thalamique <ol><li> Les objectifs de la chirurgie sont à placer chroniques DBS conduit dans la région motrice du STN. Ce placement est réalisé par une combinaison de l'imagerie stéréotaxique et enregistrements neuophysiological. </li><li> Les détails de la planification et la procédure stéréotaxique chirurgicale elle-même sera bien entendu varier selon les établissements, mais le processus général est similaire. Lors de notre institution, un cadre stéréotaxique Cosman-Roberts-Wells et de la cage repères est appliquée et une tête scanner obtenu. Le CT avec repères est fusionné avec un cerveau préalablement obtenu volumétrique par IRM sur un système de neuro-navigation (StealthStation, Medtronics, Minneapolis, MN, ou BrainLab VectorVision, Feldkirchen, Allemagne). Les coordonnées de la région du cerveau cible (STN dans ce cas) sont convertis en base de trames coordonnées. Dans la salle d'opération, le patient est positionné confortablement dans une position semi-allongée, et préparé et drapé en utilisant la norme technique chirurgicale. Les coordonnées de la gauche STN sont programmés dans le cadre, qui est positionnée sur le patient. La peau est incisée et rétractée. Burr trous sont placés, et une petite ouverture durale créé. Canules attaché à un microdrive sont amenés en position et avancé jusqu'à l'extrémité de la canule de 25 mm dessus de la cible. </li><li> Une fois que les canules sont avancés dans le cerveau, les stylets internes sont supprimées et remplacées par impédance élevée (0,3 - 1 méga-ohms) microélectrodes (FHC, Bowdoin, ME). La plate-forme de traitement du signal de pré-amplificateurs sont connectés à chaque électrode et le canal de référence différentiel est connecté à la canule extérieure. </li><li> Sur la plate-forme de traitement du signal des amplificateurs sont allumés et le signal extra-cellulaire est évaluée. En outre, l'impédance de chaque électrode est vérifiée avant d'avancer plus loin dans le cerveau. </li><li> Le chirurgien progrès des électrodes lentement (de 0.05 à 0.4 mm étapes) dans le cerveau. Les électrodes sont avancés à partir de 25mm de la cible calculée vers le RTC. Cette trajectoire se traduit par l'électrode en passant par le noyau caudé, le thalamus, le inserta zona, et enfin dans les STN. </li><li> Une fois les électrodes sont entrés dans le STN, le physiologiste manipule des membres controlatéraux du patient comme un moyen d'établir si le signal neuronal est réceptif moteur. Lorsque le chirurgien et l'expérimentateur sont satisfaits de la position des électrodes, la tâche comportementale peut être démarré. </li></ol> 5. Acquisition de données <ol><li> Avant de commencer la tâche comportementale, il est important de documenter la profondeur de la microélectrodes et la réactivité du moteur du neurone isolé (s). </li><li> Le sujet est alors demandé que la tâche va commencer. S'assurer que la boîte à boutons est toujours confortablement installé et que le moniteur complètement visible. </li><li> Démarrer l'acquisition de données et d'acquérir son activité de base pour au moins 1 minute avant de commencer la tâche comportementale. </li><li> Comme le sujet exécute la tâche, il est important de surveiller les données capturées. Avec toute perturbation dans l'acquisition, la tâche doit être arrêtée et le problème corrigé. </li><li> Dans l'étude actuelle, le sujet est demandé d'effectuer 120 essais pour chaque profondeur STN. </li><li> Les tâches peuvent être effectuées à plusieurs reprises pour chaque profondeur dans le STN, mais il ya des limites à la durée de ces études intra-opératoire (décrit plus loin dans la discussion). Nous limitons le temps d'enregistrement expérimental de 30 minutes pour éviter l'inconfort du patient et la prolongation indue de la chirurgie. Par ailleurs, le sujet a la possibilité de rejeter d'autres enregistrements à tout moment, dans ce cas, la tâche comportementale est arrêté et reprend la chirurgie. </li><li> Une fois l'étude terminée, les données sont sauvegardées et archivées pour une analyse ultérieure. </li></ol> 6. Analyse des données <ol><li> Premièrement, les signaux neuronaux sont discriminés dans l'horodatage pic individuels en utilisant un logiciel disponible dans le commerce. </li><li> Les codes tâche comportementale sont ensuite analysées, et l'horodatage de l'activité neuronale sont alignés en utilisant le code script dans Matlab. </li></ol> Les résultats représentatifs: La figure 1 illustre les résultats représentatifs à partir d'un simple neurone STN enregistrées au cours du jeu War décrit ci-dessus. Le tpanneaux op dépeignent rasters centrée sur quatre époques behaviorally pertinentes à la tâche: la période de fixation avant chaque procès, présentation de la carte du sujet, l'appuyer sur le bouton indiquant l'objet du pari, et présentation de la carte de l'ordinateur. Les panneaux du bas représentent binned (50 bacs ms) histogrammes de temps péri-stimulus (PSTHs). Ce neurone ne réagit pas vigoureusement aux présentation de la carte du sujet, mais augmente de façon significative ses tirs autour du bouton poussoir. Cette activité dure jusqu'à la carte de l'ordinateur est révélée, au cours de laquelle de tir diminue aux niveaux de base. <img src="/files/ftp_upload/2156/2156fig1.jpg" alt="Figure 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figure 1"> Figure 1. Représentant STN neurone. Rasters (haut) et péri-stimulus de temps histogrammes (PSTHs) centré sur le plan comportemental époques pertinentes sont représentés par un représentant seul neurone STN. Ce tir neurone augmente significativement dans le temps de la bouton-poussoir indiquant l'objet du pari.

<ol><li>Benabid, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+%28thalamotomy+and+stimulation%29+stereotactic+surgery+of+the+VIM+thalamic+nucleus+for+bilateral+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Combined (thalamotomy and stimulation) stereotactic surgery of the VIM thalamic nucleus for bilateral Parkinson disease.</a> Appl. Neurophysiol. 50 (1-6), 344-344 (1987).</li>
<li>Deuschl, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized+trial+of+deep-brain+stimulation+for+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22N.+Engl.+J.+Med%22%5BJournal%5D)">A randomized trial of deep-brain stimulation for Parkinson's disease.</a> N. Engl. J. Med. 355 (9), 896-896 (2006).</li>
<li>Gale, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+symphony+to+cacophony%3A+Pathophysiology+of+the+human+basal+ganglia+in+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci.+Biobehav.+Rev%22%5BJournal%5D)">From symphony to cacophony: Pathophysiology of the human basal ganglia in Parkinson disease.</a> Neurosci. Biobehav. Rev. , (2007).</li>
<li>Williams, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+anterior+cingulate+neurons+and+the+integration+of+monetary+reward+with+motor+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Human anterior cingulate neurons and the integration of monetary reward with motor responses.</a> Nat. Neurosci. 7 (12), 1370-1370 (2004).</li>
<li>Zaghloul, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+substantia+nigra+neurons+encode+unexpected+financial+rewards%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Human substantia nigra neurons encode unexpected financial rewards.</a> Science. 323 (5920), 1496-1496 (2009).</li>
</ol>

La chirurgie de stimulation cérébrale profonde offre une occasion précieuse pour examiner l&#39;activité de neurones individuels dans le cerveau humain. À ce jour, cette opportunité a permis à de nombreuses études descriptives qui caractérisent les activités de différents noyaux profonds. Plus récemment, en per-opératoire des tâches sont devenues plus sophistiquées afin d&#39;examiner divers aspects du comportement et la cognition. Le but du protocole actuel est de fournir un guide pour la mise en œuvre réussie intra-op...

* Indique que cette objets peuvent être remplacer par du matériel ou des logiciels comparables; ** Indique que le substitut National Instruments composants peuvent être utilisés (voir <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> pour la compatibilité); *** Voir <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> pour des toolboxs Matlab nécessaire.

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Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

La stimulation cérébrale profonde (DBS) est une procédure chirurgicale qui dirige chroniques, la stimulation électrique à haute fréquence à des cibles spécifiques dans le cerveau par des électrodes implantées. La stimulation cérébrale profonde a d&#39;abord été mis en œuvre comme une modalité thérapeutique par Benabid et al. Dans la fin des années 1980, quand il a utilisé cette technique pour stimuler le noyau ventral intermédiaire du thalamus pour le traitement des tremblements 1. Actuellement, la procédure est utilisée pour traiter les patients qui ne répondent pas adéquatement au traitement médical pour des maladies telles que Parkinson, dystonie, et le tremblement essentiel. L&#39;efficacité de cette procédure pour le traitement de la maladie de Parkinson a été démontrée dans le bien-alimentés, deux essais contrôlés randomisés. Actuellement, l&#39;Administration US Food and Drug DBS a approuvé comme traitement pour les patients présentant un tremblement essentiel médicalement réfractaire, la maladie de Parkinson, et la dystonie. De plus, la DBS est actuellement évalué pour le traitement d&#39;autres troubles psychiatriques et neurologiques, tels que le trouble obsessionnel compulsif, le trouble dépressif majeur, et l&#39;épilepsie. DBS a non seulement été montré pour aider les gens en améliorant leur qualité de vie, il fournit également aux chercheurs l&#39;occasion unique d&#39;étudier et de comprendre le cerveau humain. Enregistrements de microélectrodes sont réalisés en routine lors de la chirurgie DBS afin d&#39;améliorer la précision du ciblage anatomique. Schémas des neurones individuels peuvent donc être enregistrés alors que le sujet effectue une tâche comportementale. Les premières études utilisant ces données axées sur les aspects descriptifs, y compris les tirs et les taux de l&#39;éclatement, et 3 modulation de fréquence. Des études plus récentes ont porté sur les aspects cognitifs du comportement par rapport à l&#39;activité neuronale 4,5. Cet article propose une description des méthodes per-opératoire utilisé pour effectuer des tâches comportementales et enregistrer des données neuronales avec les patients éveillés pendant des cas DBS. Notre exposition du processus d&#39;acquisition de données électrophysiologiques illuminera la portée actuelle et les limites de per-opératoire des expériences humaines.

La chirurgie de stimulation cérébrale profonde est une occasion unique d&#39;examiner l&#39;encodage des informations dans le cerveau éveillé humaine. Cet article décrit intra-opératoire les méthodes utilisées pour effectuer des tâches cognitives et comportementales, tout en acquérant des données physiologiques telles que l&#39;activité EMG, une seule unité neuronale et / ou potentiels de champ local.

Peropératoire tâches comportementales chez les humains subissent de profondes Awake Chirurgie stimulation cérébrale

La stimulation cérébrale profonde (SCP) est une procédure chirurgicale qui dirige une stimulation électrique chronique à haute fréquence vers des cibles spécifiques du cerveau grâce à ...

La chirurgie de stimulation cérébrale profonde offre l'opportunité d'examiner l'information et le codage dans le cerveau humain éveillé en effectuant des enregistrements microélectrodes chez un sujet humain réalisant des tâches comportementales. Dans cet exemple, les sujets sont d'abord entraînés à jouer à un jeu de cartes informatique simple impliquant risque et récompense. Le sujet est ensuite préparé pour la chirurgie de stimulation cérébrale profonde, et des microélectrodes sont insérées dans la région cible du cerveau.Dans ce cas, les signaux neuronaux du noyau sous-thalamique sont enregistrés pendant que le sujet répète le jeu de cartes. Les données recueillies démontrent le rôle du risque et de la récompense dans le codage neuronal au niveau du STN.Bien que les objectifs de l'expérience puissent varier selon le noyau ciblé pour la chirurgie. Au départ, la DVS était principalement utilisée pour les troubles moteurs tels que le tremblement essentiel, la maladie de Parkinson et la dystonie. Plus récemment, elle est utilisée pour l'investigation de traitements contre la dépression et le trouble obsessionnel-compulsif.Cette tâche comporte donc une composante motrice et une compos

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Médecine

Source : Selvakumar, T., et al., Analyse des changements d’expression génique dans l’hippocampe du rat après une stimulation cérébrale profonde du noyau thalamique antérieur. J. Vis. Exp. (2015)Cette vidéo montre la procédure d’implantation d’électrodes dans le cerveau du rat pour appliquer une stimulation cérébrale profonde (SCP), qui module l’activité neuronale et améliore la communication avec l’hippocampe, favorisant ainsi la survie neuronale et la neurogenèse.

Effets de la stimulation cérébrale profonde sur l’activité neuronale de l’hippocampe dans un modèle de rat

Cette vidéo montre le processus d’enregistrement de l’activité neuronale corticale et sous-corticale à l’aide d’électroencéphalographies (EEG) et d’électrodes de stimulation cérébrale profonde (DBS) lors d’un test de stimulation visuelle basé sur l’attention.

Enregistrement de l’activité neuronale corticale et sous-corticale à l’aide de systèmes d’électrodes

Ce protocole décrit un procédé standard pour l'imagerie fonctionnelle simultanée de résonance magnétique et la stimulation cérébrale profonde dans le rongeur. L'utilisation combinée de ces outils expérimentaux permet l'exploration de l'activité aval mondiale en réponse à une stimulation électrique à pratiquement n'importe quelle cible de cerveau.

La stimulation cérébrale profonde avec simultanée IRMf chez les rongeurs

Les patients implantés avec des électrodes intracrâniennes offrent une occasion unique pour enregistrer les données neurologiques de multiples zones du cerveau lorsque le patient effectue des tâches comportementales. Ici, nous présentons une méthode d'enregistrement des patients implantés qui peuvent être reproductible à d'autres institutions ayant accès à cette population de patients.

Exécution de tâches comportementales chez des sujets atteints intracrâniennes électrodes

Le mécanisme sous-jacent aux effets thérapeutiques de la chirurgie de stimulation cérébrale profonde (SCP) doit être étudié. Les méthodes présentées dans ce manuscrit décrivent une approche expérimentale pour examiner les événements cellulaires déclenchés par la SCP en analysant le profil d’expression génique des gènes candidats qui peuvent faciliter la neurogenèse après une chirurgie de SCP.

Analyse des modifications d&#39;expression génique dans l&#39;hippocampe de rat après stimulation cérébrale profonde de l&#39;antérieur thalamique Nucleus

Stéréotaxique électroencéphalographie (SEEG) est une technique opératoire utilisé dans la chirurgie de l'épilepsie pour aider à localiser la saisie foyers. Il offre également une occasion unique d'étudier le fonctionnement du cerveau. Ici, nous décrivons comment la SEEG peut être utilisée pour étudier les processus cognitifs chez les sujets humains.

Étude de la fonction de Deep corticale et structures sous-corticales Utilisation stéréotaxique électroencéphalographie: Leçons du cortex cingulaire antérieur

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Le présent protocole vise à évaluer les fonctions cognitives-émotionnelles dans les ganglions de la base par l’enregistrement neurophysiologique simultané des potentiels de champ local et de l’activité corticale cérébrale (EEG) non invasive. La procédure est illustrée par l’utilisation de paradigmes impliquant des stimuli de parole à connotation émotionnelle ou la tâche de Flanker impliquant le contrôle cognitif.

Combiné Fonctions envahissantes et sous-corticales Surface non-invasive neurophysiologique Enregistrements pour l&#39;évaluation des fonctions cognitives et émotionnelles chez les humains

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