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

La chirurgie de stimulation cérébrale profonde offre la possibilité d’examiner l’information et le codage dans le cerveau humain éveillé en prenant des enregistrements de micro-électrodes sur un sujet humain effectuant 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 une stimulation cérébrale profonde, une intervention chirurgicale et des micro-électrodes sont insérées dans la région cible du cerveau.

Dans ce cas, les signaux neuronaux STN sont enregistrés au fur et à mesure que le sujet se répète. Le jeu de cartes. Les données recueillies démontrent le rôle du risque et de la récompense sur l’encodage neuronal dans le STN.

Bien que les objectifs de l’expérience puissent varier en fonction du noyau ciblé pour la chirurgie. Au début, la DVS était principalement utilisée pour les troubles moteurs tels que le tremblement essentiel, la maladie de Parkinson et la dystonie. Plus récemment, il est utilisé pour la recherche dans le traitement de la dépression et du trouble obsessionnel compulsif.

Cette tâche a donc à la fois une composante motrice et une composante contingente de récompense que nous avons enregistrée dans le noyau sous-thalamique, qui se trouve à l’interface des systèmes moteur et limbique du cerveau. Il s’agit donc d’une patiente de 62 ans. Elle est très gentille.

Elle souffre de la maladie de Parkinson depuis environ 10 ans. Et les caractéristiques classiques de la maladie de Parkinson, elle a, donc elle a des tremblements, elle a de la raideur et elle a une lenteur de mouvement. Et elle a d’abord bien réagi aux médicaments, ce qui est bon signe car cela nous indique qu’il s’agit d’une véritable maladie de Parkinson.

Mais ensuite, comme dans de nombreux cas, avec le temps, les médicaments deviennent moins efficaces. En gros, les patients deviennent cassants, de sorte que lorsqu’elle cesse de prendre ses médicaments, elle présente des symptômes très graves de la maladie de Parkinson. Elle tremble, elle est rigide, elle est lente.

Et puis, lorsqu’elle prend ses médicaments, elle souffre d’un autre type de trouble du mouvement appelé dyskinésie où elle bouge trop et il n’y a plus de juste milieu. C’est donc le moment où la chirurgie est une intervention utile, car elle élimine vraiment ces fluctuations profondes et met les gens à égalité. Et fondamentalement, ils sont à leur meilleur niveau qu’ils ne le seraient avec leurs médicaments.

C’est donc le but de la chirurgie. Et la chirurgie elle-même, que nous ciblons sur deux parties du cerveau sont potentiellement disponibles. L’un d’eux s’appelle le noyau sous-thalamique.

C’est ce que nous avons fait aujourd’hui. Et l’un d’eux s’appelle l’interniste globus palus. Et les deux sont à peu près aussi efficaces.

Et la façon dont nous les ciblons est que nous utilisons une combinaison de choses. Nous le faisons de manière stéréotaxique en utilisant la tomodensitométrie et l’IRM. Nous les ciblons à l’aide de la physiologie en faisant des enregistrements de microélectrodes.

Et ceux-ci sont très importants parce qu’ils nous disent, vous savez, à un niveau de résolution spatiale très élevé, les limites du noyau, les limites inférieures supérieures, et nous, et non seulement cela, mais aussi pour nous assurer que nous sommes dans la partie motrice du noyau. Et enfin, lorsque nous mettons l’électrode permanente, nous stimulons à nouveau pour confirmer que nous sommes au bon endroit. Nous faisons donc toutes ces choses de toute façon pour traiter le patient.

Et nous faisons de toute façon des enregistrements de microélectrodes, ce qui nous donne juste une fenêtre lorsque nous avons les micro-électrodes en place. C’est une occasion rare d’étudier l’activité neuronale dans le cerveau humain, ce que vous n’auriez jamais eu l’occasion de faire autrement. Mais comme nous le faisons de toute façon et que les électrodes sont là de toute façon, alors nous prenons 20 à 30 minutes de plus pour faire, vous savez, toutes les expériences qui nous intéressent.

Et ce sont généralement des expériences liées au contrôle moteur, à la prise de décision, à l’apprentissage ou à la motivation, ce genre de choses. Et presque tous impliquent, vous savez, un écran vidéo et une tâche simple que le sujet effectue, qu’il s’agisse de déplacer un joystick ou d’appuyer sur un bouton, ce genre de choses. Des enregistrements de microélectrodes sont régulièrement effectués pendant la chirurgie DBS, offrant aux chercheurs une occasion unique d’enregistrer les modèles de décharge des neurones individuels pendant qu’un sujet effectue une tâche comportementale.

Dans le cadre de la chirurgie DBS pour la maladie de Parkinson, les patients sont admis à l’hôpital un jour avant l’opération. C’est l’occasion de former le patient à la tâche comportementale avant l’opération. Cette opportunité s’avère extrêmement utile lorsque la tâche comportementale est difficile sur le plan cognitif.

Le jour de l’opération, un appareil comportemental portable est mis en place pour le sujet dans le cas où le sujet est formé la nuit précédant l’opération, le appareil est équipé exactement de la même tâche comportementale, que le sujet est tenu d’effectuer peropératoirement. Dans cet exemple, on demande au sujet de jouer à un jeu de cartes similaire au jeu de guerre. Dans le jeu, le sujet mise soit 20, soit 5 pour savoir si sa carte est supérieure à celle de l’ordinateur.

L’objectif de cette tâche est d’évaluer le rôle de la récompense et du risque sur l’encodage neuronal dans un noyau ophtalmique afin de réduire les combinaisons potentielles et les facteurs de confusion qui en résultent. Seules les cartes paires d’une seule couleur sont utilisées dans chaque épreuve. Le sujet voit d’abord un écran représentant sa carte distribuée au hasard et le dos de la carte de l’ordinateur inconnu.

L’écran affiche ensuite deux options de mise, 5 et 20 en fonction de la force relative de sa carte. Le sujet indique le pari en appuyant sur un bouton, après quoi l’écran affiche sa carte et la carte de l’ordinateur révélée. L’écran final indique explicitement le montant gagné ou perdu.

Le sujet est autorisé à jouer au jeu jusqu’à ce qu’il comprenne parfaitement les règles et puisse performer à un niveau confortable. Voyons maintenant le dispositif expérimental peropératoire le lendemain de la formation. Une fois le sujet positionné sur la table d’opération, apportez dans la salle d’opération le dispositif contenant l’équipement d’acquisition de données comportementales et de traitement du signal.

Le positionnement de l’appareil doit tenir compte du flux de travail normal et des problèmes de stérilité liés au cadre de la salle d’opération. Comme les composants de ces plates-formes sont assemblés et démontés pour chaque session d’enregistrement, il est essentiel de vérifier toutes les connexions de l’équipement. Par conséquent, comme chaque composant est connecté au système d’acquisition de données, vérifiez l’intégrité du premier démarrage des données, de l’acquisition et de l’équipement de traitement du signal.

Connectez les sorties de la plate-forme de traitement du signal aux entrées de la plate-forme d’acquisition. Dans cette étude, trois canaux de potentiel d’action extracellulaire sont acquis, correspondant à trois électrodes orientées paraag qui sont avancées dans le cerveau du sujet pendant la chirurgie. Allumez les amplificateurs un par un pour vous assurer que le système d’acquisition acquiert les signaux.

À l’aide d’un adaptateur approprié, fixez le moniteur à la table d’opération dans une position de visualisation confortable. Assurez-vous que la main du sujet est confortablement positionnée pour faire fonctionner le périphérique d’entrée utilisé pendant la tâche. Démarrez maintenant le système comportemental et assurez-vous que les marqueurs d’événements comportementaux sont capturés par la plate-forme d’acquisition.

Démarrez la tâche comportementale et laissez le sujet jouer quelques essais de la tâche pendant ce temps. Assurez-vous que le système d’acquisition capture les entrées de la boîte de boutons et les marqueurs comportementaux générés par la plate-forme comportementale avec les expériences configurées et prêtes à l’emploi. Voyons comment les neurones STN sont isolés chirurgicalement.

Les objectifs de la chirurgie sont de placer des sondes de SCP chroniques dans la région motrice du STN. Le déplacement est réalisé grâce à une combinaison d’imagerie stéréotaxique et d’enregistrements neurophysiologiques à l’hôpital général de Mass. Un cadre stéréotaxique et une cage de repère de Cosman Roberts Wells sont appliqués et une tomodensitométrie de la tête est obtenue.

La TDM avec repères est fusionnée avec une IRM cérébrale volumétrique précédemment obtenue sur un système de neuronavigation. Dans la salle d’opération, le patient est positionné confortablement en position semi-allongée et préparé et drapé à l’aide d’une technique chirurgicale standard. Les coordonnées du STN gauche sont programmées dans le cadre, qui est positionné sur le patient.

Le chirurgien incisive et rétracte la peau. Des trous de fraise sont placés et une petite ouverture en duro est créée. Les canules fixées à un micro-entraînement sont mises en position et avancées jusqu’à ce que l’extrémité de la canule soit à 25 millimètres au-dessus de la cible.

Une fois que la canule est avancée dans le cerveau, les styles internes sont retirés et remplacés par des micro-électrodes à haute impédance. Les bancs de traitement du signal, les préamplificateurs sont connectés à chaque électrode et le canal de référence différentiel est connecté à la canule externe. Sur la plate-forme de traitement du signal, allumez les amplificateurs et évaluez l’extracellulaire ou le signal.

De plus, vérifiez l’impédance de chaque électrode avant de l’avancer plus loin dans le cerveau. Une fois que tout a été vérifié, le chirurgien avance lentement l’électrode avec des pas de 0,05 à 0,4 millimètre dans le cerveau. Les électrodes ont avancé à partir de 25 millimètres de la cible calculée vers le S St N. Cette trajectoire aboutit au passage de l’électrode à travers le noyau huit de la CAU, le thalamus, la zone Serta, et enfin dans le SDN.

Une fois que les électrodes sont entrées dans le SDN, le physiologiste manipule les membres controlatéraux du patient afin d’établir si le signal neuronal est réactif moteur. Lorsque le chirurgien et l’expérimentateur sont satisfaits de la position des électrodes, la tâche comportementale peut être initiée. Avant de commencer la tâche comportementale, il est important de documenter la profondeur des micro-électrodes et la réactivité motrice du neurone isolé.

Ensuite, indiquez au sujet que la tâche va commencer. Assurez-vous que la boîte à boutons est toujours confortablement positionnée et que le moniteur est bien visible. Démarrez l’acquisition de données et acquérez l’activité de base pendant au moins une minute avant de commencer la tâche comportementale.

Au fur et à mesure que le sujet effectue la tâche, il est important de surveiller les données capturées. En cas d’interruption de l’acquisition, la tâche doit être arrêtée et le problème corrigé. Les tâches peuvent être effectuées plusieurs fois pour chaque profondeur.

Dans le STN, cependant, l’enregistrement expérimental est limité à 30 minutes pour éviter l’inconfort du patient et la prolongation excessive de la chirurgie. Commençons. Pouvez-vous ouvrir et fermer votre main pour que je porte une ampoule ?

Bien.Nous allons faire le tour de votre pied droit. Répétez après moi. J’adore le pud de tapioca.

J’ai pris un train pour Topeka, au Kansas. Voici les résultats représentatifs d’un seul neurone STN enregistré pendant le jeu de guerre. Les RA sont centrées sur quatre époques comportementales pertinentes dans la tâche, la période de fixation avant chaque présentation d’essai de la carte du sujet, la pression sur le bouton indiquant le pari du sujet et la présentation de la carte de l’ordinateur montrée ici sont des histogrammes de temps de courbure par stimulus.

Ce neurone ne répond pas de manière robuste à la présentation de la carte du sujet, mais augmente considérablement son déclenchement autour de la pression du bouton. Cette activité dure jusqu’à ce que la carte de l’ordinateur soit révélée, après quoi les tirs diminuent jusqu’aux niveaux de base. Cette technique mesure les réponses des neurones individuels du cerveau.

Il peut également être combiné avec d’autres mesures de l’activité neuronale, qui mesurent les réponses de la population, telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ou la magnétoencéphalographie. Une fois maîtrisée, cette technique peut être mise en place et mise en œuvre dans la salle d’opération en 25 minutes. Travailler avec des humains dans la salle d’opération s’accompagne d’un certain nombre de limitations, notamment le temps de stérilité et, surtout, le bien-être des patients.

Gardez donc ces points à l’esprit pendant toutes les phases de l’étude.