מאמר שיטה

הקלטת אדם Electrocorticographic (ECOG) אותות לחקר Neuroscientific בזמן אמת מיפוי קורטיקלי פונקציונלית

26.2K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/3993

⸱

26 ביוני 2012

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Wadsworth Center, New York State Department of Health, 2Department of Neurology, Albany Medical College, 3Department of Neurosurgery, Albany Medical College, 4Department of Neurosurgery, Washington University, 5Department of Biomed. Eng., Rensselaer Polytechnic Institute, 6Department of Biomed. Sci., State University of New York at Albany, 7Department of Elec. and Comp. Eng., University of Texas at El Paso

במאמר זה

סיכום

אנו מציגים שיטה לאיסוף אותות electrocorticographic למטרות מחקר מבני אדם אשר עוברים ניטור פולשני אפילפסיה. אנחנו מראים איך להשתמש בפלטפורמה BCI2000 תוכנה לאיסוף נתונים, עיבוד אותות מצגת גירוי. באופן ספציפי, אנחנו מדגימים את זיגפריד, כלי BCI2000 מבוסס על מיפוי בזמן אמת המוח תפקודית.

תקציר

מחקרים של דימות מוחי של תהליכים קוגניטיביים, תחושתיים ומוטוריים בבני אדם מבוססים בדרך כלל על טכניקות לא פולשניות כגון אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG), מגנטואנצפלוגרפיה או דימות תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI). לטכניקות אלו יש רזולוציה זמנית נמוכה או רזולוציה מרחבית נמוכה מטבען, והן סובלות מיחס אות לרעש נמוך ו/או רגישות נמוכה לתדרים גבוהים. לפיכך, הן אינן אופטימליות לחקירת הדינמיקה המרחבית-זמנית קצרת המدى של רבים מהתהליכים המוחיים הבסיסיים. לעומת זאת, הטכניקה הפולשנית של אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECoG) מספקת אותות מוחיים בעלי יחס אות לרעש גבוה באופן יוצא דופן, פגיעות נמוכה יותר לארטיפקטים מאשר ב-EEG, ורזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה (כלומר, <1 cm/<1 millisecond, בהתאמה). ECoG כולל מדידה של אותות מוחיים חשמליים באמצעות אלקטרודות המושתלות מתחת לקודרת (subdurally) על פני השטח של המוח. מחקרים אחרונים הראו כי אמפליטודות של ECoG בפס תדרים מסוימים נושאות מידע משמעותי על פעילות הקשורה למשימה, כגון ביצוע ותכנון מוטורי1, עיבוד שמיעתי2 וקשב חזותי-מרחבי3. רוב מידע זה נלכד בטווח הגמא הגבוה (סביב 70-110 Hz). לפיכך, פעילות גמא הוצעה כאינדיקטור חסון וכללי לתפקוד קורטיקלי מקומי1-5. ECoG יכול גם לחשוף קישוריות פונקציונלית ולפתור דינמיקה מרחבית-זמנית עדינה יותר הקשורה למשימה, ובכך לקדם את הבנתנו לגבי תהליכים קורטיקליים רחבי היקף. היא הוכחה כשימושית במיוחד לקידום טכנולוגיית ממשק מוח-מחשב (BCI) לפענוח כוונות המשתמש כדי לשפר או להגביר תקשורת6 ובקרה7. עם זאת, נתוני ECoG מבני אדם הם לעיתים קרובים קשים להשגה בשל הסיכונים והמגבלות של ההליכים הפולשניים המעורבים, והצורך להקליט במסגרת המגבלות של סביבות קליניות. למרות זאת, ניטור קליני לאיתור מוקדים אפילפטיים מציע הזדמנות ייחודית ובעלת ערך לאיסוף נתוני ECoG מבני אדם. אנו מתארים את השיטות שלנו לאיסוף והקלטת ECoG, ומדגימים כיצד להשתמש באותות אלו עבור יישומים חשובים בזמן אמת כגון מיפוי קליני וממשק מוח-מחשב. הדוגמה שלנו משתמשת בפלטפורמת התוכנה BCI20008,9 ובשיטת SIGFRIED10, אפליקציה למיפוי בזמן אמת של תפקודי מוח. הליך זה מספק מידע שקלינאים יכולים להשתמש בו לאחר מכן כדי להנחות את התהליך המורכב והמייגע של מיפוי פונקציונלי באמצעות גרייה חשמלית.

דרישות מוקדמות ותכנון:

מטופלים עם אפילפסיה חלקית העמידה לתרופות עשויים להיות מועמדים לניתוח כריתה של מוקד אפילפטי כדי לצמצם את תדירות ההתקפים. לפני הכריתה, המטופלים עוברים ניטור באמצעות אלקטרודות סוב-דורליות (תת-קרומיות) לשתי מטרות: ראשית, כדי למקם את המוקד האפילפטי, ושנית, כדי לזהות אזורי מוח קריטיים סמוכים (כלומר, קורטקס אלוקוונטי - eloquent cortex), שבהם כריתה עלולה להוביל לליקויים תפקודיים ארוכי טווח. כדי להשתיל את האלקטרודות, מבוצעת קרניאוטומי לפתיחת הגולגולת. לאחר מכן, רשתות ו/או רצועות של אלקטרודות מונחות על הקורטקס, בדרך כלל מתחת לדורה. רשת טיפוסית כוללת מערך של 8 x 8 אלקטרודות פלטינה-אירידיום בקוטר 4 mm (שטח חשוף של 2.3 mm) המוטמעות בסיליקון עם מרחק של 1cm בין אלקטרודה לאלקטרודה. רצועה מכילה בדרך כלל 4 או 6 אלקטרודות כאלה בקו אחד. מיקומי הרשתות/רצועות הללו נתכננים על ידי צוות של נוירולוגים ומנתחי מוח, ומבוססים על ניטור EEG קודם, על MRI מבני של מוח המטופל ועל גורמים רלוונטיים בהיסטוריה הרפואית של המטופל. הקלטה רציפה לאורך תקופה של 5-12 ימים משמשת לאיתור מוקדים אפילפטיים, וגירוי חשמלי באמצעות האלקטרודות המשתילות מאפשר לקלינאים למפות את הקורטקס האלוקוונטי. בתום תקופת הניטור, מבוצעים הוצאת האלקטרודות והכריתה הטיפולית יחד בהליך אחד.

בנוסף למטרתו הקלינית העיקרית, ניטור פולשני מספק גם הזדמנות ייחודית להשגת נתוני ECoG אנושיים לצורך מחקר נוירולוגי. ההחלטה לכלול מטופל פוטנציאלי במחקר מבוססת על המיקום המתוכנן של האלקטרודות שלו, על ציוני הביצועים של המטופל בהערכות נוירופסיכולוגיות, ועל הסכמתו המודעת, המותנית בהבנתו כי ההשתתפות במחקר היא רשות ואינה קשורה לטיפולו. כפי שקורה בכל מחקר הכולל נבדקים אנושיים, פרוטוקול המחקר חייב להיות מאושר על ידי ועדת האתיקה המוסדית של בית החולים. ההחלטה לבצע משימות ניסוייות פרטניות מתקבלת מדי יום, ותלויה בסיבולתו ובנכנותו של המטופל להשתתף. חלק מהניסויים או כולם עלולים להימנע בשל בעיות במצבו הקליני של המטופל, כגון נפיחות פניית לאחר ניתוח, אפזיה זמנית, פרכוסים תכופים, עייפות ובלבול פוסט-איקטליים, וכאב או אי-נוחות כלליים יותר.

ביחידה לניטור אפילפסיה במרכז הרפואי אולבני (Albany Medical Center) באולבני, ניו יורק, מיושם ניטור קליני מסביב לשעון באמצעות מערכת ניטור Nihon-Kohden Neurofax בעלת 192 ערוצים. הקלטות מחקריות מבוצעות בשיתוף עם מרכז Wadsworth של מחלקת הבריאות של מדינת ניו יורק באולבני. אותות מאלקטרודות ה-ECoG מוזנים בו-זמנית למערכות המחקר והקליניקה באמצעות מחברי מפצלים. כדי להבטיח שמערכות הקליניקה והמחקר לא יפריעו זו לזו, שתי המערכות משתמשות בדרך כלל בהארקות נפרדות. למעשה, לעיתים מושתל פס אלקטרודות אפידוראלי כדי לספק הארקה למערכת הקלינית. בין אם מדובר במערכת הקלטה מחקרית או קלינית, אלקטרודת ההארקה נבחרת כך שתהיה רחוקה מהמוקד האפילפטי החזוי ומאזורים קורטיקליים בעלי עניין למחקר. מערכת המחקר שלנו מורכבת משמונה יחידות מגבר/דיגיטייזר g.USBamp בעלות 16 ערוצים מסונכרנות (g.tec, Graz, Austria). אלה נבחרו מכיוון שהן בעלות דירוג בטיחות ומאושרות על ידי ה-FDA להקלטות פולשניות, יש להן רצפת רעש נמוכה מאוד בטווח התדרים הגבוהים שבו נמצאים האותות הרלוונטיים, והן מגיעות עם SDK המאפשר לשלב אותן עם תוכנת מחקר שנכתבה בהתאמה אישית. כדי ללכוד את אות ה-high-gamma במדויק, אנו דוגמים אותות בקצב של 1200Hz - גבוה משמעותית מזה של ניסוי EEG טיפוסי או של מערכות ניטור קליניות רבות. מסנן מעביר-נמוך (low-pass filter) מובנה מונע באופן אוטומטי היתכנות של aliasing של אותות הגבוהים מהיכולת של הדיגיטייזר ללכוד. מבט העיניים של המטופל נמעקב באמצעות מסך עם מערכת מעקב עיניים Tobii T-60 מובנית (Tobii Tech., Stockholm, Sweden). אביזרים נוספים כגון ג'ויסטיק, Wiimote בבלוטות' (Nintendo Co.), כפפת נתונים (5th Dimension Technologies), מקלדת, מיקרופון, אוזניות או מצלמת וידאו מחוברים בהתאם לדרישות של הניסוי הספציפי.

איסוף נתונים, הצגת גירויים, סנכרון עם אביזרי הקלט/פלט השונים, וניתוח וויזואליזציה בזמן אמת מבוצעים באמצעות תוכנת ה-BCI2000 שלנו8,9. BCI2000 היא מערכת תוכנה רב-תכליתית הזמינה בחינם לרכישת נתוני אותיות ביולוגיות, עיבודן ומתן משוב בזמן אמת. היא כוללת מערך של מודולים מובנים שניתן להגדירם באופן גמיש למטרות שונות רבות, ושניתן להרחיבם באמצעות קוד של החוקרים בשפות C++, MATLAB או Python. BCI2000 מורכבת מארבעה מודולים המתקשרים זה עם זה באמצעות פרוטוקול תומך-רשת: מודול מקור (Source) המטפל ברכישת אותות מוחיים מאחת מ-19 מערכות חומרה שונות מיצרנים שונים; מודול עיבוד אותות (Signal Processing) המחלץ מאפייני ECoG רלוונטיים ומתרגם אותם לאותות פלט; מודול יישום (Application) המספק גירויים ומשוב לנבדק; ומודול מפעיל (Operator) המספק ממשק גרפי לחוקר.

ניתן לבצע מספר ניסויים שונים עם כל מטופל נתון. סדר העדיפויות של הניסויים ייקבע בהתאם למיקום האלקטרודות של אותו מטופל. עם זאת, בדרך כלל אנו מתחילים את סדרת הניסויים בשימוש בשיטת המיפוי SIGFRIED (SIGnal modeling For Realtime Identification and Event Detection), המזהה ומציגה פעילות משמעותית הקשורה למשימה בזמן אמת. המפה התפקודית המתקבלת מאפשרת לנו להתאים באופן מדויק יותר את פרוטוקולי הניסויים הבאים, ועשויה לשמש כנקודת התחלה מועילה למיפוי מסורתי באמצעות גרייה אלקטרוקורטיקלית (ECS).

למרות שמיפוי באמצעות גירוי חשמלי קורטקלי (ECS) נותרתv תקן הזהב לחיזוי התוצאה הקלינית של כריתה, תהליך מיפוי ה-ECS גוזל זמן וסובל מבעיות נוספות, כגון פריקות חשמליות או פרכוסים. לכן, טכניקה של מיפוי תפקודי פסיבי עשויה להיות בעלת ערך במתן הערכה ראשונית של מיקום הקורטקס האלוקוונטי (eloquent cortex), אשר תוכל לאחר מכן להיות מאושרת ומדויקת יותר באמצעות ECS. התוצאות מטכניקת מיפוי ה-SIGFRIED הפסיבית שלנו הראו התאמה משמעותית לתוצאות שהושגו באמצעות מיפוי ECS10.

הפרוטוקול המתואר במאמר זה מבסס מתודולוגיה כללית לאיסוף נתוני ECoG אנושיים, לפני שיוצג כיצד ניתן להתחיל ניסויים באמצעות פלטפורמת התוכנה BCI2000. לבסוף, כדוגמה ספציפית, אנו מתארים כיצד לבצע מיפוי תפקודי פסיבי באמצעות מערכת SIGFRIED המבוססת על BCI2000.

פרוטוקול

1. אלקטרודה לוקליזציה

  1. איסוף טרום הניתוח T1 משוקלל MRI מבנית (1.5T או 3T) של ראשו של המטופל: 256 x 256 פיקסלים לכל פרוסה, שדה מלא נוף, לא אינטרפולציה, 1 פרוסת רוחב מ"מ, sagittal רצוי חתכים.
  2. שימו לב להשתלה כירורגית של רשתות ורצועות. לאסוף תמונות דיגיטליות של אלקטרודות באתרו, והערות של נוירוכירורג על המיקומים של רשתות ורצועות מושתלים.
  3. לאסוף את שלאחר הניתוח רנטגן גולגולת תמונות המוח סריקות CT ברזולוציה גבוהה (1 פרוסה מ"מ רוחב, עור לעור, אין זווית).
  4. ליצור מודל תלת מימדי של המוח קליפת המוח של המטופל באמצעות טרום הניתוח MRI, ושיתוף לרשום אותו עם פוסט רשת תמונות ההשתלה CT. אנו משתמשים חבילת תוכנה קארי לענין זה, ולייצא את מבנה קליפת המוח 3D ו אלקטרודה מרכזת בפורמט MATLAB. מ MATLAB, אנחנו לייצא סרט שמראה את האלקטרודות ממופה על גבי המוח. כמו כן, אנו מ זAP האלקטרודה הקואורדינטות סטנדרטיים באזורים Brodmann באמצעות אוטומטיות Talairach אטלס.
  5. סקרנו את המידע מהמודל 3D, תמונות רנטגן, תמונות והערות. לסיים שיטת המספור עבור אלקטרודות, ולעבוד עם הטכנאים בבית החולים על מנת להבטיח כי הם תוקנו אלקטרודות לתוך תיבות ספליטר בעקבות זה המונה בדיוק. כמו כן ליצור פריסת סכמטי של מזימות אלקטרודות בשני ממדים, כך שכלל עמדות אלקטרודה ניתן להבחין בבירור ללא חפיפה. אם אתה הולך לרוץ זיגפריד (ראה סעיף 4), לשמור את ממדי קואורדינטות כמו שבר BCI2000 פרמטר, בפורמט הנדרש על ידי פרמטר ElectrodeLocations. לבסוף, בחר בשני מקומות אלקטרודה שעשויים להיות electrocorticographically "שקט", כלומר, הם לא ליד קליפת המוח רהוט המשוער, כדי להשתמש בהם הקרקע התייחסות ראשונית (להכין את g.USBamps ידי תיקון התייחסות ארובות כחולים, הקרקעאל ארובות צהובים, על הימין הקיצוני של כל יחידה).

2. חומרה התקנת התוכנה

  1. להבטיח את מפרט המחשב מספיקות לטיפול בדרישות עיבוד הניסוי. מעבד מרובה ליבות סביר להניח כי יהיה צורך להתאים את הדרישות של איסוף נתונים בזמן אמת עיבוד, הקלטת וידאו, כמו גם משימות חיוניות אחרות. להקלטה בזמן אמת, ניתוח של 128 ערוצים ב 1200 הרץ, אנו משתמשים 3-GHz ארבע ליבות מכונה עם 4 GB של זיכרון RAM. המגברים צריך להיות מחובר בקר USB ייעודי, להבדיל מבקר (ים) המשמש את רוחב הפס תאבי ציוד היקפי אחרים, כגון כוננים חיצוניים ומצלמות (ניתן לוודא זאת באמצעות מנהל ההתקנים של המערכת). לבסוף, חייב להיות שטח דיסק מספיק כדי לאחסן עד 5 מגה בייט לשנייה של נתוני הניסוי, ומערכת אחסון גיבוי זה.
  2. הגדרת ציוד מחקר (מגברים, המחשב, המסך של הנסיין, keyboארד, רמקולים, מיקרופון ומצלמה) על עגלה אחת, אשר ניתן התגלגל במהירות בתוך ומחוץ לחדר של החולה, עם כבל רק כוח אחד כדי לחבר אל הקיר. כדי להעביר את המחשב מחדר לחדר, השתמש בפונקציה שינה לפני ניתוק. מסך וידאו של המטופל צריך להיות על השולחן מגש נפרד או הזרוע הצג. בהתחשב בכך החולה נוטה להתקפים, ודא כי כל הציוד ניתן התגלגל הצידה במהירות במקרה צוותים רפואיים צריכים גישה מיידית לחולה. הציוד צריך להיות גם וחיטוי עם מגבונים חיטוי לפני ואחרי השימוש בחדר של המטופל.
  3. זמן עם החולה אינו מוגבל, כל הנהלים צריכים להיות חזקים אופטימיזציה כדי לנצל הכי טוב של אותה תקופה. בהקשר זה, את הגמישות ואת החוסן של BCI2000 הם מאפיינים שלא יסולא בפז. ודא כי הניסויים ניתן להפעיל בלחיצת כפתור. במקרה של BCI2000, להשתמש בקובץ אצווה כדי להפעיל את השילוב הנכון שלBCI2000 מודולים באופן אוטומטי, עם אפשרויות שורת הפקודה הנדרשים. המפעיל ו מודולים gUSBampSource נדרשים, יחד עם SignalProcessing המתאים יישום מודולים של הניסוי הספציפי שלך. השתמש Scripting המפעיל של BCI2000 תכונה על מנת להבטיח כי כל הקבצים הפרמטרים הנדרשים נטענים באופן אוטומטי, לרבות כל תוכן ספציפיים למטופל זה, כמו למשל מספר אלקטרודות ושמותיהם ועמדות. מטרת אוטומציה זה היא לצמצם את מספר פעולות באופן ידני על ידי הנסיין, ולכן ההזדמנויות שגיאה. תוכנה הפרמטרים שלו צריכים כבר הושלמו ונבדקו (אולי בנושא EEG) לפחות שבוע או שבועיים לפני ההשתלה. כמו כן, מומלץ מאוד לבצע "יבש" לרוץ יום לפני הפגישה הניסיוני הראשון, כולל כל מטופל ספציפי פרמטרים חדשים.

3. מושב ניסיוני Set-up

  1. בחר את הרגע שלכםדבר המצביע על הקלטות ניסיוניות לחולה, לתת להם לב מוקדם יותר באותו יום, ושוב 15 דקות לפני שאתה מתחיל. לעקוף את המבקרים, ארוחות, תנומות, נהלים רפואיים, מצבו הגופני של המטופל רגשית וקוגניטיבית. חשוב ליצור קשר עם הצוות הרפואי על הרצפה, כדי לסייע בשיפור עיתוי ומשך הקלטות.
  2. גלגל את הציוד למקומו, להתחבר לשקע החשמל, להפעיל את מסך וידאו של הנושא ולחבר אותו למחשב, ובטל שינה את המחשב.
  3. הפעל BCI2000. עם פרמטר VisualizeSource מופעלת, לחץ על הגדרת התצורה. הצופה אות פותחת, ומאפשרות לך להעריך את איכות האות ECOG. לחץ לחיצה ימנית על הצופה להגדיר את המסנן גבוהה לעבור על הפסקת 5 הרץ. (הגדרה זו מסנן תשפיע רק על ויזואליזציה, ולא אוסף של נתונים.)
  4. לבדוק אם קיימת הפרעה מרעש קו מתח: האם הפעלת המסנן ברמה הגבוהה אצל הצופה (ב 50 הרץ או 60 הרץ,תלוי באיזו מדינה אתם נמצאים) לעשות הבדל גדול כדי לאותת? אם כן, נסו לצמצם את זה על ידי הסרת כל שאינם בשימוש בין מדברים כבלים, או זיהוי והסרה של מקורות אחרים של הפרעות חשמל. שנה את אלקטרודות המשמשות התייחסות הקרקע במידת הצורך.
  5. אם אתה משתמש העין גשש, לכייל אותו באמצעות תוכנת כיול מסופק על ידי היצרן. מודול BCI2000 המקור יש הידור עם סיומת EyetrackerLogger כלל, וגם אם יהיה עם - LogEyetracker = 1 הדגל מופעלת, כך העין מעקב אחר הנתונים ניתן לרכוש בסינכרון עם אותות ECOG.
  6. כדי למנוע הסחות דעת והפרעות, וכדי למזער הפרעות האות ניתן, להבטיח כי טלוויזיות, מכשירי רדיו וטלפונים ניידים כבויים.
  7. לתת הוראות מדויקות למטופל לצורך הניסוי אתה עומד לרוץ. בהתאם למשימה של הנושא, הכינו שקופיות PowerPoint המציגות את המשימה, הציעו יציבה, וכו ', יכול להיות שימושי.
  8. לחצו על התחל על המפעיל להתחיל את הניסוי. בכל פעם שתלחץ על הפעל או על חדש, הקובץ החדש ייווצר כדי למנוע דריסת הנתונים הקודמים, ואת הקובץ יהיה לאתחל עם העתק של כל ערכי פרמטרים. הנתונים הגולמיים זרמו לאחר מכן ניתן יהיה באופן אוטומטי קובץ, יחד עם סמנים האירוע, עד שתקיש להשעות או סיום הניסוי לרוץ.
  9. במהלך הפגישה, לעקוב אחר ההתנהגות של המטופל ואת אותות ECOG עבור התקפים חשודים, ולהיות מוכנים להגיב על הוראות הצוות הרפואי.

4. למשל מושב ניסויית: מיפוי קלינית זיגפריד עם BCI2000

  1. אופן ההכנה: לפני שהמושב מתחיל, תצטרך להכין קובץ model.ini המכיל את עיבוד האות הגדרות זיגפריד ישתמשו כדי לבנות את המודל, ואת הקובץ פ.ר.מ. (או שברי פ.ר.מ. נפרד.) המכיל את BCI2000 הפרמטרים. מודול SigfriedSigProcישתמשו להדמיה בזמן אמת. שני הפרמטרים העיקריים הם ElectrodeLocations, תוך פירוט הפריסה 2-D שבחרת עבור אלקטרודות מיוחדות הזה של המטופל, ElectrodeCondition, אשר מציין אילו משימות שונות ימופו ובאילו תנאים. בדוגמה זו, אנו משתמשים מודול StimulusPresentation פשוטה לתקשורת הוראות למטופל, ולכן הפרמטר גירויים גם צריך להתאים את המשימות שאנחנו מתכוונים לרוץ.
  2. שלב ההתחלה: ההתחלה, gUSBampSource DummySignalProcessing ו StimulusPresentationTask מודולים, מוגדר לפעילות מדגם ECOG מכל רשתות ורצועות ב 1200Hz, גבוהה לעבור סינון ב-Hz 0.1. להורות את הנושא להירגע ולהישאר ללא תנועה בעיניים פקוחות. שיא של 6 דקות של פעילות המחקר, תחת תאורה נוחה בסביבה שקטה.
  3. שלב דוגמנות: הפעל את הכלי data2model_gui ולחלץ בתכונות 5 פחי הרץ frאום 70-110 הרץ באמצעות שיטת האנטרופיה המרבית עבור כל 500 מילישניות של נתונים. לחצו על בניית דגם לבנות מודל הסתברותי של תכונות ספקטרליות נבחרים באמצעות תערובות גאוס.
  4. שלב מיפוי: התחל gUSBampSource, SigfriedSigProcLAVA ומודולים StimulusPresentationTask ולהגדיר את המפעיל לטעון את מודל הסתברותי, המודל קליפת המוח, ו 2 - ו 3 מימדי קואורדינטות אלקטרודה. אחרי המורה את הנושא, ולהתחיל את תהליך המיפוי. בתהליך זה, בכפוף יבצע כל משימה במשך 10 שניות בכל פעם, על כל 5 חזרות. במהלך כל משימה, זיגפריד מזהה הקשור למשימה ECOG פעילות מוצג 2 מתעדכן - ו 3 ממדי מפות של קליפת המוח רהוט. ב 2 ממדי מפות, גודל ואודם של כל עיגול מייצג את חשיבותו במשימה זו בפרט. באופן ספציפי, את הגודל של כל מעגל הוא יחסי חלק מהשונות האות הכולל תואר ראשון גמאND שמטופלת על ידי המשימה. נתון זה נקרא מקדם של נחישות, או r 2. זה בטווח (0,1) וגם ההתקנה הנוכחית ערך של 0.1 יכול כלל להיחשב משמעותי. קנה המידה של המעגלים היותר ל r 2 ערכים ניתן לשלוט באמצעות המחוונים (ראה איור 1 ג). ב 3 ממדי מפות, 2 ערכי r אינם ממופים בצבעים שונים ולא גדלים מעגל.

5. נציג תוצאות

איור 1 מציג תוצאות נציג, מההפעלה זיגפריד 1 מיפוי בחולה אחד. החולה היה 28 בן ימני הנשי שהיה לו אפילפסיה סורר לוקליזציה הקשורות הופעת שמאל הזמני עם הכללה משנית. 120 אלקטרודות electrocorticographic הושתלו subdurally על הקודקודית השמאלית, קליפת המוח הקדמית הזמני. לרוחב x-ray (פאנל) וכן תצלום פנים הניתוח (לוח ב ') מתאריםהתצורה של רשת 1 חזיתית עם 40 אלקטרודות, אחת גבוהה יותר צפיפות רשת הזמני עם 68 אלקטרודות, ושלוש רצועות כל אחד 4 אלקטרודות. מן התקפים שנרשמו, נוירולוג מקומי מוקדי אפילפסיה וקבע כי היה צורך לבצע כריתה כירורגית של האונה הטמפורלית השמאלית בזמן חוסך קליפת בשפה רהוטה. זו בוצעה בהצלחה: ב 8 חודשים לאחר כריתה החולה כבר העריכו כמו התקף חינם וללא גירעונות נוירולוגיות. הליך מיפוי פסיבית זיגפריד קליפת המוח זיהו מעורב בתפקוד השפה ידי מנוגדים למשימה הקשורות לשינויים במהלך מטלות ההאזנה. התוצאות הוצגו שני ממשקים: ממשק 2 מימדי (לוח ג), מה שהופך את הפריסה של האלקטרודות ברור, ממשק 3 ממדי מבחינה אנטומית, נכון (לוח ד). משמאל לעומת ימין לוחות האזנה הבסיס דיבר בשפה לעומת (קול), האזנה לצלילים הבסיס לעומת (TONES), והאזנה השפה המדוברת לעומת ליסtening לצלילים (שפה). האחרון שבהם הוא כלל כתמונה קשה של תפקוד שמיעתי ספציפי לשפה פתוחים. התוצאות של מצב VOICE הראה בהסכם טוב עם מקומות שבהם ECS המשובשים פונקציה בשפה פתוח בחולה זה (מסומן חוגים הצהובים בלוח).

figure-protocol-1
באיור 1. תוצאות דוגמה החולה 1. לוח מראה לרוחב רנטגן. עיגולים צהובים מסמנים את האלקטרודות מעורבים בשפה פתוחים, שזוהו לאחר מכן על ידי מיפוי גירוי electrocortical. לוח ב 'היא תמונה שצולמה בעת ההשתלה. לוח ג מראה את תוצאות מיפוי זיגפריד בפריסה דו מימדי סכמטית: גודל ואודם של כל דיסק מייצג את חשיבות מעורבותם של כל אלקטרודה במשימה, יחסית לקו הבסיס. בלוח ד ', נתון זהה ממופה לצבע על Rende תלת מימדי מודל המוחאדום MRI של המטופל.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

איסוף הנתונים למחקר ECOG דורש שיתוף פעולה הדוק בין קלינאים וחוקרים, עם מאוד רב תחומית צוות לפתרון בעיות לנוירולוגיה ונוירוכירורגיה קלינית, בסיסי מדעי המוח, מדעי המחשב והנדסת חשמל. גמול היא אותות ECOG, וב אמפליטודות מסוימים טווח בתדירות גבוהה גמא (70-110Hz), הם בעלי ערך רב. לא רק שהם מספקים תובנה מדעית לתוך וקושרת עצביים של הקוגניטיבי, החושי והמוטורי מעבד 1-4 הן ברזולוציה גבוהה במרחב ובזמן, אבל המוח מחשב מחקרים משיקות ב ECOG הראו גם ההבטחה הגדולה של שיטת כבסיס neuroprost...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

אין ניגוד עניינים הצהיר.

תודות

עבודה זו התאפשרה על ידי מענקים נתמך על ידי קצין בצבא מחקר בארה"ב (W911NF-07-1-0415 (GS), W911NF-08-1-0216 (GS)) ו-NIH / NIBIB (EB006356 (GS) ו EB00856 ( JRW ו-GS)). המחברים מודים שון אוסטין עבור מודול SigfriedSigProcLAVA, וגריפין Milsap לקבלת סיוע טכני בנושא.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

  1. 8 X 16 ערוצים g.USBamp מגברים ( http://gtec.at )
  2. 2 x 64 ערוצים פריצה החוצה תיבת (מפצל ראש התיבה)
  3. 2 x כבל חיבור בין ספליטר למערכת קלינית
  4. 2 x כבל חיבור של מפצל לארבעה g.USBamps
  5. 2 x ארבע דרך מתאם מתח ארבע g.USBamps
  6. 2 x ארבע דרך מתאם Sync לסנכרון ארבעה g.USBamps
  7. 1 x כבל סינכרון לסנכרן שתי קבוצות של ארבעה g.USBamps
  8. 1 x תפס השוואת פוטנציאל, + כבל g.USBamp
  9. 18 x כבלים Touchproof
  10. 2 x ארבעה כיווני USB 2.0 רכזות
  11. רצועת הכוח
  12. מחשב נייד או שולחן העבודה (ראה סעיף 2.1)
  13. עגלת Secure, ניד עבור כל האמור לעיל
  14. Eyetracker (או צג LCD רגיל) לחולה
  15. מגש השולחן ניד עבור הצג החולה
  16. היקפי אחר (joysticks וכו ') של תגובות התנהגותיות החולה
  17. BCI2000 תוכנה
  18. גממהרים תוכנה
  19. תוכנת MATLAB

מקורות

  1. Miller, K. J. Spectral Changes in Cortical Surface Potentials during Motor Movement. Journal of Neuroscience. 27, 2424-2424 (2007).
  2. Chang, E. F. Categorical speech representation in human superior temporal gyrus. Nature Neuroscience. 13, 1428-1428 (2010).
  3. Gunduz, A. Neural correlates of visual-spatial attention in electrocorticographic signals in humans. Frontiers in Human Neuroscience. 5, (2011).
  4. Pei, X. Spatiotemporal dynamics of electrocorticographic high gamma activity during overt and covert word repetition. NeuroImage. 54, 2960(2010).
  5. Crone, N. E. High-frequency gamma oscillations and human brain mapping with electrocorticography. Progress in Brain Research. 159, 275(2006).
  6. Brunner, P. Rapid communication with a "P300" matrix speller using electrocorticographic signals (ECoG). Frontiers in Neuroprosthetics. 5, (2010).
  7. Leuthardt, E. C. A brain-computer interface using electrocorticographic signals in humans. Journal of Neural Engineering. 1, (2004).
  8. Schalk, G. BCI2000: A General-Purpose Brain-Computer Interface (BCI) System. IEEE Transactions in Biomedical Engineering. 51, 1034(2004).
  9. Schalk, G., Mellinger, J. A Practical Guide to Brain-Computer Interfacing with BCI2000. , Springer. London. (2010).
  10. Brunner, P. A practical procedure for real-time functional mapping of eloquent cortex using electrocorticographic signals in humans. Epilepsy and Behavior. 15, 278(2009).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

ECoGBCI2000

מאמרים קשורים