תוך Operative משימות ההתנהגות בבני אדם ער שעברו ניתוח עמוק גירוי המוח

ניתוח לגירוי עמוק של המוח מעניק הזדמנות לבחון מידע וקידוד במוח אנושי ער, באמצעות ביצוע הקלטות מיקרו-אלקטרודות בנבדק אנושי המבצע משימות התנהגותיות. בדוגמה זו, הנבדקים עוברים תחילה הכשרה למשחק קלפים פשוט במחשב הכולל סיכון ותגמול. לאחר מכן, הנבדק מוכן לניתוח לגירוי עמוק של המוח, ומיקרו-אלקטרודות מוחדרות לאזור המטרה במוח.

במקרה זה, אותות נוירונליים מה-STN נדגמים בעוד הנבדק חוזר על משחק הקלפים. הנתונים שנאספו מדגימים את תפקידם של סיכון ותגמול בקידוד הנוירונלי ב-STN.

אף על פי שמטרות הניסוי עשויות להשתנות בהתאם לגרעין המטרה של הניתוח, בתחילה שימש ה-DVS בעיקר להפרעות מוטוריות כגון רעדת חלילה (essential tremor), פרקינסון ודיסטוניה. לאחרונה הוא משמש לחקירת טיפולים בדיכאון ובהפרעה טורדנית-כפיתית (OCD).

למשימה זו יש מרכיב מוטורי ומרכיב התניית תגמול; ביצענו את ההקלטה בגרעין התת-תלמי (subthalamic nucleus), הנמצא בממשק שבין המערכות המוטוריות והלימביות של המוח. המטופלת היא גברת בת 62. היא נחמדה מאוד.

היא סובלת ממחלת פרקינסון כבר כ-10 שנים. יש לה את המאפיינים הקלאסיים של פרקינסון, כך שיש לה רעד, נוקשות ואיטיות בתנועה. בתחילה היא הגיבה היטב לתרופות, וזהו סימן טוב מכיוון שזה מעיד על כך שמדובר במחלת פרקינסון אמיתית.

אולם כפי שקורה במקרים רבים, עם הזמן, התרופות הופכות לפחות יעילות. למעשה, המטופלים הופכים לשבירים, כך שכאשר היא אינה תחת טיפול תרופתי, היא סובלת מתסמינים חמורים מאוד של מחלת פרקינסון. היא סובלת מרעד, מנוקשות ומאיטיות.

ולאחר מכן, כאשר היא נוטלת את התרופות שלה, היא חווה סוג אחר של הפרעת תנועה הנקראת dyskinesia, שבה היא נעה יותר מדי ואין עוד נקודת איזון אופטימלית. לכן, זהו הזמן שבו ניתוח מהווה התערבות מועילה, כיוון שהוא באמת מבטל את התנודות העמוקות של מצבי ה-on וה-off ומביא את המטופלים למצב יציב. ביסודו של הדבר, הם מגיעים למצב המיטבי שהיו יכולים להשיג באמצעות התרופות שלהם.

אם כן, זוהי מטרת הניתוח. ובניתוח עצמו, אנו מתמקדים בשני אזורים במוח שעשויים להיות זמינים. אחד מהם נקרא הגרעין הסוב-תלמי (subthalamic nucleus).

זה מה שעשינו היום. ואחד נקרא ה-globus palus internist. ושניהם יעילים בערך באותה מידה.

והדרך שבה אנו מטרגטים אותם היא באמצעות שילוב של מספר כלים. אנו עושים זאת באופן סטריאוטקטי באמצעות CT ו-MRI. אנו מטרגטים אותם על בסיס פיזיולוגיה באמצעות ביצוע הקלטות של מיקרו-אלקטרודות.

ואלו חשובים מאוד מכיוון שהם מספקים לנו, ברמת רזולוציה מרחבית גבוהה מאוד, את גבולות הגרעין, הגבולות העליונים והתחתונים, ולא רק זאת, אלא גם מוודאים שאנו נמצאים בחלק המוטורי של הגרעין. ולבסוף, כאשר אנו מחדירים את האלקטרודה הקבועה, אנו מעבּרים דרכה גירוי פעם נוספת כדי לאשר שאנו נמצאים במיקום הנכון. לכן, אנו ממילא מבצעים את כל הפעולות הללו כדי לטפל במטופל.

וממילא אנו מבצעים הקלטות באמצעות מיקרו-אלקטרודות, כך שזה פשוט מעניק לנו חלון הזדמנות כאשר המיקרו-אלקטרודות כבר נמצאות במקומן. זוהי הזדמנות נדירה לחקור פעילות נוירונלית במוח האנושי, דבר שמעולם לא ניתן היה לעשות בדרך אחרת. אך מכיוון שאנו מבצעים זאת ממילא והאלקטרודות כבר מושתלות שם, אנו מקדישים 20 עד 30 דקות נוספות כדי לבצע, אתם יודעים, כל ניסוי שמעניין אותנו.

ובדרך כלל אלו הם ניסויים העוסקים בבקרה מוטורית, קבלת החלטות, למידה או מוטיבציה, ודברים מסוג זה. כמעט כולם כוללים, כפי שידוע, מסך וידאו ומטלה פשוטה שהנבדק מבצע, בין אם מדובר בהזזת ג'ויסטיק או בלחיצה על כפתור, ודברים מעין אלה. הקלטות באמצעות מיקרו-אלקטרודות מבוצעות באופן שגרתי במהלך ניתוח DBS, מה שמעניק לחוקרים הזדמנות ייחודית להקליט דפוסי ירי של נוירונים בודדים בזמן שהנבדק מבצע מטלה התנהגותית.

כחלק מניתוח DBS למחלת פרקינסון, המטופלים מאושפזים בבית החולים יום אחד לפני הניתוח. הדבר מאפשר להכשיר את המטופל במשימה ההתנהגותית לפני הפעולה הכירורגית. הזדמנות זו מתגלה כשימושית ביותר כאשר המשימה ההתנהגותית מאתגרת מבחינה קוגניטיבית.

ביום הניתוח, מוצבת עבור הנבדק מערך התנהגותי נייד; במקרה שהנבדק הוכשר בלילה שלפני הניתוח, המערך מצויד בדיוק באותה משימה התנהגותית שהנבדק נדרש לבצע במהלך הניתוח. בדוגמה זו, הנבדק מתבקש לשחק במשחק קלפים הדומה למשחק "מלחמה". במשחק, הנבדק מהמר על 20 או 5 לגבי השאלה האם הקלף שלו גבוה יותר מזה של המחשב.

מטרת משימה זו היא לבחון את תפקידם של תגמול וסיכון בקידוד עצבי בגרעין אופתלמי (ophthalmic nucleus), וזאת كوسيلة להפחתת השילובים הפוטנציאליים והמשתנים המבלבלים (confounds) הנובעים מהם. בכל ניסוי נעשה שימוש אך ורק בקלפים עם מספרים זוגיים מסדרה אחת. הנבדק רואה תחילה מסך המציג את הקלף שהוקצה לו באופן אקראי ואת גב הקלף הבלתי ידוע של המחשב.

לאחר מכן המסך מציג שתי אפשרויות הימור, 5 ו-20, בהתבסס על החוזק היחסי של הקלף שלו או שלה. הנבדק מציין את ההימור בלחיצה על כפתור, ולאחר מכן המסך מציג את הקלף שלו או שלה ואת הקלף שנחשף של המחשב. המסך הסופי מציג במפורש את הסכום שנזרח או הופסד.

הנבדק רשאי לשחק במשחק עד להבנה מלאה של הכללים ועד שיוכל לבצע את המשימה ברמה נוחה. כעת נראה את מערך הניסוי האינטרה-אופרטיבי ביום שלאחר האימון. לאחר שהנבדק ממוקם על שולחן הניתוח, יש להביא לחדר הניתוח את המתקן המכיל את ציוד רכישת הנתונים ההתנהגותיים ועיבוד האותות.

מיקום המתקן חייב לקחת בחשבון את זרימת העבודה הרגילה וסוגיות סטריליות הקשורות לסביבת חדר הניתוח. מכיוון שרכיבי מתקנים אלו מורכבים ומפורקים עבור כל סבב הקלטה, חיוני לבדוק את כל חיבורי הציוד. לכן, בעת חיבור כל רכיב למערכת רכישת הנתונים, יש לבדוק תחילה את תקינות הנתונים בעת העלייה הראשונית של המערכת, ואת ציוד רכישת הנתונים ועיבוד האותות.

חברו את המוצאים של מערך עיבוד האותות אל הכניסות של מערך הרכישה. במחקר זה, נרכשים שלושה ערוצי פוטנציאל פעולה חוץ-תאי, המתאימים לשלוש אלקטרודות מכוונות paraag שמוחדרות למוחו של הנבדק במהלך הניתוח. הפעילו את המגברים אחד אחד כדי לוודא שמערכת הרכישה רוכשת את האותות.

בעזרת מתאם מתאים, חבקו את הצג לשולחן הניתוח במיקום צפייה נוח. ודאו כי ידו של הנבדק ממוקמת בנוחות להפעלה של התקן הקלט המשמש במהלך המשימה. כעת הפעילו את המערכת ההתנהגותית וודאו שסימני האירועים ההתנהגותיים נלכדים על ידי מערך הרכישה.

התחילו את המטלה ההתנהגותית ואפשרו לנבדק לבצע מספר ניסיונות של המטלה במהלך זמן זה. ודאו שמערכת הרכישה קולטת את הקלטים מתיבת הכפתורים ואת הסמנים ההתנהגותיים שנוצרו על ידי מתקן ההתנהגות, כאשר הניסויים מוגדרים ומוכנים לפעולה. בואו נראה כיצד מבודדים כירורגית נוירונים ב-STN.

מטרות הניתוח הן השתלת אלקטרודות DBS כרוניות באזור המוטורי של ה-STN. המיקום משיג באמצעות שילוב של דימות סטריאוטקטי והקלטות נוירופיזיולוגיות בבית החולים Mass General. מסגרת סטריאוטקטית וכלוב סימנים מסוג Cosman Roberts Wells מיושמים, ונערכת סריקת CT של הראש.

סריקת ה-CT עם סימנים קבועים (fiducials) ממוזגת עם סריקת MRI נפחית של המוח שהתקבלה בעבר במערכת לניווט נוירולוגי. בחדר הניתוח, המטופל מונח בנוחות בתנוחה חצי-שכיבה, ומכינים ומכסים אותו בבד סטרילי בהתאם לטכניקה כירורגית סטנדרטית. קואורדינטות ה-STN השמאלי מוזנות למסגרת, אשר ממוקמת על המטופל.

המנתח מבצע חתך ומסיט את העור. קודחים חורי גולגולת (Bur holes) ויוצרים פתח קטן בקשיי הדורה (duro).

לאחר החדרת הקנולות אל תוך המוח, מוציאים את המנדרינים הפנימיים ומחליפים אותם במיקרו-אלקטרודות בעלות עכבה גבוהה. מערכות עיבוד הסיגנל והקדם-מגברים מחוברים לכל אלקטרודה, וערוץ הייחוס הדיפרנציאלי מחובר לקנולה החיצונית. במערכת עיבוד הסיגנל, הפעילו את המגברים והעריכו את הסיגנל החוץ-תאי.

בנוסף, יש לבדוק את העכבה (impedance) של כל אלקטרודה לפני קידומה הלאה אל תוך המוח. לאחר שכל הבדיקות הושלמו, המנתח מקדם את האלקטרודה באיטיות, בפסיעות של 0.05 עד 0.4 מילימטר, אל תוך המוח. האלקטרודות מקודמות החל מ-25 מילימטרים מהמטרה המחושבת לכיוון ה-S St N. מסלול זה גורם לכך שהאלקטרודה תעבור דרך גרעין ה-CAU eight, התלמוס, ה-zona Serta, ולבסוף אל תוך ה-SDN.

לאחר שהאלקטרודות חדרו ל-SDN, הפיזיולוג מניע את הגפיים הקונטרלטרליות של המטופל כדי לקבוע אם האות העצבי מגיב לתנועה מוטורית. כאשר המנתח והחוקר מסתפקים במיקום האלקטרודות, ניתן להתחיל במטלה ההתנהגותית. לפני תחילת המטלה ההתנהגותית, חשוב לתעד את עומק המיקרו-אלקטרודות ואת התגובה המוטורית של הנוירון המבודד.

בשלב הבא, הנח לנבדק כי המשימה עומדת להתחיל. ודא שתיבת הכפתורים עדיין ממוקמת בצורה נוחה ושהמסך גלוי לחלוטין. התחל ברכישת הנתונים ורכוש פעילות בסיס (baseline) למשך דקה אחת לפחות לפני תחילת המשימה ההתנהגותית.

בזמן שהנבדק מבצע את המטלה, חשוב לנטר את הנתונים הנאספים. בכל מקרה של הפרעה ברכישת הנתונים, יש להפסיק את המטלה ולתקן את הבעיה. ניתן לבצע את המטלות מספר פעמים עבור כל עומק.

עם זאת, ב-STN, ההקלטה הניסויית מוגבלת ל-30 דקות כדי למנוע אי-נוחות למטופל והארכה מיותרת של הניתוח. בואו פשוט נתחיל. האם תוכל לפתוח ולסגור את ידך עבורי בזמן שאתה מחזיק נורה?

טוב. נסוב את רגל ימין שלך. חזור אחרי. אני אוהב פודינג טפיוקה.

נסעתי ברכבת לטופהקה, קנזס. מוצגות כאן תוצאות מייצגות מנוירון STN בודד שהוקלט במהלך משחק המלחמה. ה-RAs מוצגים כשהם ממרכזים ארבע תקופות רלוונטיות התנהגותית במטלה: תקופת הקיבעון לפני כל הצגת קלף של הנבדק, לחיצת הכפתור המציינת את ההימור של הנבדק והצגת הקלף של המחשב, המוצגים כאן כהיסטוגרמות של זמן הגירוי.

נוירון זה אינו מגיב בעוצמה להצגת הכרטיס של הנבדק, אך מגביר את קצב הפריקה שלו באופן משמעותי בסמוך ללחיצה על הכפתור. פעילות זו נמשכת עד לחשיפת הכרטיס של המחשב, ואז קצב הפריקה יורד לרמות הבסיס. טכניקה זו מודדת תגובות של נוירונים בודדים במוח.

ניתן לשלב זאת גם עם מדדים אחרים של פעילות עצבית, המודדים תגובות של אוכלוסיות תאים, כגון דימות תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) או מגנטואנצפלוגרפיה (MEG). לאחר רכישת מיומנות, ניתן להכין ולהטמיע טכניקה זו בחדר הניתוח תוך 25 דקות. עבודה עם בני אדם בחדר הניתוח כרוכה במספר מגבלות, כולל זמן סטריליות, והחשוב ביותר, רווחת המטופל.

לפיכך, יש לזכור נקודות אלה במהלך כל שלבי המחקר.