Articolo metodologico

Tracciamento oculare simultaneo e registrazione di un singolo neurone per identificare i neuroni selettivi per il bersaglio

8 luglio 2025

In questo articolo

Abstract

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Fonte: Wang, S., et al. Tracciamento oculare simultaneo e registrazioni di singoli neuroni in pazienti con epilessia umana. J. Vis. Exp. (2019).

Il video mostra un test per identificare i neuroni selettivi tramite tracciamento oculare simultaneo e registrazioni di singoli neuroni. Un partecipante umano ha il compito di identificare un oggetto target tra una serie di oggetti in un display e il movimento degli occhi viene tracciato. Contemporaneamente, la velocità di attivazione dei singoli neuroni viene registrata tramite elettrodi impiantati nel cervello. I dati di entrambe le registrazioni sono correlati per valutare la presenza di neuroni selettivi per il bersaglio.

Protocollo

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Tutte le procedure che coinvolgono partecipanti umani sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono state esaminate dal comitato di revisione istituzionale locale.

1. Partecipanti

  1. Reclutare pazienti neurochirurgici con epilessia intrattabile che vengono sottoposti a posizionamento di elettrodi intracranici per localizzare le loro crisi epilettiche.
  2. Inserire elettrodi di profondità con microfili incorporati in tutte le posizioni target clinicamente indicate, che in genere includono un sottoinsieme di amigdala, ippocampo, corteccia cingolata anteriore e area motoria pre-supplementare. Vedi i dettagli per l'impianto nel nostro protocollo precedente.
  3. Una volta che il paziente torna all'unità di monitoraggio dell'epilessia, collegare l'apparecchiatura di registrazione per le registrazioni macro e micro. Ciò include la preparazione accurata di un impacco per la testa che includa le fasi della testa. Quindi, attendere che il paziente si riprenda dall'intervento chirurgico ed eseguire il test quando il paziente è completamente sveglio (in genere almeno 36-48 ore dopo l'intervento).

2. Configurazione sperimentale

  1. Collegare il computer di stimolo al sistema di elettrofisiologia e all'eye tracker seguendo lo schema nella Figura 1.
  2. Utilizzare il sistema di tracciamento oculare a infrarossi non invasivo a distanza (vedi Tabella dei materiali). Posizionare il sistema di tracciamento oculare su un robusto carrello mobile (Figura 1A, B). Allo stesso carrello, collegare un braccio flessibile che sostiene un display a cristalli liquidi (LCD). Utilizzare la modalità remota per tracciare la testa e gli occhi del paziente.
  3. Posizionare un alimentatore ininterrotto (UPS) completamente carico sul carrello di tracciamento oculare e collegare tutti i dispositivi relativi al tracciamento oculare (ad esempio, LCD davanti al paziente, telecamera e sorgente luminosa dell'eye tracker e computer host dell'eye tracker) all'UPS anziché a una fonte di alimentazione esterna.
  4. Regolare la distanza tra il paziente e lo schermo LCD a 60-70 cm e regolare l'angolazione dello schermo LCD in modo che la superficie dello schermo sia approssimativamente parallela al viso del paziente. Regolare l'altezza dello schermo rispetto alla testa del paziente in modo che la fotocamera dell'eye tracker si trovi approssimativamente all'altezza del naso del paziente.
  5. Fornire al paziente la pulsantiera o la tastiera. Verificare che i trigger (logica transistor-transistor, TTL) e la pressione del pulsante siano registrati correttamente prima di iniziare l'esperimento.

3. Registrazione di un singolo neurone

  1. Avviare il software di acquisizione. Innanzitutto, ispezionare visivamente i potenziali di campo locale a banda larga (0,1 Hz - 8 kHz) e assicurarsi che non siano contaminati dal rumore di linea. In caso contrario, seguire le procedure standard per rimuovere il rumore.
  2. Per identificare i singoli neuroni, il filtro passa-banda filtra il segnale (300 Hz - 8 KHz). Selezionate uno degli otto microfili come riferimento per ogni fascio di microfili. Testare diversi riferimenti e regolare il riferimento in modo che (1) gli altri 7 canali mostrino neuroni chiari e (2) il riferimento non contenga neuroni. Impostare l'intervallo di ingresso su ± 2.000 μV.
  3. Abilitare il salvataggio dei dati come file NRD (ad esempio, il file di dati grezzi a banda larga che verrà utilizzato per il successivo ordinamento dei picchi offline) prima di registrare i dati. Impostare la frequenza di campionamento su 32 kHz.

4. Tracciamento oculare

  1. Avvia il software di tracciamento oculare. Poiché si tratta di un sistema senza fissaggio della testa, posizionare l'adesivo sulla fronte del paziente in modo che l'eye tracker possa adattarsi ai movimenti della testa.
  2. Regolare la distanza e l'angolo tra l'eye tracker e il paziente in modo che il marcatore target, la distanza della testa, la pupilla e la riflessione corneale (CR) siano contrassegnati come pronti (come mostrato in verde nel software di tracciamento oculare; La Figura 2 mostra un buon esempio di schermata di configurazione della fotocamera). Fare clic sull'occhio da registrare e impostare la frequenza di campionamento a 500 Hz.
  3. Utilizzare la regolazione automatica della pupilla e della soglia CR. Per i pazienti che indossano occhiali, regolare la posizione e/o l'angolazione dell'illuminatore e della telecamera in modo che i riflessi del vetro non interferiscano con l'acquisizione della pupilla.
  4. Calibra l'eye tracker con il metodo della griglia a 9 punti integrato all'inizio di ogni blocco. Verifica che le posizioni degli occhi (mostrate come "+") vengano registrate correttamente come una griglia a 9 punti. In caso contrario, ripetere la calibrazione.
  5. Accettare la calibrazione ed eseguire la convalida. Accettare la convalida se l'errore di convalida massimo è < 2° e l'errore di convalida medio è < 1°. In caso contrario, ripetere la convalida.
  6. Esegui la correzione della deriva e procedi con l'esperimento vero e proprio.

5. Compito

  1. In questa attività di ricerca visiva, utilizza gli stimoli del nostro studio precedente e segui la procedura dell'attività come descritto in precedenza.
  2. Fornisci istruzioni per l'attività ai partecipanti. Chiedi ai partecipanti di trovare l'elemento di destinazione nell'array di ricerca e di rispondere il prima possibile. Chiedi ai partecipanti di premere il pulsante sinistro di una casella di risposta (vedi Tabella dei materiali) se trovano il bersaglio e il pulsante destro se pensano che il bersaglio sia assente. Istruire esplicitamente i partecipanti che ci saranno prove con bersaglio presente e con bersaglio assente.
  3. Avviare il software di presentazione degli stimoli (vedere Tabella dei materiali) ed eseguire l'attività: Presentare un segnale target per 1 s e presentare l'array di ricerca utilizzando il software di presentazione degli stimoli. Registra le pressioni dei pulsanti e fornisci ai partecipanti un feedback prova per prova (corretto, errato o scaduto).

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Risultati

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Figura 1. Configurazione sperimentale. (A) I pannelli di sinistra mostrano uno schizzo delle connessioni tra i diversi sistemi. Il computer di stimolo funge da controller centrale. Si collega al sistema di elettrofisiologia attraverso la porta parallela e invia impulsi TTL come trigger. Il computer di stimolo si collega al sistema di tracciamento oculare tramite un cavo Ethernet, tra...

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Dichiarazioni

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Nessun conflitto di interessi dichiarato.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Scatola di risposta Cedrus Cedrus (https://cedrus.com/) RB-844 Pulsantiera
Computer portatile Dell Dell (https://dell.com) Precisione 7520 Computer di stimolo
EyeLink Eye Tracker Ricerca SR (https://www.srresearch.com) Telecomando 1000 Plus con computer host per laptop e supporto per braccio LCD Tracciamento oculare
Sistema di neurofisiologia Neuralynx Neuralynx (https://neuralynx.com)ATLANTE 128 elettrofisiologia
Osort Sorgente apertov4.1 (RRID: SCR_015869) Algoritmo di ordinamento dei picchi
Strumento di Psicofisicabx Sorgente aperto PTB3 ( RRID: SCR_002881)Toolbox Matlab per l'implementazione di esperimenti psicofisici
MATLAB MathWorks Inc R2016a (RRID: SCR_001622) analisi dei dati

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