Descriviamo un metodo per condurre registrazioni mononeurone con tracciamento oculare simultaneo negli esseri umani. Dimostriamo l'utilità di questo metodo e illustriamo come abbiamo usato questo approccio per ottenere neuroni nel lobo temporale mediale umano che codificano gli obiettivi di una ricerca visiva.
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Articolo metodologico
Tracciamento oculare simultaneo e registrazioni mononeurone nei pazienti affetti da epilessia umana
In questo articolo
Sommario
Abstract
Le registrazioni intracraniche da pazienti con epilessia intrattabile forniscono un'opportunità unica per studiare l'attività dei singoli neuroni umani durante il comportamento attivo. Uno strumento importante per quantificare il comportamento è il tracciamento oculare, che è uno strumento indispensabile per studiare l'attenzione visiva. Tuttavia, il tracciamento oculare è difficile da usare contemporaneamente con l'elettrofisiologia invasiva e questo approccio è stato quindi poco utilizzato. Qui, presentiamo un protocollo sperimentale collaudato per condurre registrazioni mononeurone con tracciamento oculare simultaneo negli esseri umani. Descriviamo come i sistemi sono collegati e le impostazioni ottimali per registrare neuroni e movimenti oculari. Per illustrare l'utilità di questo metodo, riassumiamo i risultati resi possibili da questa impostazione. Questi dati mostrano come l'utilizzo del tracciamento oculare in un'attività di ricerca visiva guidata dalla memoria ci ha permesso di descrivere una nuova classe di neuroni chiamati neuroni bersaglio, la cui risposta rifletteva l'attenzione dall'alto verso il basso verso l'obiettivo di ricerca corrente. Infine, discutiamo il significato e le soluzioni ai potenziali problemi di questa configurazione. Insieme, il nostro protocollo e i risultati suggeriscono che le registrazioni mononeurone con tracciamento oculare simultaneo negli esseri umani sono un metodo efficace per studiare la funzione del cervello umano. Fornisce un collegamento mancato chiave tra neurofisiologia animale e neuroscienze cognitive umane.
Introduzione
Le registrazioni umane mononeurone sono uno strumento unico e potente per esplorare la funzione del cervello umano con straordinaria risoluzione spaziale e temporale1. Recentemente, le registrazioni mononeurone hanno guadagnato ampio uso nel campo delle neuroscienze cognitive perché consentono l'indagine diretta dei processi cognitivi centrali alla cognizione umana. Queste registrazioni sono rese possibili dalla necessità clinica di determinare la posizione dei focolai epilettici, per i quali gli elettrodi di profondità vengono temporaneamente impiantati nel cervello di pazienti con sospetta epilessia focale. Con questa impostazione, le registr....
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Protocollo
1. Partecipanti
- Recluta pazienti neurochirurgici con epilessia intrattabile che sono sottoposti a posizionamento di elettrodi intracranici per localizzare le loro crisi epilettiche.
- Inserire elettrodi di profondità con microfili incorporati in tutte le posizioni bersaglio clinicamente indicate, che in genere includono un sottoinsieme di amigdala, ippocampo, corteccia cingolata anteriore e area motoria pre-supplementare. Vedere i dettagli per l'impianto nel nostro protocollo precedente2.
- Una volta che il paziente ritorna all'unità di monitoraggio dell'epilessia, collegare l'apparecchiatura di registrazione sia per l....
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Risultati
Per illustrare l'utilizzo del metodo di cui sopra, viene descritto brevemente un caso d'uso che abbiamo recentemente pubblicato8. Abbiamo registrato 228 singoli neuroni dal lobo temporale mediale umano (MTL; amigdala e ippocampo) mentre i pazienti stavano eseguendo un compito di ricerca visiva (Figura 3A, B). Durante questo compito, abbiamo studiato se l'attività dei neuroni differenziata tra fissazioni su obiettivi e .......
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Discussione
In questo protocollo, abbiamo descritto come impiegare registrazioni mononeurone con tracciamento oculare simultaneo e descritto come abbiamo usato questo metodo per identificare i neuroni bersaglio nella MTL umana.
L'installazione prevede tre computer: uno che esegue l'attività (computer di stimolo), uno che esegue l'eye tracker e uno che esegue il sistema di acquisizione. Per la sincronizzazione tra i tre sistemi, la porta parallela viene utilizzata per inviare trigger TTL dal computer di st.......
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Dichiarazioni
Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.
Ringraziamenti
Ringraziamo tutti i pazienti per la loro partecipazione. Questa ricerca è stata sostenuta dal Rockefeller Neuroscience Institute, dalla Autism Science Foundation e dalla Dana Foundation (a S.W.), un premio NSF CAREER (1554105 a U.R.) e il NIH (R01MH110831 e U01NS098961 a U.R.). I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione dello studio, nella raccolta e nell'analisi dei dati, nella decisione di pubblicazione o nella preparazione del manoscritto. Ringraziamo James Lee, Erika Quan e lo staff del Cedars-Sinai Simulation Center per il loro aiuto nella produzione del video dimostrativo.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Cedrus Response Box | Cedrus (https://cedrus.com/) | RB-844 | Button Box |
| Dell Laptop | Dell (https://dell.com)Precision | 7520 | Stimulus Computer |
| EyeLink Eye Tracker | SR Research (https://www.sr-research.com) | 1000 Plus Remote con computer host per laptop e supporto per braccio LCD | Eye tracking |
| MATLAB | MathWorks Inc | R2016a (RRID: SCR_ 001622) | Analisi dei dati |
| Neuralynx Neurophysiology System | Neuralynx (https://neuralynx.com) | ATLAS 128 | Electrophysiology |
| Osort | Open source | v4.1 (RRID: SCR_015869) | Algoritmo di ordinamento degli spike |
| Psychophysics Toolbx | Open source | PTB3 ( RRID: SCR_002881) | Matlab toolbox per implementare esperimenti psicofisici |
Riferimenti
- Fried, I., Rutishauser, U., Cerf, M., Kreiman, G. Single Neuron Studies of the Human Brain: Probing Cognition. , MIT Press. Boston. (2014).
- Minxha, J., Mamelak, A. N., Rutishauser, U. Surgical and Electrophysiological Techniques for Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients. Extracellular Recording Approaches. Sillitoe, R. V. , Springer New ....
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Ristampe e permessi
