Method Article

Tracciamento oculare simultaneo e registrazioni mononeurone nei pazienti affetti da epilessia umana

DOI:

10.3791/59117

⸱

June 17th, 2019

 ,  ,  , 
1Department of Chemical and Biomedical Engineering, and Rockefeller Neuroscience Institute, West Virginia University, 2Departments of Neurosurgery and Neurology, Cedars-Sinai Medical Center, 3Center for Neural Science and Medicine, Department of Biomedical Sciences, Cedars-Sinai Medical Center, 4Division of Biology and Biological Engineering, California Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Partecipanti

  1. Recluta pazienti neurochirurgici con epilessia intrattabile che sono sottoposti a posizionamento di elettrodi intracranici per localizzare le loro crisi epilettiche.
  2. 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.
  3. Una volta che il paziente ritorna all'unità di monitoraggio dell'epilessia, collegare l'apparecchiatura di registrazione sia per l....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Cedrus Response BoxCedrus (https://cedrus.com/)RB-844Button Box
Dell LaptopDell (https://dell.com)Precision7520Stimulus Computer
EyeLink Eye TrackerSR Research (https://www.sr-research.com)1000 Plus Remote con computer host per laptop e supporto per braccio LCDEye tracking
MATLABMathWorks IncR2016a (RRID: SCR_ 001622)Analisi dei dati
Neuralynx Neurophysiology SystemNeuralynx (https://neuralynx.com)ATLAS 128Electrophysiology
OsortOpen sourcev4.1 (RRID: SCR_015869)Algoritmo di ordinamento degli spike
Psychophysics ToolbxOpen sourcePTB3 ( RRID: SCR_002881)Matlab toolbox per implementare esperimenti psicofisici

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fried, I., Rutishauser, U., Cerf, M., Kreiman, G. Single Neuron Studies of the Human Brain: Probing Cognition. , MIT Press. Boston. (2014).
  2. 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 ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Single Neuron RecordingsEye TrackingHuman Epilepsy PatientsMedial Temporal LobeVisual Search TaskTarget NeuronsIntracranial RecordingsElectroencephalographyPupil Size MonitoringStimulus Presentation Software

Related Articles