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

Un vantaggio principale della nostra tecnica è che consente la registrazione simultanea della posizione del caso, delle dimensioni della pupilla e dei singoli neuroni nei pazienti impiantati con elettrodi di profondità al capezzale. Questo ci permette di determinare se ci sono neuroni nel cervello umano la cui attività è sensibile ai movimenti oculari e all'identità dello stimolo attualmente fissato. Sebbene questa tecnica non sia progettata per studiare una particolare malattia, è adatta a studiare malattie neurologiche che si traducono in movimenti oculari anomali o altre anomalie motorie oculari.

A dimostrare la procedura saranno Nand Chandravadia e James Lee, ricercatori del mio laboratorio. Ed Erika Quan, un tecnico neurodiagnostico alla Cedars-Sinai. Per iniziare, collegare gli elettrodi al sistema di registrazione e posizionare il paziente seduto in posizione verticale.

Quindi, collegare il computer di stimolo al sistema di elettrofisiologia e al localizzatore oculare. Posizionare il sistema di tracciamento oculare a infrarossi remoto non invasivo su un robusto carrello mobile. Quindi, collegare un braccio flessibile che contiene un display LCD al carrello.

Posizionare un alimentatore ininterrotto completamente carico sul carrello di tracciamento oculare e collegare tutti i dispositivi relativi al tracciamento oculare all'alimentatore anziché a una fonte di alimentazione esterna. Assicurarsi che il dispositivo IV collegato al paziente sia alimentato a batteria e non sia collegato alla parete. Avviare il software di tracciamento oculare.

Regolare la distanza tra il paziente e lo schermo LCD tra 60 e 70 centimetri. Regolare anche l'angolo dello schermo LCD in modo che la superficie dello schermo sia approssimativamente parallela al viso del paziente. Posizionare un adesivo sulla fronte del paziente in modo che l'eye tracker possa adattarsi ai movimenti della testa.

Ora, regola l'altezza dello schermo rispetto alla testa del paziente in modo che la fotocamera dell'eye tracker sia approssimativamente all'altezza del naso del paziente. Fornire al paziente una scatola di pulsanti o una tastiera. Verificare che i trigger e la pressione dei pulsanti siano registrati correttamente prima di iniziare l'esperimento.

Avviare il software di acquisizione. Per prima cosa ispezionare visivamente i potenziali sul campo locale a banda larga e assicurarsi che non siano contaminati dal rumore della linea. In caso contrario, seguire le procedure standard per rimuovere il rumore.

Per identificare i singoli neuroni, il passaggio della banda filtra il segnale da 300 hertz a otto kilohertz. Selezionare uno degli otto microfili come riferimento per ogni fascio di microfili. Abilitare il salvataggio dei dati come file nrd prima della registrazione.

Regolare la distanza e l'angolo tra l'eye tracker e il paziente in modo che il marcatore bersaglio, la distanza della testa, la pupilla e la riflessione corneale siano contrassegnati come pronti. Questo è mostrato in verde nel software di tracciamento oculare. Clicca sull'occhio da registrare e imposta la frequenza di campionamento su 500 hertz.

Utilizzare la regolazione automatica della pupilla e la soglia di riflessione corneale. Calibrare l'eye tracker con il metodo della griglia integrato all'inizio di ogni blocco. Confermare che le posizioni degli occhi si registrino bene come griglia.

In caso contrario, ripetere la calibrazione. Accettare la calibrazione ed eseguire la convalida. Accettare la convalida se l'errore di convalida massima è inferiore a due gradi e l'errore di convalida medio è inferiore a un grado.

In caso contrario, ripetere la convalida. Quindi, eseguire la correzione della deriva e procedere all'esperimento effettivo. In questa attività di ricerca visiva, utilizzare gli stimoli di uno studio precedente eseguito da questo gruppo e seguire la procedura delle attività come descritto in precedenza.

Fornire istruzioni per l'attività ai partecipanti. Indicare ai partecipanti di trovare un elemento di destinazione nell'array di ricerca e rispondere il prima possibile. Istruisci i partecipanti a premere il pulsante sinistro di una casella di risposta se trovano la destinazione e premi il pulsante destro se pensano che la destinazione sia assente.

Istruisi esplicitamente i partecipanti che ci saranno prove presenti e target-assenti. Avviare il software di presentazione degli stimoli ed eseguire l'attività. Presentare un segnale di destinazione per un secondo e presentare l'array di ricerca utilizzando il software di presentazione degli stimoli.

Registrare le pressioni dei pulsanti e fornire la versione di valutazione tramite feedback di prova ai partecipanti. Per illustrare l'uso di questo metodo, 228 singoli neuroni sono stati registrati dal lobo temporale mediale umano mentre i pazienti stavano svolgendo un compito di ricerca visiva come mostrato qui. Durante questo compito, è stato studiato se l'attività dei neuroni si differenziava tra fissazioni su bersagli e distrattori.

Quando le risposte sono state allineate alla pressione del pulsante, sono stati trovati neuroni che hanno mostrato un'attività differenziale tra gli studi target-present e gli studi target-absent. Le linee nere rappresentano l'inizio e l'offset della coda di ricerca. Questo neurone ha aumentato il suo tasso di attivazione per gli studi target-presenti, ma non per gli studi target-assenti.

Al contrario, questo neurone ha diminuito il suo tasso di attivazione per gli studi presenti nel bersaglio, ma non per gli studi target-assenti. Un sottoinsieme di neuroni lobi temporali mediali ha mostrato attività significativamente diverse tra fissazioni su bersagli e distrattori. Inoltre, un tipo di neurone bersaglio di questo tipo ha avuto una risposta maggiore ai bersagli rispetto ai distrattori, mentre l'altro ha avuto una risposta maggiore ai distrattori rispetto ai bersagli.

Insieme, questo risultato dimostra che un sottoinsieme di neuroni lobi temporali mediali codifica se la fissazione attuale è atterrata su un bersaglio o meno. È fondamentale assicurarsi che l'eye tracker non introduca rumore nella registrazione. Qualsiasi rumore deve essere rimosso prima dell'eseguito degli esperimenti.

Se il rumore persiste, assicurarsi che lo schermo utilizzato per visualizzare lo stimolo al soggetto abbia un alimentatore esterno. Scambia alimentatori per alimentatori di alta qualità tipicamente utilizzati per applicazioni audio di fascia alta. Seguendo questa procedura, vengono eseguite analisi di picchi e movimenti oculari per estrarre informazioni dai dati che permetteranno al ricercatore di indagare le risposte neuronali ai movimenti oculari.

Questo metodo apre la strada all'esplorazione di molte domande senza risposta che richiedono l'analisi delle fissazioni, come il modo in cui i neuroni guidano collettivamente le fissazioni verso oggetti interessanti in una scena.